N，N－二甲基十四烷基对乙烯基苄基氯化铵的合成及抑菌性能研究

杨万丽，王丽艳，卢晓玲，盛东杨，王清文

（1.东北林业大学 生物质材料科学与技术教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨150040；2.齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

N，N－二甲基十四烷基对乙烯基苄基氯化铵的合成及抑菌性能研究

杨万丽1，2，王丽艳2，卢晓玲2，盛东杨2，王清文1

（1.东北林业大学 生物质材料科学与技术教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨150040；2.齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

以对乙烯基苄基氯和N，N－二甲基十四烷基叔胺（14DMA）为原料，合成了含有乙烯基的低毒高效的新型抗菌剂N，N－二甲基十四烷基对乙烯基苄基氯化铵。通过单因素实验确定优化的合成条件为：反应温度40～60℃、对乙烯基苄基氯与14DMA摩尔比1∶1.2、反应时间3 h、20 mL石油醚作溶剂、0.01 g铜作催化剂，在此条件下产物收率达82.57%。产物的结构通过IR、1HNMR确证。采用抑菌圈法研究了产物对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌的抑菌活性，结果表明其抑菌效果良好。

季铵盐；合成；表征；抑菌性

随着生活水平的提高，人们对耐用消费品的抗菌性有了更高的要求，抗菌材料应用前景广阔［1］。但以何种方式将抗菌基团引入材料中并赋予制品抗菌性的研究还较少。研究者尝试采用化学键合的方法在材料中引入抗菌基团，材料的抗菌性与引入抗菌基团的种类和数量直接相关［2，3］。

季铵盐化合物作为杀菌剂已被人们所熟知，其具有广谱、杀菌效果好、毒性低、水溶性好等特点［4］。不同的官能团能赋予季铵盐不同的抗菌性能，近年来，一些带有不同官能团的季铵盐相继诞生［5～7］。基于季铵盐分子结构与毒性关系的一般规律以及取代链长短对季铵盐抗菌力的影响［8］，作者设计合成了含有乙烯基（便于在聚烯烃大分子链上接枝）的新型季铵盐化合物——N，N－二甲基十四烷基对乙烯基苄基氯化铵，优化了合成条件，通过IR、1HNMR对目标产物的结构进行表征，并采用抑菌圈法研究了其抑菌活性。合成路线如下：

1 实验

1.1 试剂与仪器

N，N－二甲基十四烷基叔胺（14DMA），江苏飞翔化工股份有限公司；对乙烯基苄基氯（C9H9Cl），天津化学试剂一厂；石油醚（沸程30～60℃），丹东胜利化工厂；乙酸乙酯，天津凯通化学试剂有限公司；丙酮，沈阳红日化工厂。C9H9Cl为化学纯，其它试剂均为分析纯。

750Magna型傅立叶红外光谱仪，美国Nicolet公司；Advance 400型超导核磁共振仪，瑞士Bruker公司；SHP－250B型生化培养箱，奔腾电子有限公司；CM－1000型生物洁净工作台，上海玺恒实业有限公司。

1.2 合成方法［9］

在装有回流冷凝管的100 mL三口瓶中加入20 mL石油醚，按计量加入0.6 mL对乙烯基卞基氯和1.5 mL 14DMA，控制在40～60℃进行反应，每隔0.5 h测定胺值［10］，当胺值不再变化时（约3 h）结束反应。用旋转蒸发仪蒸除挥发性杂质得黄色粘稠状液体，用石油醚萃取，再经丙酮－乙酸乙酯（1∶3，体积比）重结晶，干燥，得到白色粉末，即目标化合物。

1.3 结构表征

采用KBr压片法对产物进行IR表征；以CDCl3为溶剂对产物进行1HNMR表征。

1.4 抑菌活性测试

1.4.1 菌种培养

（1）金黄色葡萄球菌：无菌条件下取25 m L菌种置于225 m L灭菌生理盐水中均质，制成10∶1稀释液，将其接入7.5%NaCl肉汤或胰蛋白胨肉汤中，于37℃培养24 h。将上述稀释液或培养液分别划线平皿和Baird－Parker平板，于37℃培养24～48 h，备用。

（2）枯草芽孢杆菌：将枯草芽孢杆菌菌种在无菌条件下接种至营养琼脂培养基斜面，置于37℃恒温箱中培养24 h，即可见到一层白色圆整、边缘光滑的枯草芽孢杆菌菌落。将已培养好的枯草芽孢杆菌无菌接种到5 m L营养肉汤培养基中，摇匀，于37℃摇床培养24 h，然后接种到100 m L豆浆（含5%黄豆）中，于37℃振荡培养24 h，备用。

（3）大肠杆菌：将菌株植入营养肉汤中于37℃摇床培养约18 h；再经营养肉汤琼脂培养基平皿划线，置于37℃隔水恒温培养箱中培养约24 h；最后挑取单个菌落于营养肉汤琼脂斜面培养基中，置于37℃隔水恒温培养箱中培养约24 h，备用。

1.4.2 抑菌活性测试

取产物1.0 g涂抹于菌种培养皿上，分别于12 h、24 h时测量并记录抑菌圈直径与药品直径，计算相对抑菌直径比（D）：D＝抑菌圈直径／药品直径。

2 结果与讨论

2.1 合成条件的优化

2.1.1 反应温度

原料对乙烯基苄基氯中含有阻聚剂对叔丁基邻二苯酚，其阻聚效果在温度不超过60℃时是对二苯酚的25倍，而在高温下会因分解而失去阻聚作用。为了保护乙烯基，选择反应温度为40～60℃。

2.1.2 物料比（对乙烯基苄基氯与14DMA的摩尔比，下同，表1）

表1 物料比对产物收率的影响Tab.1 The influence of molar ratio of reactants on the yield of product

14DMA过量直接影响胺值的测定，同时14DMA与产物的极性相近，也会提高纯化的难度。由表1可知，物料比为1∶1.2时的产物收率最高，为82.57%。因此，选择物料比为1∶1.2。

2.1.3 反应时间（表2）

表2 反应时间对产物收率的影响Tab.2 The influence of reaction time on the yield of product

2.1.4 溶剂 （表3）

表3 溶剂对产物收率的影响Tab.3 The influence of solvent on the yield of product

由表3可知，石油醚作溶剂（用量为20 m L）时，产物的收率最高。因此，选择20 m L石油醚作为溶剂。

2.1.5 催化剂

实验发现，加入0.01 g铜粉作催化剂，与未加催化剂相比，产物收率由74.68%提高至82.57%。

2.2 产物结构表征

2.2.1 红外光谱分析（图1）

图1 产物的红外光谱Fig.1 The IR spectrum of the product

由图1可知，红外光谱中2922.74 cm－1、2853.03 cm－1处归属于与C相连的—CH3和—CH2的伸缩振动吸收峰，3184.35 cm－1处归属于苯环上氢的伸缩振动峰，2761.99 cm－1处归属于与N相连的—CH3的伸缩振动吸收峰，1591.13 cm－1处归属于乙烯基的伸缩振动峰，1605.02 cm－1处归属于苯环骨架上的振动峰，754.79 cm－1处归属于苯环的面外弯曲振动峰，其倍频和复合频出现在1832.71 cm－1处。红外光谱与目标化合物的结构相一致。

2.2.21HNMR分析

产物的1HNMR（400 MHz，CDCl3），δ：0.90～1.25（m，24 H），1.95（s，2 H），2.16（s，2H），2.9～3.5（m，6 H），5.0～5.9（m，3 H），1.86（s，2 H）。

2.3 产物抑菌活性（表4）

表4 产物的抑菌活性Tab.4 The antimicrobial activity of the product

由表5可知，产物在12 h和24 h时对3种细菌的相对抑菌直径比几乎相同。表明目标化合物具有较好的抑菌活性，且见效较快。

3 结论

以对乙烯基卞基氯、N，N－二甲基十四烷基叔胺（14DMA）为原料合成新型抗菌剂N，N－二甲基十四烷基对乙烯基苄基氯化铵，确定优化的合成条件为：反应温度40～60℃、对乙烯基苄基氯与14DMA的摩尔比1∶1.2、反应时间3 h、20 m L石油醚作溶剂、0.01 g铜为催化剂，在此条件下产物收率达82.57%。产物结构经IR、1HNMR确证。目标化合物对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌具有较好的抑菌活性，且见效较快。

［1］ 江山，王立，俞豪杰，等.高分子抗菌材料抗菌基团引入方式的研究进展［J］.石油化工，2003，32（7）：620－624.

［2］ 邢晓东，王晓工.紫外光接枝季铵盐抗菌聚乙烯膜的制备和表征［J］.高分子学报，2005，（1）：157－160.

［3］ 邢晓东，王晓工.聚合物表面紫外接枝技术及应用进展［J］.化工进展，2008，27（1）：50－55.

［4］ 王丽艳，徐群，邢凤兰，等.非对称双子表面活性剂的合成及结构表征［J］.化学世界，2010，51（6）：367－369.

［5］ Palermo E F，Lee D K，Ramamoorthy A，et al.The role of cationic group structure in membrane binding and disruption by amphiphilic copolymers［J］.Phys Chem B，2011，115（2）：366－375.

［6］ 赵进沛，张凤云，刘士敏，等.一种双链季铵盐消毒剂杀菌效果及其作用机理研究［J］.中国消毒学杂志，2011，28（4）：399－401.

［7］ 李世迁，姚评佳，魏远安，等.羧甲基壳聚糖季铵盐的制备及其抑菌性能研究［J］.化学与生物工程，2006，23（11）：10－14.

［8］ 鹿桂乾.甲基丙烯酸二甲氨基乙酯系高分子抗菌剂的制备及构效关系研究［D］.广州：中山大学，2007.

［9］ 王瑛，纪明中，严莲荷.十四烷基二甲基苄基氯化铵的合成及晶体结构［J］.南京理工大学学报，2005，29（5）：590－593.

［10］ 陈耀祖.有机微量定量分析［M］.北京：科学出版社，1982：112－115.

Study on Synthesis and Antimicrobial Activity ofN，N－Dimethyl Tetradecanylp－Vinylbenzyl Ammonium Chloride

YANG Wan－li1，2，WANG Li－yan2，LU Xiao－ling2，SHENG Dong－yang2，WANG Qing－wen1
（1.Key Laboratory of Bio－Based Material Science and Technology of Ministry of Education，Northeast Forestry University，Harbin150040，China；2.College of Chemical and Chemistry Engineering，Qiqihar University，Qiqihar161006，China）

N，N－Dimethyl tetradecanylp－vinylbenzyl ammonium chloride，a novel low toxic and high efficient antimicrobial agent with vinyl group in its structure，was synthesized withp－vinylbenzyl chloride andN，N－dimethyltetradecylamine as raw materials.The optimum synthetic conditions were obtained through single factor experiment as follows：reaction temperature was 40～60℃，molar ratio ofp－vinylbenzyl chlorlde toN，N－dimethyltetradecylamine was 1∶1.2，reaction time was 3 h，20 m L of petroleum ether as solvent，0.01 g of Cu as catalyst.The yield of product reached 82.57%.The product structure was confirmed by IR，1HNMR.Its antimicrobial activities were tested forStaphylococcus aureus，Bacillus subtilisandEscherichia coliby the inhibition zone method.The results showed that the target compound had good antimicrobial effect.

quaternary ammonium；synthesis；characterization；antimicrobial activity

O 623.731

A

1672－5425（2012）11－0029－03

10.3969／j.issn.1672－5425.2012.11.008

黑龙江省自然科学基金资助项目（B201116），生物质材料科学与技术教育部重点实验室（东北林业大学）开放基金资助项目（2012－01），齐齐哈尔大学创新创业计划训练项目（101）

2012－08－18

杨万丽（1977－），女，黑龙江齐齐哈尔人，博士研究生，副教授，研究方向：木塑复合材料功能化研究；通讯作者：王清文，教授，E－mail：qwwang＠nefu.edu.cn。