CN104370774B

CN104370774B - 一种松香基氨基甲酸酯季铵盐衍生物及其制备方法

Info

Publication number: CN104370774B
Application number: CN201410547344.4A
Authority: CN
Inventors: 孔振武; 刘贵锋; 陈彩凤; 吴国民; 陈健; 霍淑平
Original assignee: Institute of Chemical Industry of Forest Products of CAF
Current assignee: Institute of Chemical Industry of Forest Products of CAF
Priority date: 2013-06-05
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-06-05
Also published as: CN104370774A; CN103304534B; CN104370773B; CN104370773A; CN103304534A

Abstract

本发明公开了一种松香基氨基甲酸酯季铵盐衍生物及其制备方法。该方法利用马来海松酸环氧树脂与CO₂在催化剂作用下反应合成松香基环碳酸酯，将其与胺基化合物反应制备松香基氨基甲酸酯，进一步经季铵化反应得到含有氨基甲酸酯基团的新型松香基季铵盐衍生物。本发明制备的松香基氨基甲酸酯季铵盐衍生物，原料成本低，来源广泛，制备过程安全、无毒，因分子结构中引入具有抗菌活性的氨基甲酸酯极性基团，从而具有很好的水溶性、生物相容性以及优异的抗菌、杀菌性能，可用于抗菌、杀菌剂等领域。

Description

一种松香基氨基甲酸酯季铵盐衍生物及其制备方法

本发明为申请号201310222679.4、名称为“一种松香基环碳酸酯及其季铵盐抗菌衍生物的制备方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明公开了一种松香基氨基甲酸酯季铵盐衍生物及其制备方法，尤其涉及一种以松香基氨基甲酸酯与溴代烷烃反应制备松香基氨基甲酸酯季铵盐衍生物的方法。

背景技术

松香是一种重要的天然资源，具有可生物降解、可再生以及来源广泛、价格低廉等特点，其主要成分为树脂酸，分子结构中含有三元环菲骨架、双键及羧酸等基团。通过对松香化学结构改性，可制备不同类型的衍生物。其中，松香基阳离子型季铵盐化合物因低毒、无刺激性以及良好的乳化力、缓蚀力、抗菌和杀菌活性等优点受到广泛关注。但传统的季铵盐化合物难降解、易造成环境污染。现有研究表明，在季铵盐分子结构中引入醚、酯、酰胺、氨基甲酸酯及羟基等极性官能团能够有效地提高化合物的水溶性和生物降解性，使其更为绿色、环保。

发明内容

本发明的目的在于提供一种松香基氨基甲酸酯季铵盐衍生物及其制备方法。

本发明采用以下技术方案：一种松香基氨基甲酸酯季铵盐衍生物，其结构式为：

n＝2～5，m＝2～22。

所述的松香基氨基甲酸酯季铵盐衍生物是以松香基氨基甲酸酯与溴代烷烃在有机溶剂中反应制备，反应式为：

所述的溴代烷烃为含C₂～C₂₂烷基的溴代烷烃。

所述的反应温度为60～100℃，反应时间为5～24h。

本发明的有益效果：

1.本发明以可再生资源松香为原料制备生物质基环碳酸酯、氨基甲酸酯及其季铵盐衍生物，原料成本低，来源广泛，制备过程安全、无毒，且制备的环碳酸酯、松香基氨基甲酸酯及其季铵盐衍生物具有生物可降解性，环境友好。

2.本发明制备的松香基氨基甲酸酯季铵盐衍生物，因分子结构中引入具有抗菌活性的氨基甲酸酯极性基团，因而具有很好的水溶性、生物相容性以及优异的抗菌、杀菌性能。

附图说明

图1松香基环碳酸酯(R-C)的红外光谱图。

图2松香基氨基甲酸酯(R-Ca)的红外光谱图。

图3正丙基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-a)的红外光谱图。

图4正己基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-b)的红外光谱图。

图5正十二烷基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-c)的红外光谱图。

具体实施方式

本发明的马来海松酸环氧树脂按参考文献(热固性树脂，1996,11(2),19-22.)中的方法制备。

一种松香基环碳酸酯及其氨基甲酸酯季铵盐衍生物的制备方法。

该方法通过以下步骤实现：

第一步，在高压反应釜中，将一定质量的马来海松酸环氧树脂及催化剂溶于一定量的N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺，密封后通入CO₂至压力为0.5～5MPa，在80～150℃反应2～24h制备松香基环碳酸酯，反应如式1所示。

所述的催化剂为金属卤化物/邻二醇类化合物的复合体系，金属卤化物与邻二醇类化合物的质量比为1:0.1～1:2。其中，金属卤化物为溴化锂(LiBr)、氯化锂(LiCl)、碘化钾(KI)、溴化钾(KBr)、溴化锌(ZnBr₂)中的一种，用量为马来海松酸环氧树脂质量的0.1～5％；邻二醇类化合物为乙二醇、1,2-丙二醇,1,2-丁二醇等；所述的反应压力最佳为2MPa，反应温度最佳为120℃，反应时间最佳为7h。

第二步，将松香基环碳酸酯溶于少量有机溶剂，并与胺基化合物按物质的量的比1:1混合均匀，在25～100℃下反应2～8h制备松香基氨基甲酸酯，反应如式2所示。

所述的有机溶剂为石油醚、甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃中的任意一种；所述的胺基化合物为(CH₃)₂NR₁NH₂，其中，R₁为C₂～C₅的烷基；如N,N-二甲氨基乙二胺、二甲氨基丙胺、4-二甲氨基丁胺等；所述的反应温度为25～100℃，反应时间2～8h；所述的反应温度最佳为70℃，反应时间最佳为2h。

第三步，将松香基氨基甲酸酯溶于少量有机溶剂，并与溴代烷烃按物质的量比1:1混合均匀，在60～100℃下反应5～24h制备松香基氨基甲酸酯季铵盐衍生物，反应如式3所示。

所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、石油醚、丙酮、环丁酮、乙酸乙酯、四氢呋喃中的任意一种；所述的溴代烷烃为含C₂～C₂₂烷基的溴代烷基,更佳的是含C₂～C₁₆烷基的溴代烷基，如溴代正丙烷、溴代正己烷、溴代十二烷、溴代十六烷、溴代异丁烷、溴代异辛烷等；所述的反应温度最佳为70℃，反应时间最佳为12h。

实施例1

在1L高压反应釜中，加入200g马来海松酸环氧树脂、2g溴化锂、1g乙二醇及70mLN-甲基吡咯烷酮(NMP)，升温至120℃，通入CO2至一定压力，检漏后放空。重复操作三次，彻底排除釜内空气，通入CO₂保持压力在2MPa，搅拌反应7h。反应完成后,排空釜内剩余的CO₂，将产物趁热倒出，以热水洗涤除去催化剂及NMP，减压蒸馏除去水分得松香基环碳酸酯(R-C)。分析产物的环氧值，得其环氧基转化率为98.6％。

实施例1中产物松香基环碳酸酯(R-C)的¹HNMR(500MHz,CDCl₃,δppm):δ5.37(–C＝CH–)；δ4.87～5.08(methinehydrogensofcycliccarbonategroup)；δ4.02～4.23(methylenehydrogensofcycliccarbonategroup)；δ4.26～4.65(O–CH2–)；δ2.95～3.00(CH–C＝)；δ2.87～2.91(CH–C＝O)；δ2.52～2.65(CH–CH₃)；δ1.05～1.86(CH₂,CH₃)。实施例1中产物松香基环碳酸酯的¹³CNMR(500MHz,CDCl₃,δppm):δ177.9,172.1,171.9(carbonylcarbon)；154.7(cyclicarbonatecarbon)；δ147.3,123.3(–C＝C–)；δ73.9(methinecarbonsofcycliccarbonate)；δ66.0(O–CH₂–)；δ63.3(methylenecarbonsofcycliccarbonate)；δ55.7,53.8,49.3,47.3,40.9,37.5,36.5,34.5,32.3,30.5,28.2,21.6,21.1,20.2,19.5,17.4,16.7,16.5,15.5。

实施例1中产物松香基环碳酸酯(R-C)的红外光谱见附图1，IR:2932,2868cm^-1(CH₂,CH₃)；1791cm^-1(C＝O)；1724cm^-1(C＝O)；1457,1388cm^-1(CH₃,CH₂)；1161,1095,1049cm^-1(C–O–C)。

实施例2

在带有搅拌器、温度计和回流冷凝管的四口圆底烧瓶中，加入40g松香基环碳酸酯、40mL乙醇,搅拌下升温至70℃，待松香基环碳酸酯溶解，滴加11.5g二甲胺基丙胺，TLC跟踪反应，至环碳酸酯反应完全。减压蒸馏除去溶剂，粗产品经乙醇/乙酸乙酯重结晶纯化，得棕色固体产物，即松香基氨基甲酸酯(R-Ca)。

实施例2中产物松香基氨基甲酸酯(R-Ca)的¹HNMR(500MHz,CDCl₃,δppm):δ5.37(–C＝CH–)；δ3.64～4.39(O–CH₂–,CH–OH,CH₂–OH,O–CH)；δ3.14～3.36(N–CH₂–)；δ2.85～2.95(CH–C＝O)；δ2.54～2.65(CH–CH₃)；δ2.21(N–CH₃)；δ1.04～1.80(CH₂,CH₃)。

实施例2中产物松香基氨基甲酸酯(R-Ca)的¹³CNMR(500MHz,CDCl₃,δppm):δ178.5,173.3,172.1(carbonylcarbon)；156.8(NH–CO)；δ148.3,123.6(–C＝C–)；δ62.5～72.5(O–CH₂–,CH–OH,CH₂–OH)；δ56.7(N–CH₂–)；δ45.1(N–CH₃)；δ53.8,52.1,49.2,47.1,39.4,37.5,36.3,34.9,32.4,30.5,29.4,26.9,21.6,21.1,20.2,19.5,17.4,16.7,16.5,15.5。

实施例2中产物松香基氨基甲酸酯(R-Ca)的红外光谱见附图2，IR:3338cm^-1(–OH)；2943,2866cm^-1(CH₂,CH₃)；1716cm^-1(C＝O)；1530cm^-1(N–H)；1461,1385cm^-1(CH₃,CH₂)；1140cm^-1(N–C)；1101,1038cm^-1(C–O–C)。

将上述方法制备的松香基氨基甲酸酯用少量有机溶剂溶解，与溴代烷烃按物质的量的比1:1混合均匀，在60～100℃下反应5～24h。具体方法见实施例3～5。

实施例3

在装有温度计、搅拌器、冷凝管的四口烧瓶中，加入20.0g松香基氨基甲酸酯、40mL乙醇，搅拌至完全溶解，升温至70℃，滴加1.87g溴代正丙烷，回流反应15h。减压蒸馏除去溶剂,粗产品经乙醇/乙酸乙酯重结晶，得深棕色固体产物，即正丙基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-a)。

实施例3中产物正丙基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-a)的¹HNMR(500MHz,CDCl₃,δppm):δ5.34(–C＝CH–)；δ3.45～4.30(O–CH₂–,CH–OH,CH₂–OH,O–CH)；δ3.18～3.32(NH–CH₂–)；δ3.05(N⁺–CH₃)；δ2.87～2.91(N⁺–CH₂)；δ2.79～2.85(CH–C＝O)；δ2.60～2.69(N⁺–CH₂)；δ2.48～2.58(CH–CH₃)；δ0.90～1.98(CH₂,CH₃)。

实施例3中产物正丙基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-a)的¹³CNMR(500MHz,CDCl₃,δppm):δ178.2,173.6,172.7(carbonylcarbon)；156.9(NH–CO)；δ147.7,123.9(–C＝C–)；δ61.6～72.5(O–CH₂–,CH–OH,CH₂–OH,N⁺–CH₂)；δ49.8(N⁺–CH₃)；δ55.3,49.4,48.2,42.8,37.4,36.6,35.4,34.5,32.3,30.2,28.4,25.7,22.9,21.5,20.2,19.4,17.1,16.5,16.0,15.6,9.6。

实施例3中产物(QAS-a)正丙基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-a)的红外光谱见附图3，IR:3324cm^-1(–OH)；2944,2869cm^-1(CH₂,CH₃)；1712cm^-1(C＝O)；1528cm^-1(N–H)；1461,1386cm^-1(CH₃,CH₂)；1177cm^-1(N⁺–C)；1150cm^-1(N–C)；1103,1042cm^-1(C–O–C)。

实施例4

在装有温度计、搅拌器、冷凝管的四口烧瓶中，加入40.0g松香基氨基甲酸酯、40mL乙醇，搅拌至完全溶解，升温至70℃，滴加5.02g溴代正己烷，回流反应12h。减压蒸馏除去溶剂,粗产品经乙醇/乙酸乙酯重结晶，得深棕色固体产物，即正己基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-b)。

实施例4中产物正己基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-b)的¹HNMR(500MHz,CDCl₃,δppm):δ5.37(–C＝CH–)；δ3.48～4.27(O–CH₂–,CH–OH,CH₂–OH,O–CH)；δ3.17～3.35(NH–CH₂–)；δ3.08(N⁺–CH₃)；δ2.87～2.93(N⁺–CH₂)；δ2.75～2.83(CH–C＝O)；δ2.54～2.65(N⁺–CH₂)；δ2.36～2.43(CH–CH₃)；δ0.91～1.99(CH₂,CH₃)。

实施例4中产物正己基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-b)的¹³CNMR(500MHz,CDCl₃,δppm):δ178.2,173.4,173.2(carbonylcarbon)；156.8(NH–CO)；δ147.7,123.7(–C＝C–)；δ61.5～72.2(O–CH₂–,CH–OH,CH₂–OH,N⁺–CH₂)；δ49.6(N⁺–CH₃)；δ52.0,48.8,48.2,41.9,40.5,37.1,36.9,36.0,35.3,32.0,31.7,30.5,25.2,22.9,22.5,21.7,21.1,19.2,16.2,15.0,12.5。

实施例4中产物(QAS-b)正己基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-b)的红外光谱见附图4，IR:3338cm^-1(–OH)；2930,2868cm^-1(CH₂,CH₃)；1713cm^-1(C＝O)；1531cm^-1(N–H)；1464,1386cm^-1(CH₃,CH₂)；1177cm^-1(N⁺–C)；1149cm^-1(N–C)；1104,1039cm^-1(C–O–C)。

实施例5

在装有温度计、搅拌器、冷凝管的四口烧瓶中，加入30.0g松香基氨基甲酸酯、40mL乙醇，搅拌至完全溶解，升温至75℃，滴加5.69g溴代正十二烷，回流反应17h。减压蒸馏除去溶剂,乙醇/乙酸乙酯重结晶，得深棕色固体产物，即正十二烷基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-c)。

实施例5中产物正十二烷基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-c)的¹HNMR(500MHz,CDCl₃,δppm):δ5.39(–C＝CH–)；δ3.58～4.33(O–CH₂–,CH–OH,CH₂–OH,O–CH)；δ3.24～3.37(NH–CH₂–)；δ3.13(N⁺–CH₃)；δ2.85～2.94(N⁺–CH₂)；δ2.73～2.83(CH–C＝O)；δ2.51～2.62(N⁺–CH₂)；δ2.36～2.42(CH–CH₃)；δ0.89～2.00(CH₂,CH₃)。

实施例5中产物正十二烷基-松香基氨基甲酸酯季铵盐(QAS-c)的¹³CNMR(500MHz,CDCl₃,δppm):δ178.2,173.4,172.8(carbonylcarbon)；156.8(NH–CO)；δ147.6,124.0(–C＝C–)；δ61.5～72.5(O–CH₂–,CH–OH,CH₂–OH,N⁺–CH₂)；δ49.8(N⁺–CH₃)；δ52.1,48.8,48.2,42.0,37.1,36.2,35.3,34.2,32.1,31.3,29.0,28.9,28.7,28.5,25.7,22.6,22.0,21.8,21.2,20.1,19.3,16.4,15.7,15.0,12.8。

实施例5中产物正十二烷基-松香基季铵盐(QAS-c)的红外光谱见附图5，IR:3329cm^-1(–OH)；2923,2853cm^-1(CH₂,CH₃)；1715cm^-1(C＝O)；1530cm^-1(N–H)；1465,1386cm^-1(CH₃,CH₂)；1177cm^-1(N⁺–C)；1150cm^-1(N–C)；1103,1038cm^-1(C–O–C)。

实施例6

松香基氨基甲酸酯及其季铵盐抗菌衍生物的抗菌性能测试：①菌悬液的制备：将金黄葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌等四种实验用菌接种到牛肉膏蛋白胨培养基斜面上，37℃活化24h，细黄链霉菌接种到高氏I号培养基斜面上，28℃活化3d，然后用接种环分别挑取各菌种适量到无菌水中，使菌悬液的菌种浓度为10⁵～10⁶CFU/mL。②滤纸片的制备及处理：用打孔器制备一定数量直径5.0mm的滤纸圆片，121℃灭菌20min后置烘箱烘干备用。用无菌镊子取灭菌后烘干的滤纸片，分别浸泡在各种不同浓度的待测化合物溶液中12h，同时以相应溶剂为空白。用紫外灭菌30min。使用前30min沥干。③采用滤纸片法对化合物进行抑菌活性测试：无菌操作下，用无菌吸管吸取菌悬液0.1mL滴加在相应平板培养基表面，用涂布棒涂抹均匀后放置30min后将浸泡在不同溶液中的滤纸片贴在每皿含菌平板上，每皿5片滤纸，均匀分布，金黄葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌37℃恒温培养24h、细黄链霉菌28℃恒温培养3d后，以十字交叉法测量其抑菌圈直径，比较抑菌效果。以上实验重复两次，数据取平均值(见表1)。

表1松香基氨基甲酸酯及其季铵盐衍生物的抑菌圈直径(mm)

其中，QAS-a为正丙基-松香基氨基甲酸酯季铵盐；QAS-b为正己基-松香基氨基甲酸酯季铵盐；QAS-c为正十二烷基-松香基氨基甲酸酯季铵盐；R-Ca为松香基氨基甲酸酯。

本发明所制备的松香基氨基甲酸酯及其季铵盐衍生物对金黄葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌及细黄链霉菌均具有较好的抗菌活性。

Claims

1.一种松香基氨基甲酸酯季铵盐，其特征在于：松香基氨基甲酸酯季铵盐的结构式为：

，

n＝2～5，m＝2～22。

2.制备权利要求1所述的松香基氨基甲酸酯季铵盐的方法，其特征在于：所述的松香基氨基甲酸酯季铵盐是以松香基氨基甲酸酯与溴代烷烃在有机溶剂中反应制备，反应式为:

，

n＝2～5，m＝2～22。

3.如权利要求2所述的制备松香基氨基甲酸酯季铵盐的方法，其特征在于：所述的溴代烷烃为C₃～C₂₃的溴代烷烃，反应温度为60～100℃，反应时间为5～24h；所述的有机溶剂为石油醚、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、四氢呋喃、苯、甲苯中的任意一种。