CN107549174A

CN107549174A - 一种含杂环结构的季铵盐表面活性剂杀菌剂

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Publication number: CN107549174A
Application number: CN201710812471.6A
Authority: CN
Inventors: 王丽艳; 何显优; 田莹; 刘世夫; 赵冰; 向韦佳; 杨超
Original assignee: Qiqihar University
Current assignee: Qiqihar University
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2018-01-09

Abstract

一种含杂环结构的季铵盐表面活性剂杀菌剂，名称为N‑(2‑噻唑氨基甲酰甲基)‑N,N‑二甲基‑N‑烷基氯化铵(烷基链长度为10,12,14,16)。本发明是要解决已有化学杀菌剂用量大、对革兰氏阴性菌不敏感、对环境污染等问题。本发明的杀菌剂具有毒性小、易降解、用量极低、对人畜及环境安全等优点。本发明通过实验证明N‑(2‑噻唑氨基甲酰甲基)‑N,N‑二甲基‑N‑烷基氯化铵可以用于抑制枯草芽孢杆菌和大肠杆菌，有效抑菌浓度为2.1~40μg/mL。该杀菌剂符合绿色可持续发展的战略，作为化妆品、药物制剂、食品防腐剂、医疗灭菌、生物复合材料、纺织、化工等领域的杀菌剂具有广阔的应用前景。

Description

一种含杂环结构的季铵盐表面活性剂杀菌剂

技术领域

本发明涉及一种含杂环结构的季铵盐表面活性剂杀菌剂。

背景技术

自然界中存在着大量的有害微生物危害人们的健康，引起各种材料的分解、变质和腐败，危害环境和工农业生产，带来重大的经济损失。阻止有害微生物，目前最有效的方法是依靠化学药剂。季铵盐杀菌剂是一种阳离子化合物，它的发现和使用已经有将近一个世纪了，不但杀菌力强、起效迅速，而且对皮肤和组织刺激性低，对金属、橡胶制品无腐蚀作用。目前最常使用的季铵盐杀菌剂为传统的表面活性剂十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)，已经有半个多世纪的历史, 虽然从臭味、毒性、皮肤刺激性等方面考虑其是一类优良的杀菌剂, 但其长期使用加之用量的不断增大，存在一些问题，如严重的抗药性、对革兰氏阴性菌不敏感、对环境造成二次污染。所以新结构季铵盐的合成发展也比较快，其中五元、六元杂环季铵氮的引入，双、多季铵盐的合成颇受瞩目，但一方面由于它们的合成步骤多、后处理困难，导致产率低、成本高，难于工业化；另一方面虽然双、多季铵盐的使用量减少对人的危害性相对安全，但是对环境的危害性却依然存在，由于结构的复杂化，在自然界中更加难以降解。本发明提供一种含杂环结构的季铵盐表面活性剂杀菌剂。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种含杂环结构的季铵盐表面活性剂杀菌剂，该杀菌剂的化学名称为N-(2-噻唑氨基甲酰甲基) -N,N-二甲基-N-烷基氯化铵(烷基链长度为10,12,14,16)。本发明根据国标GB15981–1995 测定N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的杀菌能力，证明他们具有良好的抑菌活性。N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵作为杀菌剂，其高效、低毒、用量极低、易于降解对环境污染小，且对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有良好的抗菌平衡性。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供了N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基烷基氯化铵杀菌剂。所述微生物为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。所述N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基烷基氯化铵杀菌剂对2种菌的抑菌率达到90%以上时的抑菌浓度为2.1~10 μg/mL。所述革兰氏阳性菌为枯草芽孢杆菌。所述革兰氏阴性菌为大肠杆菌。所述杀菌剂中N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-十二烷基氯化铵的浓度为2.1 μg/mL时，对枯草芽孢杆菌抑制率达到90%。所述杀菌剂中N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-十二烷基氯化铵的浓度为7.3 μg/mL时，对大肠杆菌抑制率达到90%。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1. 本发明采用两步法合成N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵，原料来源广、反应条件温和易于控制、产物易于分离纯化、收率高，使用经济。

2. 合成的N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵，分子结构中含噻唑杂环结构和酰胺基团，其临界胶束浓度为0.27 ~ 5.14 mmol/L，临界胶束浓度较低，具有较高的表面活性。该表面活性剂具有较好的杀菌能力，它对枯草芽孢杆菌的最小抑菌浓度为2.1 ~ 9.6 μg/mL，对大肠杆菌的最小抑菌浓度为7.3 ~ 9.3 μg/mL。

3. 该杀菌剂对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有较高的均衡的抑菌性，用量极低、可降解、污染小、对环境友好的小分子化合物。

本发明的季铵盐表面活性剂杀菌剂可用于化妆品、药物制剂、食品防腐剂、医疗灭菌、生物复合材料、纺织、石油化工等多个领域。

附图说明

图1是本发明中N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-十二烷基氯化铵对枯草芽孢杆菌的抑菌实验结果。

图2是本发明中N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-十二烷基氯化铵对大肠杆菌的抑菌实验结果。

具体实施方式

结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述，以下实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制。

实施例1

具体实施方式一：本实施方式的季铵盐表面活性剂杀菌剂，其化学名称为N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵(I)，结构式为：

其中I₁₀ n＝8,I₁₂ n＝10,I₁₄ n＝12,I₁₆ n＝14。

具体实施方式二：具体实施方式一所述的季铵盐表面活性剂杀菌剂的制备方法，按以下步骤进行：

一、合成2-(2-氯乙酰胺基)噻唑：①、将氯乙酰氯溶于二氯甲烷中，得到氯乙酰氯/二氯甲烷溶液，步骤一①中所述的氯乙酰氯/二氯甲烷溶液中氯乙酰氯的浓度为1.0 mmol/mL ~2.0 mmol/mL；②、将2-氨基噻唑和吡啶加入二氯甲烷中，并在冰浴条件下搅拌，搅拌速度为600 rpm ~ 800 rpm，然后采用恒压滴液漏斗以恒定的滴加速度2 m L/min ~ 4 mL/min滴入氯乙酰氯/二氯甲烷溶液，滴加完毕后继续以搅拌速度为600 rpm ~ 800rpm搅拌反应3 h~ 4 h，得到反应产物，步骤一②中所述的2-氨基噻唑和吡啶的摩尔比为1 : (1.8 ~ 2.2)，步骤一②中所述的2-氨基噻唑的物质的量与二氯甲烷的体积比为0.01 mol : 20 mL，步骤一②中所述的2-氨基噻唑与氯乙酰氯/二氯甲烷溶液中氯乙酰氯的摩尔比为1 : (1.2 ~1.8)；③、利用真空抽滤装置，经抽滤后得到除溶剂反应产物，然后加入蒸馏水进行洗涤，所述的除溶剂反应产物与蒸馏水的体积比为1 : (10 ~ 15)，洗涤3 ~ 5次，在真空度为 0.09MPa ~ 0.1 MPa和温度为40℃ ~ 45 ℃的条件下对结晶物进行干燥，干燥时间为2 h ~ 3h，得到白色粉末状固体，白色粉末状固体为2-(2-氯乙酰胺基)噻唑；

二、合成季铵盐表面活性剂杀菌剂：将2-(2-氯乙酰胺基)噻唑和N,N-二甲基-N-烷基叔胺加入反应器中，溶于N,N二甲基甲酰胺中，从室温搅拌加热至50℃~70℃，继续反应1 h~2h，然后利用旋转蒸发仪进行减压旋转蒸发除去溶剂N,N二甲基甲酰胺，得到旋蒸后反应产物，冷却后采用无水乙醇/乙酸乙酯混合液进行重结晶，所述的无水乙醇/乙酸乙酯混合液由无水乙醇和乙酸乙酯按无水乙醇与乙酸乙酯的体积比为(0.8 ~ 1.2) : 50混合而成，得到结晶产物，在真空度为 0.09 MPa ~ 0.1 MPa和温度为35℃ ~ 45℃的条件下对结晶产物进行干燥，干燥时间为2 h~4 h，得到白色粉末状固体，白色粉末状固体为N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵；所述的2-(2-氯乙酰胺基)噻唑和N,N-二甲基-N-烷基叔胺的摩尔比为1 : (1.5 ~ 2.5)；所述的2-(2-氯乙酰胺基)噻唑的物质的量与N,N二甲基甲酰胺的体积比为1.0 mol : 5 mL；所述的N,N-二甲基-N-烷基叔胺为N,N-二甲基-N-癸烷基叔胺、N,N-二甲基-N-十二烷基叔胺、N,N-二甲基-N-十四烷基叔胺、N,N-二甲基-N-十六烷基叔胺。

实施例2

按实施例1所述的季铵盐表面活性剂杀菌剂，它的杀菌方法按以下步骤进行：

一、牛肉膏蛋白胨培养基制备

称取1.737 g牛肉膏，5.203 g蛋白胨，2.745 g氯化钠，8.215 g琼脂，500 mL水待用。首先向500 mL烧杯中倒入少量水，并将以上原料逐一倒入水中，加热搅拌至完全溶解，补充水量至500 mL。用氢氧化钠溶液调节培养基的pH值至7.0-7.2，将配置好的培养基装入锥形瓶，加塞、包扎。最后在121℃、0.1MPa的条件下，将培养基放入高压蒸汽灭菌锅内灭菌，灭菌时间为30 min。将灭菌后的液体培养基倒入培养皿中，每个培养皿中倒入20 mL培养基。

二、含有杀菌剂培养基制备

在倒入液体培养基的同时加入不同浓度的N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵杀菌剂及不同浓度的1227，制备成为含杀菌剂的培养基。利用二倍稀释法配制N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵杀菌剂及1227的浓度分别为160 μg·mL^-1、80 μg·mL^-1、 40 μg·mL^-1、20 μg·mL^-1、10 μg·mL^-1、5 μg·mL^-1、2.5 μg·mL^-1七个浓度的培养基，贴好标签以备使用。

三、菌悬液制备及选取

使用接种环刮取活化后约0.5 cm^-2的大肠杆菌，放入10 mL无菌水中制成大肠杆菌菌悬液，依次稀释菌悬液，得到稀释度分别为10^-1、10^-2、10^-3、10^-4、10^-5、10^-6共计六个稀释度的大肠杆菌菌悬液。使用接种环刮取活化后约1 cm^-2的枯草芽孢杆菌，经相同方法制备成六个稀释度的枯草芽孢杆菌菌悬液，贴好标签以备使用。

取两种细菌稀释度分别为10^-3、10^-4、10^-5的菌悬液进行培养，逐一向培养基内滴入0.2 mL不同稀释度的菌悬液，用玻璃涂棒将菌悬液涂布均匀，做好标记。在37℃条件下培养24 h，观察各个培养基中菌落生长情况，选出稀释度符合要求的菌悬液。

通过筛选选取枯草芽孢杆菌和大肠杆菌稀释度均为10^-4的菌悬液进行培养，向培养基内分别逐一滴入0.2 mL菌悬液，并均匀涂布于培养基表面，在37℃条件下培养24 h。通过平板菌落计数法统计细菌菌落数，每组十个培养基，最后得到同一稀释度多次重复的菌落平均数，实验重复三组。

根据公式可计算得到细菌菌落总数(CFU)。

CFU=同一稀释度多次重复的菌落数平均数×稀释倍数×5

稀释度为10^-4的大肠杆菌菌悬液的CFU为5.6×10⁶ cfu/mL，空白菌落数为110；稀释度为10^-4的枯草芽孢杆菌菌悬液的CFU为3.6×10⁶ cfu/mL，空白菌落数为71.8。

四、最小抑菌浓度测定

取稀释度符合要求的菌悬液进行培养，使用无菌吸管，每次向已经放有不同浓度杀菌剂的培养基中逐一滴入0.2 mL菌悬液，并均匀涂布于培养基表面，在37℃条件下培养24 h。通过平板菌落计数法统计细菌菌落数，计算抑菌率，实验重复三次。

根据公式可计算得到抑菌率(%)。

抑菌率(%)=(抑制菌落数/菌落总数)×100%

最小抑菌浓度（MIC）是杀死90％以上的细菌所需杀菌剂的浓度，可以用来衡量杀菌剂的活性。

不同浓度的N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵对枯草芽孢杆菌和大肠杆菌的作用结果如表1所示。

表1 N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵对2种菌的作用结果

注：试验中每个处理重复三次，表中数据为三次重复的平均值。

从表1中可知，在5~160 μg/mL浓度范围内，N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵对枯草芽孢杆菌和大肠杆菌均有较好的均衡的抑制效果。在浓度为5 μg/mL时，N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵对2种菌的抑制率较好，均在70%以上，浓度为10 μg/mL时，N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵对2种菌的抑制率达到90%以上，可以有效地对它们进行防治。N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-烷基氯化铵对2种菌的抑菌率明显优于1227对2两种菌的抑菌率。

N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-十二烷基氯化铵对2种菌的抑菌效果最好，图片如图1~2所示，从图中可以看出，当浓度在5 μg/mL时，I₁₂对枯草芽孢杆菌的抑菌率为100%。当浓度为10 μg/mL时，I₁₂对大肠杆菌的抑菌率为100%，说明N-(2-噻唑氨基甲酰甲基)-N,N-二甲基-N-十二烷基氯化铵对枯草芽孢杆菌和大肠杆菌起到了很好的抑制效果。最后筛选出I₁₂对枯草芽孢杆菌的最小抑菌浓度为2.1 μg/mL，I₁₂对大肠杆菌的最小抑菌浓度为7.3 μg/mL。

Claims

1.一种含杂环结构的季铵盐表面活性剂杀菌剂。

2.根据权利要求1所述的一种含杂环结构的季铵盐表面活性剂杀菌剂，其特征在于所述微生物为革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌。

3.根据权利要求1或2所述的一种含杂环结构的季铵盐表面活性剂杀菌剂，其特征在于所述杀菌剂的有效使用浓度为2.1~40 μg/mL。

4.根据权利要求2所述的一种含杂环结构的季铵盐表面活性剂杀菌剂，其特征在于所述革兰氏阳性菌为枯草芽孢杆菌。

5.根据权利要求2所述的革兰氏阳性菌，其特征在于所述革兰氏阴性菌为大肠杆菌。

6.根据权利要求1所述的一种含杂环结构的季铵盐表面活性剂杀菌剂，其特征在于所述杀菌剂的浓度为10 μg/mL时，对枯草芽孢杆菌和大肠杆菌的抑制率均达90%以上。

7.根据权利要求1或2所述的一种含杂环结构的季铵盐表面活性剂杀菌剂，其特征在于所述杀菌剂对枯草芽孢杆菌和大肠杆菌具有平衡的抑菌效果。