一种新型光诱导抗菌材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于生物材料，功能材料技术领域，具体涉及一种新型光诱导抗菌材料（非对称寡聚苯乙炔）及其制备方法和在抗菌方面的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物材料，功能材料
，具体涉及一种新型光诱导抗菌材料（非对称寡聚苯乙炔）及其制备方法和在抗菌方面的应用。
技术介绍
寡聚苯乙炔类化合物（英文简称“OPE”）一类具有苯环和乙炔三键交替的高共轭寡聚化合物，通常具有三个或以上的苯环和乙炔共轭结构。由于其共轭程度较高，光学性能独特，引起包括生物传感器、导电分子、光动力抗菌等多领域学者的研究兴趣。美国新墨西哥大学Whitten教授课题组合成了一系列对称和非对称的OPE分子，并深入研究了OPE分子与生物大分子的相互作用，特别是带正电的OPE与羧甲基纤维素、羧甲基淀粉、DNA的相互作用。研究表明，带正电的OPE与上述分子均有较强的相互作用，能与上述分子形成超分子自组装复合物，其典型表现为吸收光谱发生明显的红移，荧光光谱发生显著增强，是典型的J-aggregate的光谱表现（Tang，Zhou,etal,J.Photochem.Photobiol.A:Chemistry.,2009,207,4-6;Tang,Zhou,etal,Langmuir.,2009,25(1),21-25;Tang,Zhou,etal,Langmuir.,2011,27,4945-4955）。OPE与DNA也能发生超分子自组装行为，通过对OPE与不同序列的DNA自组装的研究，发现该自组装与DNA序列有明显的相关性，即使相差一个碱基的两个序列，自组装现象也各不相同。利用该现象，Whitten组发展了基于OPE的DNA错配检测方法。该方法对于基因检测、DNA突变等具有潜在应用价值（Tang,Achyuthan,etal,Langmuir.,2010,26(9),6832-6837）。OPE的光物理性质研究表明中间苯环被支链修饰的OPE（M-OPE）具有两个吸收峰，而末端苯环被支链修饰的OPE（EO-OPE）则只具有一个吸收峰，这种差异很可能源于M-OPE的次级LUMO与LUMO的能量相近，而EO-OPE次级LUMO与LUMO能量相差甚大，而计算机模拟结果也很好地支持该推测。OPE的三线态研究表明，大多数OPE均具有较高的三线态产率，从而在有氧气存在的情况下，OPE较容易被激发产生单线态氧和其他氢氧自由基。由于单线态氧和其他活性氧自由基具有很强的氧化性，能够氧化细胞的不饱和脂、蛋白质和DNA，因此，对细胞产生致命的伤害（Zhou,Corbitt,etal,J.Phy.Chem.Lett.,2010,1,3207-3212;Tang,Corbitt,etal,Langmuir.,2011,27(8),4956-4962）。Whitten组和佛罗里达大学的Schanze组通过对OPE以及其高分子CPE研究表明，无论是高分子还是寡聚物，紫外光照条件下均能对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌产生细胞毒性。相比之下，OPE毒性更大。研究也发现，EO-OPE比M-OPE水溶性虽然差一些，但是细胞毒性却更强。进一步的暗毒性机理研究发现，EO-OPE分子对细胞的形态破坏很大，而M-OPE在相应浓度条件下则并未造成细胞的破损，相应细胞暗毒性较低。最近，周志军等人发现，中性OPE分子表现出远超正电OPE的细胞毒性，甚至在可见光条件下就能产生直接的细胞毒性。机理研究认为，中性OPE具有更好的细胞内化能力，因此，单线态氧等活性氧自由基可以更为直接造成细胞毒性。而细胞的内化能力与OPE的电性关系密切，较多的静电荷虽然提高了其溶解性，却降低了细胞内化能力，因而，大大降低其细胞毒性（Wang,Zhou,etal,Polymers.,2011,3,1199-1214;Zhou,Corbitt,etal,J.Phy.Chem.Lett.,2010,1,3207-3212;Tang,Corbitt,etal,Langmuir.,2011,27(8),4956-4962;Wang,Tang,etal,Langmuir.,2010,26(15),12509-12514;Dimitri,Ji,etal,Langmuir.,2012,28(31),11286-11290；周志军等，专利号ZL201410354232.7；王静等，专利号ZL201410355235.2；周志军等，专利号ZL201410355442.8）。
技术实现思路
本专利技术涉及一系列新型非对称寡聚苯乙炔类光诱导抗菌材料。本专利技术要解决的另一技术问题是提供一种新型非对称寡聚苯乙炔类抗菌材料的制备方法及其在光诱导抗菌方面的应用。本专利技术所述的非对称寡聚苯乙炔类化合物的结构通式如图1所示：其中R1,R2为C1-26烷基；X为C1-26烷基，Y为C1-26烷基且X为-CH2CH2-烷基时，Y为C2-26烷基。上述所述非对称寡聚苯乙炔类化合物OPE(H,NH2)可通过如图2所示的路线合成，此路线共有六步；其中R1,R2为C1-26烷基；X为C1-26烷基，Y为C1-26烷基且X为-CH2CH2-烷基时，Y为C2-26烷基；R为Cl,Br,I或OTf；LG为Cl,Br,I,OTf,OTs或OMs。（步骤一）在惰性气体保护下，化合物1与三甲基硅基乙炔在钯催化剂或铁催化剂作用下，在碱存在下发生Sonogashira偶联反应生成中间体2，反应完成后过滤除去固体，滤液减压浓缩除去溶剂，所得粗品2直接用于下一步反应。（步骤二）中间体2在碱性条件下，于溶剂中脱去三甲基硅基，反应完成后加入水溶解固体，萃取三次，合并有机相，干燥剂干燥，静置，过滤除去固体，滤液减压浓缩，即得苯乙炔类中间体3。（步骤三）将化合物4溶于干燥的非质子有机溶剂中，而后低温下滴加硼化物的溶液，自然升温反应，待反应完成后，将反应液慢慢滴加到冰水中，析出大量固体，用布氏漏斗过滤，滤饼用冰水洗涤三次，真空干燥，得化合物5。（步骤四）在非质子有机溶剂中，化合物5和末端取代的N,N-二烷基铵盐在碱性条件下反应，反应结束后将反应液倒入冰水，析出大量固体，用布氏漏斗过滤，滤饼用冰水洗涤三次，收集滤饼真空干燥，得化合物6。（步骤五）在惰性气体保护下，化合物3，化合物6和苯乙炔在钯催化剂或铁催化剂作用下，在碱存在下发生Sonogashira偶联反应生成化合物7，反应完成后过滤，滤液减压浓缩除去溶剂，所得粗品用快速硅胶柱色谱分离，所得混合物再使用制备HPLC纯化，得到化合物7纯品。（步骤六）化合物7于酸性条件下脱去Boc，即得到OPE(H,NH2)。本专利技术制备的非对称寡聚苯乙炔类化合物由苯基和乙炔基交替构成，具有大π共轭电子结构，末端由伯胺构成，结构新颖，物理化学性质稳定。制备方法简单，产率较高，可用于抗菌药物、抗菌材料、抗癌药物、生化防护、光电器件、生物传感器等领域。本技术与现有技术相比，具有以下有益技术效果：本专利技术设计的非对称寡聚苯乙炔类化合物末端氨基容易与其他功能基团链接，易于通过修饰末端形成靶向药物，纳米药物，新药传递体系，新型生物传感器，荧光显像剂等，而中间苯环的侧链叔胺部分则可通过烷基化形成水溶性更好的季铵盐类抗菌剂，因而可拓展性好；该中性化合物相比目前普遍使用的季铵盐抗菌药物效果更好，由于不再使用毒性较大的碘甲烷，因而更加环保；另外该抗菌材料的光动力杀菌过程采用可见光源，其应用范围更广。附图说明图1：本专利技术所述的非对称本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型光诱导抗菌材料（非对称寡聚苯乙炔），其化学结构通式如说明书附图1所示：其中R1、R2为C1‑26烷基；X为C1‑26烷基，Y为C1‑26烷基且X为‑CH2CH2‑烷基时，Y为C2‑26烷基。

【技术特征摘要】
1.一种新型光诱导抗菌材料（非对称寡聚苯乙炔），其化学结构通式如说明书附图1所示：其中R1、R2为C1-26烷基；X为C1-26烷基，Y为C1-26烷基且X为-CH2CH2-烷基时，Y为C2-26烷基。2.一种新型光诱导抗菌材料（非对称寡聚苯乙炔）的制备方法（如说明书附图2示），包括如下六个步骤（其中R1、R2为C1-26烷基；X、Y为C1-26烷基；R为Cl、Br、I或OTf；LG为Cl、Br、I、OTf、OTs或OMs）：（步骤一）化合物1与三甲基硅基乙炔在钯-铜催化剂或铁催化剂作用下，在碱作用下发生Sonogashira偶联反应生成中间体2；（步骤二）中间体2在碱作用下，脱去三甲基硅基，得到苯乙炔类中间体3；（步骤三）化合物4与硼化物发生去甲基化反应得化合物5；（步骤四）化合物5和末端取代的N,N-二烷基铵盐在碱作用下反应得化合物6；（步骤五）化合物3，化合物6和苯乙炔在钯-铜催化剂或铁催化剂作用下，在碱作用下发生Sonogashira偶联反应生成化合物7；（步骤六）化合物7在酸性条件下脱去Boc，得到终产物OPE(H,NH2)。3.根据权利要求2所述新型光诱导抗菌材料（非对称寡聚苯乙炔）的制备方法，步骤一Sonogashira偶联反应中所用钯催化剂为Pd(PPh3)4，Pd(PPh3)2Cl2，Pd(PCy3)2Cl2，Pd(CH3CN)2Cl2，PEPPSITM-IPr，PEPPSITM-SIPr，Pd(dppf)Cl2，PdCl2+配体，Pd(OAc)2+配体，Pd(dba)2+配体，Pd2(dba)3+配体或Pd(acac)2+配体；铜催化剂为CuI，CuBr，CuCl；铁催化剂为FeCl3。4.根据权利要求2所述新型光诱导抗菌材料（非对称寡聚苯乙炔）的制备方法，步骤一的反应产物中间体2的结构通式如图2示；其中Y为C1-26烷基，但是Y为-CH2CH2-烷基的除外。5.根据权利要求2所述新型光诱导抗菌材料（非对称寡聚苯乙炔）的制备方法，步骤二中所用碱为氢氧化锂，氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸锂，碳酸钠，碳酸钾，碳酸铯，氟化锂，氟化钠，氟化钾或四丁基氟化铵，甲醇锂，甲醇钠，甲醇钾，乙醇锂，乙醇钠或乙醇钾；所用溶剂为水和有机溶剂的混合溶剂，质子性有机溶剂或质子性有机溶剂和其他有机溶剂的混合溶剂。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪子玉，李保健，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：深圳市大物科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44