[发明专利]一种含苝季膦盐及其抗菌过滤柱的制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种含苝季膦盐及其抗菌过滤柱的制备方法及用途，涉及抗菌材料领域。以3,4,9,10‑苝四甲酸二酐(PDA)，通过一系列有机反应，成功的合成了一种新型高效杀菌剂‑含苝季膦盐(PBI‑P‑Br)。该产物具有高效杀菌效果，提高了苝系衍生物的水溶性。该发明通过抗菌实验证实了PBI‑P‑Br的优良抗菌性能，具有PBI‑P‑Br表面的过滤柱具有优异的除菌过滤功能。含苝季膦盐的抑菌率与浓度和时间成正相关关系，其表面修饰的过滤柱具有较大的水体除菌处理容量。该发明对新型季铵盐类可π‑π共轭修饰的抗菌材料的开发具有启发意义。

技术领域

本发明涉及抗菌材料领域，合成了一种新型含苝季膦盐高效抗菌材料，并将其与氧化石墨烯材料结合应用于水体过滤除菌。

背景技术

随着人类物质财富的激增，社会的全面进步，人类越来越关心自身健康和生活质量。人们所生存的环境中存在大量的细菌、真菌、病毒，可直接或间接导致多种疾病，对人们的健康生活造成了极大的隐患和威胁。微生物对人类生产生活造成的严重后果已不容忽视。因此防止有害微生物对人类生产生活造成的影响和危害，减轻由此引发的不良后果已经成为社会共识。抗菌剂的出现发展一直伴随着人类生产生活，也伴随着人类文明进步，研发高效、低毒、广谱的抗菌剂用于消灭、控制有害病原菌的生长、繁殖是一个极具有经济意义和社会意义的重大课题。

苝类衍生物是一类特殊的稠环结构化合物，有研究表明，这类衍生物可以渗透细胞膜有效地进入细胞。3，4，9，10-苝四甲酸二酐(PDA)是由两个萘环以sp²杂化构成的具有良好平面性的稠环芳烃，其在结构上拥有大的共轭π体系，也是一类具有强荧光的缺电子分子。分子结构中的共轭稠环结构使其具有良好的稳定性，因此PDA相较于有相同性质的有机分子而言，光、热、化学稳定性更加突出。但是PDA分子结构中的羰基的吸电子作用使整个分子处于缺电子状态，导致PDA易还原难被氧化。同时由于共轭稠环结构刚性大，导致苝核在常见溶剂和水中极易发生π-π堆积，从而导致PDA的溶解性和荧光量子产率大幅度下降，限制了其应用，因此有关其水溶性衍生物的研究是提高其利用度的热点问题。

比较季膦盐和季铵盐的一些化学性质与结构特征，可以看出季膦盐中的磷原子与季铵盐中的氮原子同为第五主族元素，均采用sp³杂化轨道与其它4个烷基碳相连接，形成一个四面体，这样的分子结构是比较稳定的，与一般的氧化还原剂、酸碱物质和其它类型化合物不起作用。但是氮原子是第二周期元素，磷原子是第三周期元素。磷原子的半径较氮原子半径大，相应的离子半径也大。离子半径大使其极化作用增大，极化增大使周围的正电性增大，正电性增加使其更容易与带负电荷的微生物产生静电吸附作用，更容易杀死微生物。从结构上分析季膦盐比季铵盐的杀菌活性高。

在这里，我们提供了一种含苝季膦盐杀菌剂的合成方法，并采用π-π共轭的方式将其固定于石墨烯过滤柱表面进行水体除菌过滤相关应用。

发明内容

本发明的内容包括两部分。一是合成一种新型的含苝季膦盐抗菌剂PBI-P-Br；二是将PBI-P-Br与氧化石墨烯材料结合，设计出一种简单易行，能够有效除菌的过滤装置。

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种含苝季膦盐化合物的合成及应用。该类化合物具有抗菌活性，为研制新的高效抗菌剂和丰富抗菌方法开辟新的途径。

本发明的技术方案：

所述含苝季膦盐PBI-P-Br的制备方法，步骤如下：

1)3，4，9，10-苝四甲酸二酐(PDA)与二甘醇胺(DGA)，醋酸锌(Zn(OAc)₂)作为催化剂，在N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂里加热回流6h得到具有端羟基的苝酰亚胺衍生物(PBI-OH)。

2)PBI-OH与三溴化磷，在氯仿溶剂下加热回流24h得到具有溴代端基的苝酰亚胺衍生物(PBI-Br)。

3)PBI-Br与三丁基膦，在甲苯溶剂下加热回流12h得到PBI-P-Br。