苄基三苯基季鏻盐的合成及其晶体结构和抗菌活性测定

叶辉青，李艺苑，吴徐贤, 汪晓钰，李俊杰，周家容,2，杨乐敏,2，倪春林,2*

(1.华南农业大学 理学院，广东 广州 510642； 2.华南农业大学 生物材料研究所，广东 广州 510642)

复合抗菌材料的研究和应用引起了人们广泛的关注[1-2]. 由具有抗菌活性的有机阳离子和金属离子组成的有机-无机复合抗菌剂不但兼具了有机抗菌剂的强敛性、持续性和无机抗菌剂的安全性、耐热性的优点，而且价格更加低廉、使用时添加量更少、抗菌性能更高、稳定性更好[3]. 季鏻盐中的磷原子位于周期表中的第三周期，其原子半径较季铵盐中的氮原子的原子半径大，因而相应的离子半径也较大. 而离子半径更大的优势使其极化作用增大，从而使其外围的正电性增大，因而更容易杀死微生物，从结构分析上可知季鏻盐的抗菌活性要比季铵盐高. 季铵盐凭着其良好的物理性质及抗菌效果在有机抗菌剂中占据重要地位[4-5]，并在日常生活多种领域中得到广泛应用[6-9]. 季鏻盐作为新一代的高效、广谱、低毒的抗菌剂[10]，其抗菌性能比季铵盐高出2个数量级，并很好地解决了季铵盐在抗菌领域所累积下来的问题[11-12]. 因此，研究并开发新型的季鏻盐杀菌剂已经成为人们研究的热点. 本文作者采用苄氯与三苯基膦反应获得了氯化苄基三苯基季鏻盐[BzTPP]Cl(CCDC： 772084), 通过元素分析，红外光谱，电子喷雾质谱和X-射线单晶衍射等手段进行了组成分析和结构表征，并以大肠杆菌，金葡萄球菌和沙门氏菌为致病菌测定了其抗菌活性，并与另外两种复合季鏻盐 [BzTPP]2[CoCl4] 和 [BzTPP]2[MnCl4] 的抗菌活性进行了对比.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

氯化苄(BzCl)、三苯基膦、丙酮、甲醇和无水乙醚等试剂均为市售分析纯试剂；营养肉汤来源于广州环凯微生物科技有限公司. 美国Perkin-Elmer公司240C型元素分析仪，美国Nicolet公司Acvatar 360 FT-IR红外光谱仪，日本Shimadzu LCMS-2010A液相色谱质谱联用仪和德国Bruker公司Smart APEX CCD X-射线衍射仪(Mo Kα,λ= 0.071 073 nm).

1.2 季鏻盐的合成

参考文献[13]的方法合成氯化苄基三苯基季鏻盐：称取氯化苄1.26 g (0.01 mol)和三苯基膦2.62 g (0.01 mol)于100 mL磨口锥形瓶中，加入30 mL丙酮溶解，加热到60 ℃搅拌回流反应24 h. 自然冷却至室温，抽滤，用无水乙醚淋洗2～3次. 得到固体，放进真空干燥器干燥，称重得3.53 g固体，产率约为91%. 取0.78 g [BzTPP]Cl固体用甲醇溶解，过滤除去不溶物，在室温下自然挥发一周后得到0.53 g晶体，产率67%. [BzTPP]2[CoCl4]和[BzTPP]2[MnCl4]参见文献[14-15]方法合成.

1.3 季鏻盐的晶体结构测定

选取尺寸为0.12 mm×0.19 mm×0.22 mm 的[BzTPP]Cl晶体置于 Bruker Smart CCD 单晶衍射仪上，在291(2) K 下，采用石墨单色器单色化的 Mo Kα射线，以φ-ω扫描方式在2.2°≤θ≤25.0°范围内收集，共收集到29 413个衍射点，其中可观测的独立衍射点 [I> 2σ(I)] 为3 212个，强度因子用经验吸收校正，晶体结构采用 SHELXS-97程序由直接法解出[16-17]. 对非氢原子坐标及其各向异性温度因子进行全矩阵最小二乘法精修. 以I> 2σ(I) 的数据修正到一致性因子R1= 0.038 4，wR2= 0.113 6，残余电子密度的最高峰为371 e·nm-3，最低峰为-595 e ·nm-3. 氯化苄基三苯基季鏻盐的晶体学数据和结构精修信息列于表1.

1.4 最低抑菌浓度(MIC)测定

采用二倍稀释法测定3种季鏻盐的最小抑菌浓度(MIC)[18]. 取活化后的大肠杆菌，金葡萄球菌和沙门氏菌，接种于肉汤培养基，在37 ℃下培养24 h，将菌液稀释至浓度均为1.0×106CFU/mL. 在不同的洁净试管中分别加入1 mL 肉汤，再加入浓度为1 g/mL 的待测药液，逐级稀释，每支试管再加入1 mL 菌液，在恒温恒湿箱中培养24 h. 观察试液的活菌情况，以不长细菌的试管的杀菌单体计量为该单体的MIC，考察3种季鏻盐的抗菌性能.

2 结果与讨论

2.1 元素分析与电子喷雾质谱

季鏻盐 [BzTPP]Cl 的元素分析实测值为C： 77.29 %; H： 5.82%; 计算值为C： 77.22 %; H： 5.70%. 由此可见，实验值与化学式(C25H22PCl)的计算值基本吻合. 正离子的电子喷雾质谱出现在353.2，与[BzTPP]+的理论值353.4基本一致.

表1 季鏻盐[BzTPP]Cl的晶体学数据Table 1 Crystal data of the benzyltriphenylphosphonium salt

2.2 红外光谱

图1 季鏻盐[BzTPP]Cl的分子结构式Fig.1 Molecular structure of [BzTPP]Cl

2.3 季鏻盐的晶体结构

晶体结构分析表明，季鏻盐[BzTPP]Cl属正交晶系，空间群为Pbca ，明显不同于文献报道的[BzTPP]ClO4[20]. 季鏻盐[BzTPP]Cl分子结构如图1所示，主要的键长和键角列于表2和表3. 由图1可见，季鏻盐[BzTPP]Cl的一个晶胞中含1个Cl-离子和一个[BzTPP]+阳离子. [BzTPP]+阳离子中四个苯环围绕着P原子伸向不同的空间，P-C的平均键长是0.179 7(2) nm. C-P-C的键角在108.25(10)°至111.52(9)°范围内变化，平均键角为109.47(9)° . C(6)-C(7)-P(1)平面和C(1)-C(6)，C(8)-C(13)，C(14)-C(19)和C(20)-C(25)四个苯环之间的二面角分别100.2°， 59.7°，139.0°和82.3°. 如图2所示，[BzTPP]+阳离子与Cl-离子通过C-H…Cl的氢键[21-21]相连，相应的键长和键角列于表4.

表2 季鏻盐[BzTPP]Cl的主要键长Table 2 Selected bond lengths of the benzyltriphenylphosphonium salt [BzTPP]Cl

表3 季鏻盐[BzTPP]Cl的主要键角Table 3 Selected bond Angles of the benzyltriphenylphosphonium salt [BzTPP]Cl

表4 季鏻盐[BzTPP]Cl中氢键的键长和键角Table 4 The bond lengths and angles for the hydrogen bond of [BzTPP]Cl

Symmetry transformations used to generate equivalent atoms: #1= -x+ 1, -y+ 2, -z+ 1; #2 = -x+ 3/2 , -y+ 2,z- 1/2

图2 季鏻盐[BzTPP]Cl沿c轴方向的分子堆积Fig.2 The stacking diagram of [BzTPP]Cl as viewed along c-axis

2.4 杀菌活性

3种季鏻盐的的MIC值列于表5. 从表5可以看出，3种季鏻盐对大肠杆菌，金葡萄球菌和沙门氏菌均具有一定的抗菌活性. 对大肠杆菌和沙门氏菌的抗菌活性大小顺序是：[BzTPP]2CoCl4>[BzTPP]2MnCl4>[BzTPP]Cl；对于金葡萄球菌的抗菌活性大小顺序是：[BzTPP]2MnCl4>[BzTPP]2CoCl4>[BzTPP]Cl. 这三种杀菌剂阳离子结构相同，只是阴离子不同，导致其抗菌活性有较大的差异性，这说明阴离子对于该类抗菌剂的抗菌活性具有一定的影响，其中含金属钴和锰配阴离子的复合季鏻盐对菌种的抗菌作用明显比无金属配阴离子的强.

表5 三种季鏻盐的MIC值Table 5 MIC data of three benzyltriphenylphosphonium salts

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