载磺胺嘧啶聚乙二醇前药的制备及抗菌性能研究

摘 要： 以不同分子量的聚乙二醇（PEG）与一氯乙酸为原料，通过酯化反应合成氯乙酰聚乙二醇酯，将它与抗菌剂磺胺嘧啶（SD）结合制备了不同分子量的PEG-SD前药，并进行了红外、核磁和紫外的表征。结果表明，磺胺嘧啶成功接载到聚乙二醇链末端。随着聚乙烯醇的分子量降低，其酯化程度增加，接负SD的比例增加。水解实验表明，PEG-SD前药具有长效缓释抗菌的功能。随着分子量的降低，抑菌效果越好。PEG600-SD对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度分别为31.25μg·mL-1和15.62μg·mL-1，具有最好的抑菌效果。

关 键 词：聚乙二醇；磺胺嘧啶；酯化反应；高分子前药

中图分类号：TQ455.4; O633.11 文献标志码： A 文章编号： 1004-0935（2024）08-1141-05

磺胺嘧啶（SD）是一种抗菌谱广的有机低分子抗菌剂，对大多数的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有抑制作用[1-3]。但是存在耐热性差、易在有机环境中析出等的缺点。使用时，如果不控制磺胺嘧啶的量，还会对人体造成危害[4]，因此制备具有缓释作用的抗菌剂更加适合实际应用。有机低分子抗菌剂与高分子材料结合可以弥补抗菌剂的缺点[5]。将高分子材料赋予抗菌性，需要考虑抗菌材料的作用机制以及采用何种方式把抗菌基团引入到高分子材料中[6]。聚乙二醇（PEG）无毒不刺激还具有良好的水溶性，被广泛地应用在药物制剂、医疗卫生和食品化工等众多领域中[7-10]。由于PEG端羟基的活性较强，可以通过官能团转换制备各种聚乙二醇衍生物[11-14]。本研究选择不同分子量的PEG作为聚合物载体，与一氯乙酸酯化反应生成双氯乙酰聚乙二醇酯，再与SD反应得到PEG-SD前药，并进行结构表征、体外降解实验和抗菌实验，证明SD经高分子化后可以作为一种新型的高分子缓释抗菌剂。

1 实验部分

1.1 原料

PEG600、PEG1000和PEG2000，国药集团化学试剂有限公司，用前与环己烷共沸脱水；一氯乙酸，天津市光复精细化工研究所；磺胺嘧啶（SD），东北制药总厂，用水重结晶，真空干燥；N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、四氢呋喃（THF）、浓硫酸、盐酸、氢氧化钠，广东西陇化工厂；DMF经NaOH干燥后重新蒸馏，沸点151～152℃；THF用粒状KOH干燥，氮气保护蒸馏出纯品；磺胺嘧啶钠（SD-Na）按照文献[15]自制。

1.2 氯乙酰甲氧基聚乙二醇酯（mPEG-Cl）的合成

装有恒压滴液漏斗、电动搅拌装置和冷凝管的250mL三口烧瓶中，加入40g（0.02mol）PEG2000和15.12g（0.16mol）一氯乙酸，再加入40mL的四氢呋喃，搅拌下用滴液漏斗向烧瓶中缓慢滴加7mL浓硫酸作为催化剂，80℃下反应6h。反应结束后减压蒸馏除去溶剂，将混合物转移至250mL烧杯中，加饱和氯化钠水溶液，摇匀，静置后分层，上层为清液，下层有固体沉淀析出，过滤，收集沉淀物，水洗使呈中性，40℃干燥至恒重得到棕色固体物质，磨干成粉得到PEG2000-Cl。按照相同步骤将PEG600，PEG1000分别与氯乙酸进行酯化反应，分别得到PEG600-Cl、PEG1000-Cl。

1.3 PEG-SD 前药的合成

在装有搅拌器，冷凝管和温度计的100mL三口烧瓶中，加入1.1g（0.004mol）磺胺嘧啶钠，2.2g（0.001mol）烘干的PEG2000-Cl，15mL的N，N-二甲基甲酰胺作为溶剂，在110℃油浴中加热搅拌7h，反应完毕减压蒸馏，除去大部分溶剂，将产物倒入适量去离子水中得到沉淀，过滤，水洗数次，55℃干燥至恒重，得到PEG2000-SD。再将PEG600-Cl、PEG1000-Cl按照相同的步骤反应分别得到PEG600-SD和PEG1000-SD。PEG600-Cl和PEG-SD的合成路线见图1。

1.4 分析测试

红外谱图（FT-IR）采用Nicolet 380型傅立叶变换红外光谱仪，KBr压片法测定；核磁谱图（1H-NMR）采用德国布鲁克公司AVANCE ⅢHD 400MHz型核磁共振仪，以DMSO-d6为溶剂，TMS为内标；紫外谱图（UV）用美国赛默飞世尔科技公司Evolution201型紫外分光光度计测定；熔点由北京中仪博腾科技有限公司X6型显微熔点仪测定。

1.5 磺胺嘧啶的标准曲线的绘制

精密量取干燥至恒重量的磺胺嘧啶10mg，溶解于50mL 0.1mol·L-1盐酸中，配成磺胺嘧啶母液。分别用移液管量取磺胺嘧啶母液1.0、1.5、2.0、3.0、3.5、4.0mL，各用0.1mol·L-1盐酸稀释磺胺嘧啶母液至10mL，用紫外分光光度计测定242nm处的吸光度值，得到标准曲线。

1.6 PEG-SD载药量的测定

精确称量充分研细后的PEG600-SD、PEG1000-SD和PEG2000-SD加入透析袋，将透析袋浸泡在0.1mol·L-1盐酸溶液中，通过紫外分光光度计测试242nm处的SD的吸光度A值，再按照磺胺嘧啶在0.1mol·L-1盐酸中的标准曲线方程，计算释放出的药物浓度C并计算累积释药百分率。

1.7 抑菌圈测试

采用抑菌圈实验对前药进行抑菌性能的测试，选用了大肠杆菌（E.coli）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）作为测试菌种。将固体培养基加热融化后倒入培养皿中，待融化后将培养基重新冷却凝固分别滴加一滴E.coli和S.aureus，使用玻璃棒将菌悬液涂抹均匀，取少量前药置于培养基表面，在37 ℃恒温培养箱中培养20 h，测量抑菌圈直径。

1.8 最小抑菌浓度（MIC）测试

参照文献[16]通过绘制细菌生长曲线考察细菌在40 h内的生长情况，细菌生长曲线就是选取不同的时间，利用紫外-可见光分光光度计测其透光率T。并通过公式OD600=-lgT计算出相应的光密度（OD值）。利用公式OD600=-lgT计算OD值，绘制OD值随时间的曲线图。通过细菌生长曲线判断最小抑菌浓度。

2 结果与讨论

2.1 前药的红外光谱分析

图2是PEG2000-SD、PEG1000-SD、PEG600-SD的红外光谱图。三种载磺胺嘧啶的聚乙二醇酯在相同的位置出现了吸收峰，可知磺胺嘧啶也成功接枝到了PEG600-Cl和PEG1000-Cl上。但三者红外图谱的峰强度不同，随着聚乙二醇的相对分子质量降低，对应吸收峰的强度增加；PEG600-SD红外光谱图中3445cm-1和3362cm-1处磺胺嘧啶上与苯环共轭-NH2的吸收峰和1747cm-1处酯基吸收峰的强度变大，说明分子量越低，磺胺嘧啶在PEG-SD所占的比重加大，导致该位置处吸收峰强度增加。

2.2 PEG-SD的核磁氢谱分析

图3为不同分子量前药的1H-NMR谱图。化学位移在3.51×10-6和3.43×10-6处吸收峰归属于聚乙二醇-OCH2CH2-的吸收峰；在4.68×10-6处为氯乙酰基上-CH2-的特征吸收峰，说明氯乙酰与聚二乙醇发生了酯化反应；4.13×10-6归属于SD中与苯环相连-NH2上H的吸收峰；（6.5～6.7）×10-6是SD中苯环上H的吸收峰，（7.6～8.5）×10-6是SD中嘧啶环上H的吸收峰，进一步证明了聚乙二醇成功接载上磺胺嘧啶，且通过磺胺嘧啶特征峰可以看出，随着聚乙二醇分子量的降低，磺胺嘧啶特征峰的强度增加，说明接载到低分子量PEG上SD的比重增加。

2.3 PEG-SD的紫外吸收光谱

将等质量的PEG2000-SD、PEG1000-SD、PEG600-SD加入0.1mol·L-1盐酸溶液中，采用紫外分光光度计测试，发现在242nm处出现了磺胺嘧啶的特征吸收峰，说明PEG-SD在酸性溶液中可以释放出SD；并且PEG600-SD的吸光度最高，说明PEG分子量越低可以负载更多的磺胺嘧啶。

采用紫外分光光度法测定242nm处的吸光度，作出SD在0.1mol·L-1盐酸中的标准曲线，绘制出磺胺嘧啶在0.1mol·L-1盐酸中的标准曲线见4。标准曲线回归方程为：A242=0.08283C242+0.08199 （R2=0.99815），其中A242，C242分别代表在242nm处的浓度及吸光度。根据回归方程计算出不同分子量PEG-SD前药的载药量列于表1。

2.4 PEG-SD的体外释药性能

图5是分别称取5mg的PEG2000-SD、PEG1000-SD、PEG600-SD放在10mL 0.1mol·L-1盐酸中的药物释放率变化图。可见，释放速率先增加后缓慢增加达到释放药物的最大量。在释放到

10h左右时，释药率达到80%以上；24h后三种前药完全释放。说明前药具有缓释的效果，且PEG分子量越低，磺胺嘧啶在溶液中释放得越快。

2.5 PEG-SD的抗菌性能测试

2.5.1抑菌圈测试

图6是PEG2000-SD、PEG1000-SD、PEG600-SD对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的抑菌效果图。由图可以看出，PEG2000-SD、PEG1000-SD、PEG600-SD都对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有抑制作用，且随着相对分子量的减少，抑菌圈的透明圈变大。

2.5.2最小抑菌浓度（MIC）测试

表2是PEG2000-SD、PEG1000-SD、PEG600-SD对大肠杆菌（E.coli）与金黄色葡萄球菌（S.aureus）的MIC测试结果。由表2可知，PEG2000-SD对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度分别为125、125μg·mL-1；PEG1000-SD对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度分别为62.5μg·mL-1、31.25μg·mL-1；PEG600-SD对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度分别为31.25，15.62μg·mL-1。说明随着PEG分子量的降低，抗菌效果增强。

3 结论

1）以不同分子量的PEG和一氯乙酸为原料，通过酯化反应制备端基含活性氯的甲氧基聚乙二醇酯，再与磺胺嘧啶钠结合制备PEG-SD，并进行红外、核磁和紫外表征，证明产物具有预期的结构。

2）紫外分光光度法测试PEG600-SD在242nm处吸光度最高，说明聚乙二醇分子量越低可以负载更多的磺胺嘧啶；体外释药性能的测试证明PEG-SD具有缓释作用，在酸性条件释放24h释药完全，且随着PEG分子量的降低，磺胺嘧啶在溶液中释放得越快。

3）PEG2000-SD、PEG1000-SD、PEG600-SD对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都具有抑制作用，且随着分子量的降低，抑菌圈直径变大；最小抑菌浓度测试表明，聚乙二醇分子量越低，抗菌剂所占的比重越高，载药量越大；PEG600-SD对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌MIC最低，分别为31.25μg·mL-1和15.62μg·mL-1，抑菌效果最好。

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中科院大连化学物理研究所科研成果介绍

甲醇制丙烯新技术（DMTP）

负责人：刘中民 电话：0411-84379618 联络人：叶茂

E-mail：maoye@dicp.ac.cn 学科领域：能源化工 项目阶段：成熟产品

项目简介及应用领域

丙烯是化学工业的重要基础原料，目前其生产方式主要是对石油或其衍生品进行热裂解或者催化裂解。但是我国石油资源相对匮乏，随着社会经济的发展，原油需求量已远远大于国内生产量，供需矛盾日益突出。在我国能源结构中，煤占据主导地位。因此一条可行的途径是利用我国相对优势的煤资源，通过合成甲醇进一步制备丙烯等大宗化学品。这不仅实现了石油化工和煤化工的协调发展，而且可为国家节约原油资源，符合国家能源安全战略以及可持续发展的要求，对我国煤炭资源综合利用具有重大的经济和社会意义。

中国科学院大连化学物理研究所成功开发了具有原始创新性的甲醇制丙烯流化床工艺技术。研制了性能优异的 DMTP 专用催化剂，成功耦合了甲醇转化、乙烯烷基化和C4+转化三个反应，工艺技术和指标先进。完成了百吨级DMTP放大试验，验证并优化了 DMTP据。流化床工艺技术，获取了设计工艺包的基础数据。

2017 年 5 月该科技成果在大连通过了由中国石油和化学工业联合会组织的成果鉴定。鉴定委员会专家一致认为“该成果创新性强，具有完全自主知识产权，总体成果处于国际领先水平，技术优势明显、应用前景广阔”，建议“加快工业化进度，早日建成工业示范装置”。72 h标定结果表明：丙烯选择性 75.0%，乙烯选择性 10.4%，吨丙烯甲醇消耗 3.01 t。改变乙烯/甲醇比例，丙烯选择性可进一步提高。

DMTP 技术的工业化推广应用主要有三个方面：

（1）用于新建甲醇制丙烯或煤制丙烯项目；

（2）用于 DMTO 工业装置的改造和技术升级换代；

（3）与现有的石脑油制烯烃装置联合，用于增产扩能和降低能耗。

合作方式：技术许可。投资规模：大于 1 000 万。