一种基于聚（n-异丙基丙烯酰胺）热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于聚（N?异丙基丙烯酰胺）热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关。采用可逆加成断裂链转移自由基聚合，制备了一种一端含氟喹诺酮抗菌基团的聚（N?异丙基丙烯酰胺）大分子。在聚（N?异丙基丙烯酰胺）的低临界溶解温度以下，该大分子完全溶解于水，在水溶液中呈伸展构象，氟喹诺酮抗菌端基可自由运动，其抗菌活性可得到充分体现；当环境温度升高至聚（N?异丙基丙烯酰胺）的低临界溶解温度以上时，该大分子在水溶液中将塌缩形成小球，阻碍氟喹诺酮抗菌端基的自由运动，使得这些抗菌端基难以扩散、接近其作用靶标，进而屏蔽其抗菌活性。利用聚（N?异丙基丙烯酰胺）热致构象可逆转变，可实现氟喹诺酮抗菌端基活性的可控调用与屏蔽，进而规避抗菌剂自身毒性并缓解耐药性产生，应用前景广泛。
【专利说明】
一种基于聚(A异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于聚(#-异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关，属于抗菌材料领域。【背景技术】
[0002]长期以来，通过外添加小分子抗菌剂以显著提高制品的抗菌防腐性被证明是一种行之有效的方法。然而，许多传统小分子抗菌剂(如氟喹诺酮)由于作用靶标在原核细胞与真核细胞间选择性较低，在高效杀灭细菌等有害微生物的同时，对人体正常组织细胞也存在毒害作用，威胁消费者健康安全。其次，在抗菌剂的长期、持续胁迫作用下，细菌DNA复制纠错能力钝化，由基因突变加剧造成的细菌蛋白表达、超微结构改变异常活跃，进而可介导外流栗外排作用上调、抗菌剂摄取通道关闭及其作用靶标不可逆修饰，强化对抗菌剂耐药菌株的选择作用，重挫抗菌组分原有功效，增加制品的抗菌防腐难度及成本。
[0003]当然，完全摒弃传统抗菌剂而直接采用抗菌肽等兼具高生物选择性、低耐药性的新型抗菌材料可在很大程度上克服上述问题。但现实情况是，天然抗菌肽在生物体内含量极微，直接提取工艺繁琐、得率低、成本昂贵，通过基因工程人工合成又面临供体匮乏、宿主细胞自杀率高、表达产物少、分离纯化困难等诸多瓶颈，极大地限制了这类材料的大规模商用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种基于聚异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关，其特征在于该开关的制备工艺步骤和条件如下(其中所述物料的份数均为重量份数):(1)氟喹诺酮乙烯基化:将氟喹诺酮10-20份、催化剂4-8份与溶剂300-500份混合均匀， 于0-5°C搅拌30-60分钟，随后在持续搅拌和氮气保护下滴加乙烯基化试剂4-8份，滴加完毕后升温至20-35°C反应1-2.5小时;反应完毕后，将以上混合物倒入沉淀剂中，沉淀经反复水洗、烘干即得乙烯基化氟喹诺酮；(2)#-异丙基丙烯酰胺的可逆加成断裂链转移聚合:将可逆加成断裂链转移试剂1-4 份、异丙基丙烯酰胺90-300份、引发剂0.07-0.24份与溶剂120-400份混合均匀，密封、循环冷冻-解冻除氧，随后在持续搅拌和氮气保护下，升温至55-65°C反应4-12小时，反应结束，将以上混合物倒入沉淀剂中，沉淀经真空干燥即得聚U -异丙基丙烯酰胺)大分子链转移剂；(3)氟喹诺酮抗菌活性调用开关的合成:将以上制备的聚(#-异丙基丙烯酰胺)大分子链转移剂30-80份、乙烯基化氟喹诺酮6-160份、引发剂0.04-0.2份和溶剂120-840份混合均匀，在氮气保护和连续搅拌下，于60_80°C回流20-30小时，反应完毕后，将以上混合物倒入沉淀剂中，滤去沉淀，溶液烘干后即得氟喹诺酮抗菌活性调用开关。
[0005]以上方法中所述氟喹诺酮为环丙沙星、罗氟哌酸、诺氟沙星、沙氟沙星、依诺沙星、 司氟沙星、加替沙星中的一种或多种。
[0006] 以上方法中所述催化剂为三乙胺、二异丙基乙胺、吡啶、碳酸钾、碳酸钠中的一种或多种。
[0007] 以上方法中所述溶剂为氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、吡啶、1，4_二恶烷中的一种或多种。
[0008]以上方法中所述乙烯基化试剂为丙烯酰氯、4-戊烯酰氯、丙烯酰溴、己-5-烯酰氯中的一种或多种。
[0009]以上方法中步骤(1)所述沉淀剂为正己烷、环己烷、环戊烷、正庚烷、乙醚、石油醚、 四氢呋喃、甲苯、乙酸乙酯、醋酸丁酯中的一种或多种。
[0010]以上方法中所述可逆加成断裂链转移试剂为4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸、2-苯基-2-丙基苯并二硫、2-氰丙基-2-基苯并二硫、4-氰基-4-(十二基硫烷基硫代碳酰)硫戊酸、2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯、2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸、2-(1-异丁基)三硫代碳酸酯基-2-甲基丙酸、2-巯基-S-硫代苯甲酰乙酸、2-氰丙-2-醇二硫代苯甲酸酯、2-苯基-2-丙基苯并二硫中的一种或多种。
[0011]以上方法中所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二环己腈、过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸特丁酯、叔丁基过氧化氢中的一种或多种。
[0012]本发明与现有技术相比，具有以下积极效果:1、氟喹诺酮抗菌剂自身抗菌谱广、抗菌活性强。本发明利用酰化反应对氟喹诺酮进行乙烯基化修饰，不会影响氟喹诺酮母核结构域及各增效取代基。因此，与异丙基丙烯酰胺共聚后，氟喹诺酮抗菌剂自身生物活性将得以保留。
[0013]2、本发明采用可逆加成断裂链转移自由基聚合制备一端含氟喹诺酮抗菌基团的聚(#-异丙基丙烯酰胺)，聚(#-异丙基丙烯酰胺)的链段长度、氟喹诺酮抗菌基团的含量及位置可控。只有当氟喹诺酮抗菌基团位于聚(#-异丙基丙烯酰胺)一端时，在聚(#-异丙基丙烯酰胺)的低临界溶解温度以下，这些抗菌端基才能扩散、进入细菌胞内，作用于其靶标。当氟喹诺酮抗菌基团无规分布于聚(#-异丙基丙烯酰胺)主链，或位于聚(#-异丙基丙烯酰胺)两端时，由于空间位阻作用，即使在聚(#-异丙基丙烯酰胺)的低临界溶解温度以下，这些抗菌基团也将难以扩散进入细菌胞内，作用于其靶标。
[0014]3、在聚(#-异丙基丙烯酰胺)的低临界溶解温度以下，该分子开关完全溶解于水， 在水溶液中呈伸展构象，氟喹诺酮抗菌端基可自由运动，其抗菌活性得以保留；当环境温度升高至聚(#-异丙基丙烯酰胺)的低临界溶解温度以上时，该分子开关在水溶液中将塌缩形成小球，阻碍氟喹诺酮抗菌端基的自由运动，这些抗菌端基将难以扩散、接近其作用靶标，进而屏蔽其抗菌活性。
[0015]4、本发明利用聚(#-异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变，可实现抗菌端基活性的可控调用与屏蔽，进而规避抗菌剂自身毒性并缓解耐药性产生。
[0016]5、本发明涉及的分子开关具有可重复性，即抗菌剂的抗菌活性可随聚(#-异丙基丙烯酰胺)构象热致可逆转变被反复屏蔽与调用，这与前人利用聚(#_异丙基丙烯酰胺)热敏特性实现生物活性分子的按需释放有本质区别。【附图说明】
[0017]图1为基于聚(#-异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关的合成路线。
[0018]图2为基于聚(#-异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关工作原理示意图。【具体实施方式】
[0019]下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
[0020]实施例1(1)环丙沙星乙烯基化:将环丙沙星10份、三乙胺4份与二氯甲烷300份混合均匀，于0°C 搅拌30分钟，随后在持续搅拌和氮气保护下滴加丙烯酰氯4份，滴加完毕后升温至20°C反应 1小时;反应完毕后，将以上混合物倒入正己烷中，沉淀经反复水洗、烘干即得乙烯基化环丙沙星；(2)#-异丙基丙烯酰胺的可逆加成断裂链转移聚合:将2-苯基-2-丙基苯并二硫1份、# -异丙基丙烯酰胺90份、偶氮二异丁腈0.07份与四氢呋喃120份混合均匀，密封、循环冷冻-解冻除氧，随后在持续搅拌和氮气保护下，升温至55°C反应4小时，反应结束，将以上混合物倒入乙醚中，沉淀经真空干燥即得聚(#-异丙基丙烯酰胺)大分子链转移剂；(3)环丙沙星抗菌活性调用开关的合成:将以上制备的聚(#-异丙基丙烯酰胺)大分子链转移剂30份、乙烯基化环丙沙星6份、偶氮二异丁腈0.04份和#，二甲基甲酰胺120份混合均匀，在氮气保护和连续搅拌下，于60°C回流20小时，反应完毕后，将以上混合物倒入甲苯中，滤去沉淀，溶液烘干后即得环丙沙星抗菌活性调用开关。
[0021]配制0.lmg ml/1的环丙沙星抗菌活性调用开关溶液，预热至37°C，然后吸取0.lmL 环丙沙星抗菌活性调用开关溶液并迅速加入〇.9mL、温度为37°C的菌悬液(浓度为106 CFU) 中，于37°C的恒温振荡箱中振荡2h，取100此混合液涂布平板，于37°C恒温培养箱中培养 12h，与空白组对比计算抑菌率为7.8%;配制0.lmg ml/1的环丙沙星抗菌活性调用开关溶液，预热至27°C，然后吸取0.lmL环丙沙星抗菌活性调用开关溶液并迅速加入〇.9mL、温度为27°C的菌悬液(浓度为106 CFU)中，于 27°C的恒温振荡箱中振荡2h，取100此混合液涂布平板，于27°C恒温培养箱中培养12h，与空白组对比计算抑菌率为99.2%;所制备的环丙沙星抗菌活性调用开关在其低临界溶解温度以下抗菌活性强，而在其低临界溶解温度以上，其生物活性受到抑制。[〇〇22] 实施例2(1)加替沙星乙烯基化:将加替沙星15份、吡啶6份与四氢呋喃400份混合均匀，于2 °C搅拌45分钟，随后在持续搅拌和氮气保护下滴加4-戊烯酰氯6份，滴加完毕后升温至30 °C反应 1.5小时;反应完毕后，将以上混合物倒入环己烷中，沉淀经反复水洗、烘干即得乙烯基化加替沙星；(2)#-异丙基丙烯酰胺的可逆加成断裂链转移聚合:将2-氰丙基-2-基苯并二硫2份、# -异丙基丙烯酰胺140份、偶氮二异庚腈0.14份与1，4_二恶烷180份混合均匀，密封、循环冷冻-解冻除氧，随后在持续搅拌和氮气保护下，升温至60°C反应6小时，反应结束，将以上混合物倒入正己烷中，沉淀经真空干燥即得聚(#-异丙基丙烯酰胺)大分子链转移剂；(3)加替沙星抗菌活性调用开关的合成:将以上制备的聚(#-异丙基丙烯酰胺)大分子链转移剂40份、乙烯基化加替沙星10份、偶氮二异庚腈0.06份和二甲基乙酰胺180份混合均匀，在氮气保护和连续搅拌下，于70°C回流25小时，反应完毕后，将以上混合物倒入乙酸乙酯中，滤去沉淀，溶液烘干后即得加替沙星抗菌活性调用开关。[〇〇23] 配制0.lmg ml/1的加替沙星抗菌活性调用开关溶液，预热至37°C，然后吸取0.lmL 加替沙星抗菌活性调用开关溶液并迅速加入〇.9mL、温度为37°C的菌悬液(浓度为106 CFU) 中，于37°C的恒温振荡箱中振荡2h，取100此混合液涂布平板，于37°C恒温培养箱中培养 12h，与空白组对比计算抑菌率为8.4%;配制0.lmg ml/1的加替沙星抗菌活性调用开关溶液，预热至27°C，然后吸取0.lmL加替沙星抗菌活性调用开关溶液并迅速加入〇.9mL、温度为27°C的菌悬液(浓度为106 CFU)中，于 27°C的恒温振荡箱中振荡2h，取100此混合液涂布平板，于27°C恒温培养箱中培养12h，与空白组对比计算抑菌率为99.5%;所制备的加替沙星抗菌活性调用开关在其低临界溶解温度以下抗菌活性强，而在其低临界溶解温度以上，其生物活性受到抑制。[〇〇24] 实施例3(1) 诺氟沙星乙烯基化:将诺氟沙星20份、二异丙基乙胺8份与氯仿500份混合均匀，于5°C搅拌60分钟，随后在持续搅拌和氮气保护下滴加己-5-烯酰氯8份，滴加完毕后升温至35°C反应2.5小时;反应完毕后，将以上混合物倒入正庚烷中，沉淀经反复水洗、烘干即得乙烯基化诺氟沙星；(2)#-异丙基丙烯酰胺的可逆加成断裂链转移聚合:将2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯4份、异丙基丙烯酰胺300份、偶氮二环己腈0.24份与吡啶400份混合均匀，密封、循环冷冻-解冻除氧，随后在持续搅拌和氮气保护下，升温至65°C反应12小时，反应结束，将以上混合物倒入石油醚中，沉淀经真空干燥即得聚U -异丙基丙烯酰胺)大分子链转移剂；(3)诺氟沙星抗菌活性调用开关的合成:将以上制备的聚(#-异丙基丙烯酰胺)大分子链转移剂80份、乙烯基化诺氟沙星160份、偶氮二环己腈0.2份和吡啶840份混合均匀，在氮气保护和连续搅拌下，于80°C回流30小时，反应完毕后，将以上混合物倒入四氢呋喃中，滤去沉淀，溶液烘干后即得诺氟沙星抗菌活性调用开关。
[0025] 配制0.lmg ml/1的诺氟沙星抗菌活性调用开关溶液，预热至37°C，然后吸取0.lmL 诺氟沙星抗菌活性调用开关溶液并迅速加入〇.9mL、温度为37°C的菌悬液(浓度为106 CFU) 中，于37°C的恒温振荡箱中振荡2h，取100此混合液涂布平板，于37°C恒温培养箱中培养 12h，与空白组对比计算抑菌率为4.4%;配制0.lmg ml/1的诺氟沙星抗菌活性调用开关溶液，预热至27°C，然后吸取0.lmL诺氟沙星抗菌活性调用开关溶液并迅速加入〇.9mL、温度为27°C的菌悬液(浓度为106 CFU)中，于 27°C的恒温振荡箱中振荡2h，取100此混合液涂布平板，于27°C恒温培养箱中培养12h，与空白组对比计算抑菌率为99.9%;所制备的诺氟沙星抗菌活性调用开关在其低临界溶解温度以下抗菌活性强，而在其低临界溶解温度以上，其生物活性受到抑制。
【主权项】
1.一种基于聚(#-异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关，其特 征在于该开关的制备工艺步骤和条件如下(其中所述物料的份数均为重量份数):(1)氟喹诺酮乙烯基化:将氟喹诺酮10-20份、催化剂4-8份与溶剂300-500份混合均匀， 于0-5°C搅拌30-60分钟，随后在持续搅拌和氮气保护下滴加乙烯基化试剂4-8份，滴加完毕 后升温至20-35°C反应1-2.5小时;反应完毕后，将以上混合物倒入沉淀剂中，沉淀经反复水 洗、烘干即得乙烯基化氟喹诺酮；(2)#-异丙基丙烯酰胺的可逆加成断裂链转移聚合:将可逆加成断裂链转移试剂1-4 份、异丙基丙烯酰胺90-300份、引发剂0.07-0.24份与溶剂120-400份混合均匀，密封、循 环冷冻-解冻除氧，随后在持续搅拌和氮气保护下，升温至55-65°C反应4-12小时，反应结 束，将以上混合物倒入沉淀剂中，沉淀经真空干燥即得聚U -异丙基丙烯酰胺)大分子链转 移剂；(3)氟喹诺酮抗菌活性调用开关的合成:将以上制备的聚(#-异丙基丙烯酰胺)大分子 链转移剂30-80份、乙烯基化氟喹诺酮6-160份、引发剂0.04-0.2份和溶剂120-840份混合均 匀，在氮气保护和连续搅拌下，于60_80°C回流20-30小时，反应完毕后，将以上混合物倒入 沉淀剂中，滤去沉淀，溶液烘干后即得氟喹诺酮抗菌活性调用开关。2.—种基于聚(#-异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关，其特 征在于该开关制备方法中所述氟喹诺酮为环丙沙星、罗氟哌酸、诺氟沙星、沙氟沙星、依诺 沙星、司氟沙星、加替沙星中的一种或多种。3.—种基于聚(#-异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关，其特 征在于该开关制备方法中所述催化剂为三乙胺、二异丙基乙胺、吡啶、碳酸钾、碳酸 钠中的一种或多种。4.一种基于聚(#-异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关，其特 征在于该开关制备方法中所述溶剂为氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃、乙酸乙酯、二甲基 甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、吡啶、1，4_二恶烷中的一种或多种。5.—种基于聚(#-异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关，其特 征在于该开关制备方法中所述乙烯基化试剂为丙烯酰氯、4-戊烯酰氯、丙烯酰溴、己-5-烯 酰氯中的一种或多种。6.—种基于聚(#-异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关，其特 征在于该开关制备方法中步骤(1)所述沉淀剂为正己烷、环己烷、环戊烷、正庚烷、乙醚、石 油醚、四氢呋喃、甲苯、乙酸乙酯、醋酸丁酯中的一种或多种。7.—种基于聚(#-异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关，其特 征在于该开关制备方法中所述可逆加成断裂链转移试剂为4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸、 2-苯基-2-丙基苯并二硫、2-氰丙基-2-基苯并二硫、4-氰基-4-(十二基硫烷基硫代碳酰)硫 戊酸、2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯、2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸、 2_( 1-异丁基)三硫代碳酸酯基-2-甲基丙酸、2-巯基-S-硫代苯甲酰乙酸、2-氰丙-2-醇二硫 代苯甲酸酯、2-苯基-2-丙基苯并二硫中的一种或多种。8.—种基于聚(#-异丙基丙烯酰胺)热致构象可逆转变的抗菌剂活性调用开关，其特 征在于该开关制备方法中所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二环己腈、过氧 化环己酮、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸特丁酯、叔丁基过氧化氢中的一种或多种。
【文档编号】C08F220/60GK106008863SQ201610378557
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】陈意, 常金明, 范浩军, 曾琦, 王忠辉
【申请人】四川大学