载银纳米复合抗菌材料及制备方法与流程

本发明属于有机多孔材料领域，特别涉及一种载银纳米复合抗菌材料的制备方法。

背景技术：

近年来，共轭微孔聚合物(conjugatedmicroporouspolymers,cmps)材料的合成及应用研究一直备受关注。作为一类重要的有机多孔材料，共轭微孔聚合物以其自身的共轭刚性结构和永久的微孔性质，不仅在吸附，分离，多相催化等传统领域具有应用价值，同时，在光电，储能，传感等领域也有潜在应用。设计思路从最初的选取不同单体，不同合成方法构筑cmps转变为cmps的后修饰和官能团化，逐步有了更多新的应用领域。

作为一类重要的氮杂稠环，1，10-菲罗啉及其衍生物在在络合金属离子、光电器件等方面具有重要价值。

无机抗菌剂，即多孔材料负载本身具抗菌效果的银，铜等金属的抗菌剂，以其耐热性好，不产生抗药性，毒性低等优于天然抗菌剂和有机抗菌剂的特点而受到广泛研究。

目前，亟需一种新型的cmps并将其应用于抗菌载体。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供共轭微孔聚合物sn1-cmp或sn2-cmp。

本发明的第二个目的是提供共轭微孔聚合物sn1-cmp或sn2-cmp的制备方法。

本发明的第三个目的是提供用共轭微孔聚合物sn1-cmp或sn2-cmp为原料制备的载银纳米复合抗菌材料。

本发明的第四个目的是提供载银纳米复合抗菌材料的制备方法。

本发明的技术方案概述如下：

共轭微孔聚合物sn1-cmp或sn2-cmp，sn1-cmp用式i所示，sn2-cmp用式iv所示；

式i是由化合物iii-br和化合物ii，通过a2b4型sonogashira偶联反应制成：

式iv是由化合物v-br和化合物ii，通过a2b4型sonogashira偶联反应制成：

其中r1为叔丁基。

共轭微孔聚合物sn1-cmp或sn2-cmp的制备方法，包括如下步骤：

在氩气氛围下，将钯催化剂、配体加入到有机溶剂中，室温条件下搅拌均匀，加入化合物iii-br或v-br、化合物ii、碘化亚铜、三乙胺，冷冻除氧2-4次，加热至80-120℃，反应24～72小时，冷却至室温，过滤，洗涤，干燥，得到共轭微孔聚合物sn1-cmp或sn2-cmp；

所述sn1-cmp的制备见反应式1：

反应式1：

所述sn2-cmp的制备见反应式2：

反应式2：

其中r1为叔丁基。

钯催化剂优选二氰基苯二氯化钯或四三苯基膦钯，还可以选用其它的钯催化剂进行催化。

配体优选三(邻甲苯基)膦或三苯基膦。

有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺或四氢呋喃，也可以选用其它的有机溶剂。

载银纳米复合抗菌材料的制备方法，包括如下步骤：

将银盐溶于醇中，加入共轭微孔聚合物sn1-cmp或sn2-cmp，室温下，避光搅拌8-12小时，过滤，用醇洗涤，得到固体，放入装有甲醇的索氏提取器中，洗涤去除未吸附的银盐，干燥，得到载银纳米复合抗菌材料ag-sn1-cmp或ag-sn2-cmp。

银盐与共轭微孔聚合物sn1-cmp或sn2-cmp的质量比优选2：1。

上述银盐优选四氟硼酸银或硝酸银。

醇为甲醇或乙醇，也可以采用其它的醇。

上述方法制备的载银纳米复合抗菌材料。

本发明的优点：

本发明合成了两种共轭微孔聚合物sn1-cmp或sn2-cmp，并以这两种共轭微孔聚合物为载体，负载银离子，制备得到载银纳米复合抗菌材料ag-sn1-cmp或ag-sn2-cmp。扩展了共轭微孔聚合物材料的应用范围，载银纳米复合抗菌材料ag-sn1-cmp或ag-sn2-cmp抗菌效果好，在生物抗菌领域具有潜在应用价值。

附图说明

图1为共轭微孔聚合物sn1-cmp的固体核磁图。

图2为共轭微孔聚合物sn2-cmp的固体核磁图。

图3为共轭微孔聚合物sn1-cmp与其合成单体的红外光谱图。

图4为共轭微孔聚合物sn2-cmp与其合成单体的红外光谱图。

图5为共轭微孔聚合物sn1-cmp的扫描电镜图(sem)。

图6为共轭微孔聚合物sn2-cmp的扫描电镜图(sem)。

图7为共轭微孔聚合物sn1-cmp的透射电镜图(tem)。

图8为共轭微孔聚合物sn2-cmp的透射电镜图(tem)。

图9为载银纳米复合抗菌材料ag-sn1-cmp的透射电镜图(tem)。

图10为载银纳米复合抗菌材料ag-sn2-cmp的透射电镜图(tem)。

图11为共轭微孔聚合物sn1-cmp的n2吸附与脱附曲线。

图12为共轭微孔聚合物sn2-cmp的n2吸附与脱附曲线。

图13为载银纳米复合抗菌材料ag-sn1-cmp的抗菌实验。

图14为载银纳米复合抗菌材料ag-sn2-cmp的抗菌实验。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。为了便于理解本发明，以下的描述是对本发明的具体说明，不应看作对本发明的限定。

实施例1

单体sn1-br(iii-br)的合成：(实施例1的制备仅是举例，对本发明不作任何限定)

(1)将化合物a1(16.79mmol,4.5g)、叔丁酰氯(31.45mmol,4.23g)、三乙胺(4ml)，加入到100ml四氢呋喃溶液中，室温搅拌12小时。减压旋出溶剂，加入二氯甲烷和水进行萃取洗涤，再用无水硫酸镁进行干燥，最后旋干。进行柱层析提纯，洗脱剂为二氯甲烷：石油醚＝2：3,得白色固体化合物b1(6.17g,84％)。

(2)将化合物b1(2.29mmol,1g)、苯硼酸酯(5.28mmol,1.11g)、碳酸氢钠(95.22mmol,8g)、四(三苯基膦)钯(0.07mmol,0.08g)加入到250ml的二口瓶中，抽气脱气三次，加入四氢呋喃(75ml)和水(30ml)的混合溶液中，抽气脱气三次，最终在氮气保护下，加热到70℃，回流24小时。冷却至室温，减压旋出溶剂，加入二氯甲烷和水进行萃取洗涤，再用无水硫酸镁进行干燥，最后旋干。进行柱层析提纯,洗脱剂为二氯甲烷：石油醚＝1：1，得白色固体化合物c1(0.61g,61％)。

(3)将化合物c1(1.13mmol,0.5g)、三氯氧磷(15ml)、五氧化二磷(23.25mmol,3.3g)加入到50ml单口圆底烧瓶中，加热到116℃，回流30小时。冷却至室温后，缓慢倒入冰水中，并用氢氧化钾调节ph至10，边调节边冷却。加入二氯甲烷进行萃取，再用无水硫酸镁干燥，最后旋干。过中性氧化铝柱，最终，用二氯和石油醚重结晶，得淡黄色固体化合物sn1(0.32g,71％)。

(4)将二异丙胺(1ml)加入到四氢呋喃(20ml)中，冷冻除氧后，在-78℃条件下，缓慢加入正丁基锂(2.5ml)，维持低温1小时，取出，室温搅拌1小时，溶液呈黄色；然后，-78℃下，加sn1(0.25mmol,0.1g)，维持低温1小时，取出，室温搅拌1小时，溶液呈绿色；然后，-78℃下，加入四溴化碳(2.6mmol,0.86g)，自然回温，过夜，溶液呈棕色。加水淬灭反应，旋出溶剂，加入二氯甲烷进行萃取，再用无水硫酸镁干燥，最后旋干。过中性氧化铝柱，最终，用二氯和石油醚重结晶，得纯白色固体化合物sn1-br(iii-br)(0.12g,84％)，见下式：

其中，r1为叔丁基。

实施例2

单体sn2-br(v-br)的合成：(实施例2的制备仅是举例，对本发明不作任何限定)

(1)将化合物a2(3.6mmol,1g)、叔丁酰氯(8.6mmol,1.05g)、三乙胺(3ml)，加入到35ml二氯甲烷溶液中，室温搅拌24小时。冷却至室温，倒入水中，加入乙酸乙酯和水进行萃取洗涤，再用无水硫酸镁进行干燥，最后旋干。进行柱层析提纯，洗脱剂为二氯甲烷，得白色固体化合物b2(1.5g,93％)；

(2)将化合物b2(2.24mmol,1g)加入到30mldmf中，随后，逐滴加入溶有n-溴代丁二酰亚胺(5mmol,0.9g)的30mldmf溶液，加完后，加热至50℃，过夜。冷却至室温，倒入水中，用二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥，然后旋干。进行柱层析提纯，洗脱剂为二氯甲烷，得淡黄色固体化合物c2(1.04g,77％)。

(3)将c2(0.16mmol,0.1g)、三氯氧磷(8ml)、五氧化二磷(4.95mmol,0.71g)加入到50ml单口圆底烧瓶中，加热到116℃，回流30小时。冷却至室温后，缓慢倒入冰水中，并用氢氧化钾调节ph至10，边调节边冷却。加入二氯甲烷进行萃取，再用无水硫酸镁干燥，最后旋干。过中性氧化铝柱，最终，用二氯和石油醚重结晶，得灰白色固体化合物sn2-br(v-br)(0.085g,91％)。

其中，r1为叔丁基。

实施例3

共轭微孔聚合物sn1-cmp(i)的制备

在氩气氛围下，将pdcl2(phcn)2(0.0075mmol,2.88mg)和三(邻甲苯基)膦(0.015mmol,4.56mg)加入到4mldmf中，室温搅拌10min后，加入sn1-br(iii-br)(0.1mmol,56.44mg),四(4-乙炔基苯基)-甲烷(tpm，化合物ii)，(0.075mmol,31.45mg),碘化亚铜(0.00075mmol,0.14mg),三乙胺(2ml),冷冻除氧3次，加热至100℃，反应72小时。冷却至室温，过滤，依次用三氯甲烷，丙酮，甲醇，水洗涤，重复三次，除去未反应的单体和催化剂，过滤出的固体放入真空干燥箱中，设置80℃，干燥24小时，得黄色粉末(67mg,产率87％)。

图1为本实施例的共轭微孔聚合物sn1-cmp(i)的固体核磁碳谱图，其中，164.0-121.8ppm为芳香碳，95.8和84.2ppm为碳碳三键的碳，证明了两个单体的有效连接，66.0ppm为四(4-乙炔基苯基)-甲烷(tpm)的季碳，40.8ppm为叔丁基的季碳，30.3ppm为甲基碳。该测试是在brukerwbavanceii400mhz的核磁光谱仪上进行的。

单体sn1-br与四(4-乙炔基苯基)-甲烷(tpm)及本实施例得到的共轭微孔聚合物(sn1-cmp)的红外光谱图如图3所示，由图可知,其中,tpm在3283cm^-1处的吸收峰为炔基氢的伸缩振动峰，而在得到的共轭微孔聚合物的红外曲线中该处峰消失，说明反应之后炔基氢消失，同时，单体sn1-br在495cm^-1处的c-br吸收峰在共轭微孔聚合物红外曲线中消失，以上两点均验证了本实施例产物共轭微孔聚合物的结构。该红外光谱测试采用brukeralphaspectrometer红外光谱仪，压片制样，共轭微孔聚合物事先进行干燥处理。

共轭微孔聚合物sn1-cmp(i)的扫描电镜图(sem)为图5和透射电镜图(tem)为图7，可看出质地均匀的多孔结构。图11的比表面积分析，sn1-cmp的比表面积为1003m²·g^-1，nldft拟合平均孔径大小约1.4nm，以微孔为主要孔道大小。扫描电镜使用的是hitachilimitedmodels-4800microscope，透射电镜使用的是jeolmodeljem-2100fmicroscope以及比表面积分析采用beljapaninc.modelbelsopr-miniiianalyser。

用四三苯基膦钯替代本实施例的pdcl2(phcn)2、用三苯基膦替代本实施例的三(邻甲苯基)膦，用四氢呋喃替代本实施例的dmf，用冷冻除氧2次替代冷冻除氧3次，加热至80℃替代100℃，用反应24小时，替代反应72，其它同本实施例，制备出共轭微孔聚合物sn1-cmp。

实施例4

共轭微孔聚合物sn2-cmp(iv)的制备

在氩气氛围下，将pdcl2(phcn)2(0.0075mmol,2.88mg)和三(邻甲苯基)膦(0.015mmol,4.56mg)加入到4mldmf溶液中，室温搅拌10min，加入sn2-br(v-br)(0.1mmol,56.84mmol),四(4-乙炔基苯基)-甲烷(tpm，化合物ii)(0.075mmol,31.45mg)，碘化亚铜(0.00075mmol,0.14mg)，三乙胺(2ml)，冷冻除氧3次，加热至100℃，反应72小时。冷却至室温，过滤，依次用三氯甲烷，丙酮，甲醇，水洗涤，重复三次，除去未反应的单体和催化剂，过滤出的固体放入真空干燥箱中，设置80℃，干燥24小时，得黄色粉末(73mg,产率94％)。

图2为本实施例的共轭微孔聚合物sn2-cmp(iv)的固体核磁碳谱图，其中，163.6-121.8ppm为芳香碳，98.1和83.8ppm为碳碳三键的碳，证明了两个单体的有效连接，65.8ppm为四(4-乙炔基苯基)-甲烷(tpm)的季碳，39.9ppm为叔丁基的季碳，30.0ppm为甲基碳。该测试是在brukerwbavanceii400mhz的核磁光谱仪上进行的。

单体sn2-br与四(4-乙炔基苯基)-甲烷(tpm)及本实施例得到的共轭微孔聚合物(sn2-cmp)的红外光谱图如图4所示，由图可知，其中，tpm在3283cm^-1处的吸收峰为炔基氢的伸缩振动峰，而在得到的共轭微孔聚合物的红外曲线中该处峰消失，说明反应之后炔基氢消失，同时，单体sn2-br在491cm^-1处的c-br吸收峰在共轭微孔聚合物红外曲线中消失，以上两点均验证了本实施例产物共轭微孔聚合物的结构。该红外光谱测试采用brukeralphaspectrometer红外光谱仪，压片制样，共轭微孔聚合物事先进行干燥处理。

轭微孔聚合物sn2-cmp(iv)的扫描电镜图(sem)为图6和透射电镜图(tem)为图8，可看出质地均匀的多孔结构。图12的比表面积分析，sn2-cmp的比表面积为925m²·g^-1，nldft拟合平均孔径大小为1.4nm，以微孔为主要孔道大小。扫描电镜使用的是hitachilimitedmodels-4800microscope，透射电镜使用的是jeolmodeljem-2100fmicroscope以及比表面积分析采用beljapaninc.modelbelsopr-miniiianalyser。

用四三苯基膦钯替代本实施例的pdcl2(phcn)2、用三苯基膦替代本实施例的三(邻甲苯基)膦，用四氢呋喃替代本实施例的dmf，用冷冻除氧4次替代冷冻除氧3次，加热至120℃替代100℃，用反应48小时，替代反应72小时，其它同本实施例，制备出共轭微孔聚合物sn2-cmp。

实施例5

载银纳米复合抗菌材料ag-sn1-cmp的制备方法，包括如下步骤：

将四氟硼酸银(10mg)溶解于5ml无水甲醇，加入共轭微孔聚合物sn1-cmp(5mg)，室温下，避光搅拌8小时，用甲醇反复洗涤，除去未吸附的四氟硼酸银，分离，得到固体，放入装有甲醇的索氏提取器中，洗涤去除未吸附的银盐，干燥，得到载银纳米复合抗菌材料ag-sn1-cmp。

银的质量分数通过icp-ms确定，为12.32wt％(ag-sn1-cmp)。

图9为ag-sn1-cmp的透射电镜图，可以看到银纳米粒子的存在。透射电镜使用的是jeolmodeljem-2100fmicroscope。

经典抗菌琼脂实验测试如图13，在直径为80mm的琼脂培养皿中培养等量的大肠杆菌菌落，放置相同时间条件下，随着加入抗菌剂浓度的增加，细菌死亡率增加，即抗菌能力增强。

实验证明，用硝酸银替代本实施例的四氟硼酸银，用乙醇替代本实施例的甲醇，其它同本实施例，可以制备出载银纳米复合抗菌材料ag-sn1-cmp，并有相似的抗菌效果。

实施例6

载银纳米复合抗菌材料ag-sn2-cmp的制备方法，包括如下步骤：

将四氟硼酸银(10mg)溶解于5ml无水甲醇，加入共轭微孔聚合物sn2-cmp(5mg)，室温下，避光搅拌12小时，用甲醇反复洗涤，除去未吸附的四氟硼酸银，得到固体，放入装有甲醇的索氏提取器中，洗涤去除未吸附的银盐，干燥，得到载银纳米复合抗菌材料ag-sn2-cmp。

银的质量分数通过icp-ms确定，为6.22wt％(ag-sn2-cmp)。

图10为ag-sn2-cmp的投射电镜图，可以看到银纳米粒子的存在。透射电镜使用的是jeolmodeljem-2100fmicroscope。

经典抗菌琼脂实验测试如图14，在直径为80mm的琼脂培养皿中培养等量的大肠杆菌菌落，放置相同时间条件下，随着加入抗菌剂浓度的增加，细菌死亡率增加，即抗菌能力增强。

实验证明，用硝酸银替代本实施例的四氟硼酸银，用乙醇替代本实施例的甲醇，其它同本实施例，可以制备出载银纳米复合抗菌材料ag-sn2-cmp，并有相似的抗菌效果。

通过琼脂抗菌实验，将不同浓度的ag-sn-cmp分散于琼脂细菌培养皿中，静置观察抗菌情况。放置相同时间条件下，随着加入抗菌剂浓度的增加，抗菌效果增强。