合成有機抗菌劑機理

合成有機抗菌劑的說明及機理，合成有機抗菌劑品種很多，主要包括酚系如3-甲基-4-異丙基苯酚、甲酚；有機酸系如丙酸、山梨酸鉀；酯系如對羥基苯甲酸酯；醚系如2，4，4-三氯-2-羥基二苯醚；環氧化物系如環氧乙烷；鹵素系如N-（氟二氯甲基硫）鈦酰亞胺，咪唑系如2-（4-噻唑基）苯并咪唑；噻唑系如2-正辛基-4-異噻唑啉-3酮噻唑；腈系如亞甲基氰酸脂；吡啶系如2-吡啶酚-1-氧化鈉；三嗪系如N，N，N一三羥基六氫三嗪；季銨鹽系如芐基二甲基十二烷基氯化銨；有機金屬系如8-羥基喹啉銅；雙胍類如1，1-六亞甲基雙［5-（4-氯苯基）雙胍］二葡萄糖酸酯等。有機系抗菌劑具有初始殺菌力強、殺菌即效和抗菌廣譜性較好，無論是粉狀或液態，大多能比較容易地在樹脂中分散，技術較成熟。但有機抗菌劑也有毒性安全性較差、會產生微生物耐藥性；耐熱性不佳；遇熱、光等較易揮發，或氧化、分解，導致抗菌壽命短；在塑料高溫、高壓、高剪切加工條件下不穩定，效果降低乃至失效，甚至產生有毒副產物等不足之處。
有機抗菌劑品種繁多，滅菌原理也不盡相同。對于低分子有機合成抗菌劑，其抗菌機理主要是與細菌和霉菌的細胞膜表面的陰離子相結合，或與巰基反應，使蛋白質變性，破壞細胞膜，從而抑制細菌和霉菌的繁殖。相對于低分子抗菌劑，高分子抗菌劑的抗菌機理非常復雜，高分子的相對分子質量、相對分子質量分布以及高分子在溶液中的形態都可能對抗菌劑的抗菌性能產生影響。此外，高分子的交聯結構對抗菌性能的影響也非常大。有關研究結果表明，隨著高分子載體交聯度的升高，殺菌產品的殺菌率明顯降低
季銨鹽是目前研究較多的一類有機合成類抗菌劑，在國際上使用較為廣泛。目前此類抗菌劑已經發展到第5代。研究發現，同類季銨鹽烷基鏈短的毒性要比長的大，在烷基鏈長相同時，帶芐基的毒性要比帶甲基的小，單烷基的毒性要比雙烷基的大。此外，在季銨鹽中引入不飽和烷基時的抗菌能力要比引入甲基時高等多。但是，近年來，由于季銨鹽的大量使用，使細菌、真菌等有害微生物產生了耐藥性，抗菌效果明顯減弱。為此，人們研究開發出新一代的季磷鹽抗菌劑。季磷鹽抗菌劑比季銨鹽的抗菌性能高出2個數量級，能殺死藻類，對異養菌、鐵養菌、硫酸鹽還原菌具有很好的殺菌效果。從結構來看，季磷鹽和季銨鹽的結構類似，即季銨鹽結構中的N原子被P原子取代，P原子比N原子的離子半徑大，極化作用強，使得季磷鹽更容易吸附帶負電荷的菌體，同時由于P元素在元素周期表中位于N元素的下方，P比N有更弱的電負性。因此，季磷鹽分子結構比較穩定，與一般的氧化劑和還原劑以及酸、堿都不發生反應。因此，季磷鹽的使用范圍廣，可在pH＝2～12的水中使用，而季銨鹽只有在pH≥9時效果才最佳
研究發現，相對分子質量的增大，有助于抗菌劑更好地發揮抗菌性能。此外，小分子抗菌劑經高分子化后穩定性得到大幅度提高。因此，目前高分子抗菌劑的研究和使用主要集中于高分子季銨鹽以及季磷鹽等的研究開發上。高分子抗菌劑的抗菌性能主要是通過帶抗菌活性官能團的單體聚合或以接枝的方式在高分子鏈上引入抗菌官能團而獲得的。其中，通過帶活性官能團的單體聚合制備的抗菌劑較少，主要是因為過程較為復雜以及難以選擇合成原料。
Ron Nudel等報道了以聚苯乙烯或交聯聚苯乙烯的氯甲基與含有長鏈烷基的不同叔胺進行季銨化反應，制得水不溶性季銨鹽或聚雙季銨鹽抗菌劑
Sauvet等制得帶季銨鹽側基的硅氧烷，當帶季銨鹽側基的硅氧烷接入硅樹脂網絡中時，能有效抑制大腸桿菌。
Kanazawa等考察了以季磷鹽為抗菌基團的高分子抗菌劑，他們發現這種高分子抗菌劑的抗菌活性比同等結構的小分子抗菌劑的抗菌活性要高。同時，他們還發現含有較長鏈的化合物有特別高的抗菌活性。
Adriana等將不同的季磷鹽接枝到不溶性的交聯的聚苯乙烯氯甲基化合物載體上，所得抗菌材料對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌都有很好的抗菌效果，并且可以重復使用。
Westman-等通過對聚乙烯胺進行烷基化改性制備得到兩親性高分子材料，利用其結構中多個高反應活性的氨基進行接枝反應，發現當烷基鏈為6個碳時，材料對大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的抗菌效果較好。
總之，高分子抗菌劑具有性能穩定，殺菌效果顯著，不揮發，易于加工、貯存，不會滲入人或動物表皮的優點，在不久的將來將成為抗菌劑重要的研究領域之一。