1。介绍
纤维素及其衍生物的各种应用程序领域的巨大重要性,食品医疗产品、制药工业、包装、纺织、等,因为它们非常有趣的化学和物理性质,如生物降解性、生物相容性、生物活性和无毒性属性(
1 ,
2 ]。纤维素是自然界中最丰富的生物聚合物。纤维素不溶于普通有机溶剂和水
3 ]。这是由于一个事实,即羟基负责广泛的氢键网络内部和分子间形成氢键。然而,特殊的溶剂溶解纤维素的开发和准备各种各样的均匀化学改性纤维素衍生物的生物聚合物(
4 - - - - - -
8 ]。纤维素的化学功能化,取得了各种新的大分子(
9 - - - - - -
11 ]。几年来,努力一直致力于合成水溶性纤维素衍生物作为药物输送高端应用程序中有前途的生物材料等潜在的抗菌活性(
12 ,
13 ]。例如,甲苯磺酰基的合成纤维素衍生物中间体的甲苯磺酰化的主要在其他羟基纤维素从甲苯磺酰基集团是一个很好的亲电试剂亲核位移(S离去基团N )反应或保护集团进一步反应的自由羟基(-哦)组
13 - - - - - -
15 ]。在我们以前的工作,我们能够合成甲苯磺酰基纤维素与不同程度的替代(DS)通过微晶纤维素的反应
p 甲苯磺酰基氯,我们研究了反应的影响参数对DS通过响应面方法(RSM) [
16 ]。Ampholytic生物材料是semisynthesized biomacromolecular携带离子和阳离子组;他们提供有益的应用在药物输送、蛋白质分离,表面活性剂,与金属离子螯合,因为它们的结构特异性(
17 - - - - - -
20. ]。几个暴跌已报告等ampholytic纤维素的制备纤维素硫酸盐的合成功能化与季铵盐(
21 ),合成6-deoxy N-sulfonated和N-carboxy-methylated纤维素
22 ),和纤维素既
23 ]。
到目前为止,尽管研究人员携带一些纤维素衍生物合成氨基酸组(
12 ,
13 ,
24 ,
25 ),没有发表相关研究cellulose-L-methionine的合成及其抗菌活性对我们的知识。
在我们的概念中,关键是亲核置换反应(SN )反应的甲苯磺酰基L-methionine合成新的水溶性纤维素ampholytic纤维素衍生物与有趣的分子结构和性质,cellulose-L-methionine,评估其抗菌活性对革兰氏阳性和革兰氏阴性微生物菌株等
大肠杆菌 ,
铜绿假单胞菌 ,
金黄色葡萄球菌 ,
链球菌fasciens 。甲苯磺酰基纤维素的
DS
≈
1
被选为一个中间产生新的水溶性ampholytic纤维素的年代吗N 。在DMF反应所得均匀80°C 24 h。合成产品的化学结构和性质的特征元素分析、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、质子核磁共振(1 核磁共振),扫描电子显微镜(SEM)。
2。实验部分
2.1。材料和试剂
商业(粉奥尔德里奇化工),微晶纤维素聚合度
DP
=
280年
开始被用作聚合物。
N ,
N 二甲基乙酰胺(DMAc),无水氯化锂(氯化锂),甲苯磺酰基氯(
p -TsCl),
N ,
N 二甲基甲酰胺(DMF)、L-methionine氢氧化钾(KOH)、乙醇(EtOH)和三乙胺(茶)是从Sigma-Aldrich买来的,使用前未经纯化。
2.2。微生物和培养液准备
微生物测试包括以下细菌:
大肠杆菌 写明ATCC 4157,
铜绿假单胞菌 写明ATCC 27853,
金黄色葡萄球菌 写明ATCC 25923,
链球菌fasciens 29212年。
所有病原微生物分离患者储存在生物系的文化集合(Microtech团结)理学院,拉巴特摩洛哥。他们保持在脑心浸液(BHI)在-80°C。实验前,文化是由接种1毫升的每种文化的股票9毫升的BHI肉汤。
2.3。材料分析方法
2.3.1。光谱测量
设备用于红外光谱表征是一个力量70年张量,在透射模式下运营。这个装置配有碳硅棒源midinfrared发出辐射的地区和DLaTGS探测器。此次收购是4000至400厘米1 在波数。扫描的数量是20 4厘米的一项决议1 。红外光谱被记录从以固态形式准备样品颗粒分散在KBr 1%重量的产品。
核磁共振(NMR)谱记录与16力量推进300 MHz光谱仪扫描1 核磁共振在25°C D2 O或DMSO和样本30毫克/毫升的浓度。化学变化(
δ
)被表示为百分率(ppm)对四甲基硅烷(TMS)作为内部参考。
2.3.2。扫描电子显微镜(SEM)分析
微晶纤维素的表面形态和甲苯磺酰基纤维素被扫描电子显微镜(SEM)分析,使用范广达200显微镜。样本风干24 h在成像和涂上一层碳提高其导电性。获得的样本的图像使用加速30千伏的电压。
2.3.3。元素分析
元素分析是由欧元EA - CHNSO元素分析仪。
2.4。典型的纤维素溶解过程DMAc /氯化锂溶剂系统
总之,0.5 g的烘干的微晶纤维素(3.08更易)被添加到20毫升DMAc和暂停加热在130°C 2 h。导致泥浆冷却到100°C,和1.6克无水氯化锂(8%)被添加到混合搅拌而混合物在室温下冷却下来。激动人心的是直到完全溶解纤维素在几个小时内消失。
2.5。甲苯磺酰基纤维素的合成
根据文献[甲苯磺酰基纤维素制备
26 ]。
总之,2摩尔情商。茶(43.12更易,5.82毫升)稀释10毫升DMAc添加纤维素/ DMAc /氯化锂溶液在室温下搅拌。后来,反应温度调整到8°C和甲苯磺酰基氯溶液(
p -TsCl)(7摩尔情商。,21。56 mmol, 4.12 g) in 25 mL of DMAc was added dropwise over 45 min. The reaction mixture was kept stirring for additional 24 h at 8°C. The mixture was poured slowly into 500 mL of ice-cold water. The precipitate was filtered off, washed with about 500 mL of distilled water, and then washed with 500 mL of ethanol. The obtained product was dried at 40°C in oven for 12 h (yield: 81%; elemental analysis for tosyl cellulose: C = 45.23, H = 5.11, N = 0.038, and S = 10.22). The degree of substitution (
DS
≈
1
)在甲苯磺酰基纤维素决心从硫元素分析确定的内容(
27 ]。
红外光谱(KBr,
υ
/厘米−1 )如下:3459 (
υ
哦),2924 (
υ
碳氢键)、1500、1456 (
υ
碳碳arom ),1370 (
υ
作为 所以2 ),1172 (
υ
年代 所以2 ),1116年(C-O-C)和813年(
υ
碳氢键arom )厘米- l (见图
1 )。
图1
红外光谱的MCC (a),甲苯磺酰基纤维素(b), cellulose-L-methionine (c)。
1 核磁共振(DMSO-d6 )如下:
δ
2.43 (
p ch3 ),
δ
3.3 - 5(纤维素骨架),
δ
7.12 - -7.82 ppm(甲苯磺酰基纤维素(见图)
2 )。
图2
1 核磁共振对甲苯磺酰基纤维素(a)和cellulose-L-methionine (b)导数。
(一)
(b)
2.6。合成Cellulose-L-Methionine
200毫克的甲苯磺酰基纤维素(0.63更易)
DS
≈
1
溶解在3毫升热DMF (
年代
1
)。然后,3摩尔情商。(1.89更易,282毫克)L-methionine氨基酸溶解在3毫升的氢氧化钾溶液(10%)和添加一滴一滴地超过60分钟
年代
1
。当时反应混合物搅拌和加热到80°C 24 h。产品被隔离的沉淀反应混合物倒入100毫升乙醇。粗糙的固体产品过滤掉,用100毫升乙醇洗几次。获得的产品是烤箱干40°C。
元素分析对cellulose-L-methionine如下:C = 47.31, H = 6.18, N = 3.23, = 5.79。
红外光谱(KBr,
υ
/厘米−1 )如下:3333 (
υ
哦),2920 (
υ
碳氢键),1654 (
υ
C = O), 1574 (
υ
碳氮str ),1023(切断str )厘米- l (见图
1 )。
1 核磁共振(D2 O)如下:
δ
2.06、2.51和2.67 ppm (CH3 ,CH2 分别为,CH L-methionine氨基酸)
δ
3.3 - 5 ppm(纤维素骨架的质子)(见图
2 )。
2.7。琼脂纸片扩散法
琼脂纸片扩散法(ADD)是用于测定抗菌活性的测试产品如前所述。这种技术的原理估计抗菌制剂的抑菌活性通过测量井周围细菌的生长抑制带。它主要是用于进一步研究初步的步骤,因为它本质上提供定性的结果。测试样本先溶解在蒸馏水(DW),这并不影响微生物的生长。
简单,执行的测试是在无菌中包含介质琼脂板。30毫升无菌培养基注入无菌中盘子。凝固后,100
μ L新鲜文化的细菌物种每个培养皿(微生物)。无菌滤纸片(直径6毫米)是浸满6
μ L的测试样品(40毫克/毫升)。所有盘子都与无菌实验室电影密封,以避免最终的测试样品的蒸发,然后孵化24小时37°C。抑菌圈的直径以毫米。此外,cellulose-L-methionine样品的抗菌活性
大肠杆菌 ,
铜绿假单胞菌 ,
金黄色葡萄球菌 ,
链球菌fasciens 细菌与商用抗生素。氨苄青霉素、氯霉素等抗生素光盘放在盘子的表面。蒸馏水作为消极的控制。板块在37°C孵化24 h后孵化。抑菌圈的直径以毫米和记录
28 ,
29日 ]。
2.8。测定的最低抑制浓度(MIC)
我们测试了六(6)系列浓度的高活跃的产品浓度40岁,20日,10日,5日,2.5,和1.25毫克/毫升,稀释BHI肉汤。麦克风评估,5毫升的培养基接种0.1毫升的细菌物种。麦克风是最低浓度的样品,发现没有增长为24小时37°C。
3所示。结果与讨论
3.1。亲核取代甲苯磺酰基纤维素L-Methionine氨基酸
对甲苯磺酰基酯化合成了纤维素衍生物的微晶纤维素的羟基与氯甲苯磺酰基链。反应进行了均匀DMAc /氯化锂(8%)溶剂系统8°C 24 h在强碱如三乙胺(茶)。甲苯磺酰基纤维素的
DS
≈
1
因此获得作为一个中间引入额外的氨基酸为其他。这个新的纤维素衍生物是由亲核取代(SN )甲苯磺酰基集团的反应;我们选择
DS
≈
1
为了避免双重空间的影响在c - 2甲苯磺酰基组和颈-葡萄糖环对甲苯磺酰基集团的亲核攻击。反应过程的合成cellulose-L-methionine图所示
3 。
图3
反应合成cellulose-L-methionine方案。
3.2。描述的样本
3.2.1之上。红外光谱
红外光谱的光谱MCC (a),甲苯磺酰基纤维素(b), cellulose-L-methionine (c)在图所示
1 。可以看出,频谱的甲苯磺酰基甲苯磺酰化的纤维素提供了明确的证据显示一些重要的山峰的存在在813厘米−1 芳环(碳氢键)拉伸,1116厘米−1 (C-O-C)不对称拉伸,环不对称拉伸为纤维素。吸收峰在1172和1370厘米−1 (分别对应2 )组对称和非对称拉伸,1500和1456厘米−1 芳(碳碳)拉伸,3459厘米−1 集团(OH)拉伸的纤维素,2924厘米−1 对纤维素(碳氢键)。正如预期的那样,新产品的红外光谱(c), cellulose-L-methionine,显示不对称和对称的价(这样的振动2 )组1172厘米−1 在1370厘米−1 ,这表明其完成位移L-methionine氨基酸衍生物。此外,这个失踪的甲苯磺酰基组发生相伴出现的一个新的强吸收带大约1654和1574厘米1 特有的羧基组(C = O)和氮str 分别弯曲。基于红外光谱的结果,可以得出结论,亲核取代反应的纤维素与L-methionine甲苯磺酰基氨基酸已经成功。
3.2.2。元素分析
甲苯磺酰基的元素组成(TC)和cellulose-L-methionine纤维素是由微量分析元素分析。甲苯磺酰基的元素分析表明,S %纤维素在MCC 10.22和它是微不足道的,但它是在cellulose-L-methionine 5.79。同样,N % MCC和TC分别为0.006和0.038,增加在耦合cellulose-L-methionine氨基酸的3.23%。
3.2.3。核磁共振光谱学
比较1 合成样品的核磁共振光谱,甲苯磺酰基纤维素(a)和cellulose-L-methionine导数(b)在图
2 给一个明确的确认的亲核取代反应。的1 核磁共振结果清楚地表明甲苯磺酰化反应的成功的微晶纤维素的存在苯质子
δ
7.12 - -7.82 ppm,甲基质子(
p ch3 )的甲苯磺酰基小组
δ
2.43 ppm,质子的纤维素骨架
δ
3.3 - 5 ppm (
15 ]。与此同时,1 核磁共振光谱cellulose-L-methionine透露新信号的存在有关L-methionine氨基酸替换其他的纤维素,半个信号等
δ
2.06、2.51和2.67 ppm CH3 ,CH2 分别,CH。很明显,完全取代甲苯磺酰基集团证实了信号的消失归因于甲苯磺酰基组。
3.2.4。扫描电子显微镜(SEM)
图
4 显示MCC (a)的形态结构、甲苯磺酰基纤维素(b),和cellulose-L-methionine导数(c)。表面的SEM图像(一),(b)和(c)表明它们之间的明显差异。世纪挑战帐户集团主要由platelet-like纤维素微纤维,形成一个球形聚集。然而,甲苯磺酰基纤维素(b)的表面结构紧凑,在cellulose-L-methionine (c)有更大的孔隙度,和纤维素衍生物的表面粗糙度增加超过修改的MCC。中断的支柱甲苯磺酰基纤维素聚合物可以解释这个观察结果反应的羟基(MCC -哦)
p 甲苯磺酰基氯,可能由于氢键断裂,出现在MCC和之间的交互新引入疏水性苯组。因此,亲核取代反应的纤维素与L-methionine甲苯磺酰基氨基酸导致非常重要的修改的MCC的形态学变化。
图4
SEM MCC (a)的故事,甲苯磺酰基纤维素(b), cellulose-L-methionine导数(c)(放大:×1200)。
(一)
(b)
(c)
3.3。体外抗菌活性
一代又一代的新病毒细菌的发展可能是有害的,强调发展的重要性材料对抗人类大流行;,天然抗菌剂一直是科学研究的热门话题之一,开发从自然抗菌剂丰富纤维素和壳聚糖等生物聚合物。预计在生物医学领域和抗菌电影、化妆品、纺织工业、医药等领域。比较和分析来自cellulose-L-methionine抗菌行为和商业抗生素氯霉素和氨苄青霉素等,我们已经测试了cellulose-L-methionine对抗细菌:
大肠杆菌 ,
铜绿假单胞菌 ,
金黄色葡萄球菌 ,
链球菌fasciens 磁盘使用扩散方法的适用性评价cellulose-L-methionine产品作为抗菌剂(
30. ,
31日 ]。图
5 总结了抑制的直径(毫米)值cellulose-L-methionine和商业抗生素氯霉素和氨苄青霉素。的最低抑制浓度(MIC)值cellulose-L-methionine对细菌展示在表
1 。cellulose-L-methionine产品显示抗菌活性高,对四个不同程度的生长抑制细菌测试;产品的最大效果测试记录
链球菌fasciens (抑制直径21。2毫米),当与其他细菌相比,与麦克风5毫克/毫升的价值。很明显,有显著的增强和强大的抗菌活性与cellulose-L-methionine相关,相比商业抗生素。这种生物效应是由于cellulose-L-methionine的化学结构和化学功能。没有观察到区抑制水。在我们之前的工作中,我们合成了cellulose-acetanilide醚与不同程度的替代(DS);发现cellulose-acetanilide产品被发现更积极的反对选择致病性细菌菌株
红球菌属 sp。GK1,这个产品的抗菌活性增加与DS (
32 ]。事实上,几项研究已经关注抗菌性能的纤维素衍生品和证明效果对不同菌株(
33 - - - - - -
37 ]。同样,El-Sayed et al。
13 合成新的水溶性纤维素衍生物等4 (celluloseamino)丁酸和2 (celluloseamino)琥珀酸;他们发现其细胞毒性是微不足道的。化合物合成的抗菌作用机制并不是由一个特定的机制,因为有几个目标网站在细菌细胞细胞壁、细胞质膜和细胞质,细胞内容泄漏,细胞质和凝固;然而,细菌外层信封的结构更有趣,因为他们不同微生物之间。例如,革兰氏阴性细菌的外膜(
38 ,
39 )和分枝杆菌的细胞壁(
40 )作为渗透率壁垒和负责这些微生物的抗菌化合物的内在阻力。易感性的研究需要了解细菌抗菌化合物;因此,抗炎,抗真菌、抗寄生虫和抗癌活动是必要的,和一些其他类型的革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌可能被测试通过使用相同的方法。文献给这些主题(很多有趣的结果
29日 ,
41 ]。
图5
抗菌活性cellulose-L-methionine (C-methionine)和商业抗生素对细菌氨苄青霉素,氯霉素
大肠杆菌 ,
铜绿假单胞菌 ,
金黄色葡萄球菌 ,
链球菌fasciens 。
表1
cellulose-L-methionine的最低抑制浓度(MIC)。
样品
麦克风(毫克/毫升)
大肠杆菌
铜绿假单胞菌
金黄色葡萄球菌
美国fasciens
Cellulose-L-methionine
10
20.
20.
5
氨苄青霉素
12.5
25
12.5
6.25
氯霉素
6.25
6.25
12.5
12.5