可再生不溶性杀菌剂构效关系研究

摘要:通过对固载季磷、季铵、Tego型三类新型可再生不溶性杀菌剂的杀菌性能评价,研究了相同载体不同杀菌活性官能团及相同活性官能团不同载体对杀菌活性的影响,结果表明:三种类型的不溶性杀菌剂的杀菌效果均达99%以上,且杀菌效果随载体粒径的减小而增加。

 

关键词:杀菌剂 微生物 构效关系

Research on Structure-Activity Relationships of Renewable Insoluble Bactericides

tract: Quatemary phosphonium,quaternary ammonium and Tego on solid carrier bactericides are three
new renewable insoluble bactericides. The behaviours of the bactericides were evaluated to study the influences of different function groups on the same solid carrier and the same function group on the different solid carriers on the bactericidal effects.The results show that bactericidal efficiencies of three type renewable insoluble bactericides all exceed 99%,and their bactericidal effects increase with the decrease of the diameter of the carriers.

Key words:bactericide;microbe;structure-activity relationship;water treatment

  前言近年来人们试图开发既具良好的杀菌效果,又不污染环境的杀菌剂,以满足工业生产处理和环境保护两方面的要求。可再生水不溶性杀菌剂具有良好的杀菌效果,而且不溶于水、不污染环境,并且可再生、可以重复使用。这些特性已引起人们的关注,如美国专利US349646报道的不溶性杀菌剂,对细菌、真菌、病毒等具有良好的杀灭活性,对含5.0×108个/mL细菌的菌悬液的杀菌率达到99%~100%,并且可再生;美国专利US4426824报道的不溶性杀菌剂对细菌、真菌有优良的杀菌活性,在2~5min的试验条件下可杀死几乎所有的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌;Augusta等发现不溶性杀菌剂的杀菌活性取决于季铵盐的结构特性,并且与杀菌活性官能团的固载量、载体性质、载体与季铵盐的结合位置有关。
上述研究尚处在初步探索阶段,对不溶性杀菌剂的特性认识和构效关系的认识不深。本文分别对以不同交联度的聚苯乙烯为载体,分别与叔胺、叔膦和具有氨基酸结构的Tego型化合物进行化学反应得到的含季铵盐、季磷盐和Tego型官能团的不溶性杀菌剂的杀菌性能进行评价,探索它们之间的构效关系[1]1 实验方法采用自制的含季铵、季磷、Tego型活性官能团的不溶性杀菌剂作杀菌剂,采用循环水中危害最大的常见异养菌作试样,按照《工业用水处理微生物分析》中的方法进行杀菌性能评价。 2 结果与讨论2.1 相同载体不同活性官能团的杀菌效果
2.1.1 不同性质活性官能团的杀菌效果
以交联度1%的聚苯乙烯为载体,得到具有不同性质活性官能团的不溶性杀菌剂的杀菌结果如表1所示。表1结果显示,分别固载三种不同性质的活性官能团的不溶性杀菌剂的杀菌效果均很好,杀菌率均大于99.9%,其中以季磷盐的杀菌效果为最好,季铵盐次之,Tego型再次之。这个结果与相应的水溶性杀菌剂的实验效果一致。说明不溶性杀菌剂的杀菌活性高低取决于所固载的活性官能团的性质,原因在于不溶性杀菌剂中的载体本身不具有杀菌活性,起作用的主要是所固载的活性官能团。

表1 相同载体不同性质活性官能团的杀菌效果
官能团 实验前细菌数/
(个·mL-1)
作用后细菌数/
(个·mL-1)
杀菌率/
季铵盐 1.2×1011 1.2×107 99.990
季磷盐 1.2×1011 1.6×106 99.999
Tego型 8.3×1010 1.8×107 99.978

2.1.2 相同性质不同结构活性官能团的杀菌效果
相同载体不同链长的季磷盐活性官能团的杀菌效果如表2。从表2结果可以看出,R为-C12H25的杀菌效果最好,-C10H23次之,-C14H29再次之。该结果与相应的水溶性杀菌剂的杀菌效果不同,水溶性杀菌剂的杀菌效果是-C14H29>-C12H25>-C10H23。可能是由于活性官能团的烷基链越长,固载后受载体的影响越大,与细菌作用受到的阻力越大。

表2 相同载体不同链长的季磷盐活性官能团的杀菌效果
官能团R 实验前细菌数/
(个·mL-1)
作用后细菌数/
(个·mL-1)
杀菌率/
-C10H23 1.2×1011 1.2×107 99.982
-C12H25 1.2×1011 1.6×106 99.999
-C14H29 2.9×109 2.0×108 93.103

2.1.3 引入不同亲水基对杀菌效果的影响
相同载体固载相同的活性官能团并引入不同结构的亲水基后得到的不溶性杀菌剂的杀菌效果如表3所示。表3结果显示,亲水基引入后,不溶性杀菌剂的杀菌效果明显增加,主要原因在于不溶性杀菌剂中引入亲水基后,一方面使载体的亲水性增加,增强与细菌的静电吸附作用,有利于活性官能团杀菌;另一方面由于不溶性杀菌剂载体的内孔直径远小于一般细菌的直径,在一般条件下只是外表面活性官能团起杀菌作用,亲水基引入载体后可使载体内孔扩大,比表面积增加,有利于靠近外表面的内孔活性官能团与细菌接触,从而使不溶性杀菌剂的杀菌效果大幅度提高。

表3 亲水基引入后对杀菌效果的影响
亲水基R 实验前细菌数/
(个·mL-1)
作用后细菌数/
(个·mL-1)
杀菌率/
-H 8.3×1010 3.7×107 99.955
-N+(CH3)3I 2.9×109 0×106 100.000
-N+(C2H5)3Cl- 2.9×109 0×107 100.000
-N+(C2H5)3Cl- 2.9×109 0×107 100.000
-N+(CH3)3I

2.2 相同活性官能团不同载体的杀菌效果
相同结构的季铵盐活性官能团固载在不同交联度的聚苯乙烯上得到的不溶性杀菌剂的杀菌效果如表4所示。表4结果表明载体交联度对固载相同活性官能团得到的不溶性杀菌剂的杀菌效果影响很小。

表4 相同活性官能团固载在不同交联度载体上的杀菌效果
载体交联度/
实验前细菌数/
(个·mL-1)
作用后细菌数/
(个·mL-1)
杀菌率/
1.0 1.7×1010 1.8×106 99.989
2.0 1.2×1010 2.0×106 99.988