一种水溶性阳离子分子笼及其合成方法与应用

本发明属于与生物医药，涉及一种水溶性阳离子分子笼的合成及在抗细菌生物膜方面的应用。具体是一种水溶性阳离子分子笼及其合成方法与应用。

背景技术：

1、细菌生物膜，也被称为细菌被膜，是由自分泌的鞘外基质包围形成的动态微生物群落。这些由蛋白质、多糖、dna、肽聚糖、脂类等物质组成的基质不可逆地粘附于组织表面，对外源抗生素及宿主防御机制都有很强的抗性。据统计，人类超过60%的细菌性疾病均与生物膜形成有关，严重威胁全球人类健康。因此，亟需开发具有抗生物膜效力的新型治疗试剂。然而，现有的大多数抗菌材料，如抗生素、抗菌肽、阳离子聚合物等，仅对浮游细菌具有杀伤性。

2、基于大环化合物的功能导向超分子系统已成功应用于抗细菌感染。分子笼较大环化合物在尺寸上、维度上进行了拓展，具有更丰富多样的立体结构和作用位点，且提高了内部空腔容积、密闭性和与组织性，使其在生物医学方面应用具有无限的潜能。另一方面，已有大量研究表明含有季铵盐基团的阳离子两亲性化合物具有抗生物膜的功效。结合上述两点，在分子笼的外部引入致密的季铵盐基团，将赋予新型分子笼衍生物潜在的抗生物膜活性。

技术实现思路

1、本发明提供了一种水溶性阳离子分子笼，通过前修饰的方法，先合成含有活性位点的单体，一锅法高产率的得到笼状产物，进一步和廉价的三甲胺反应，几乎定量转化得到水溶性分子笼衍生物。在分子笼的外部引入致密的季铵盐基团，能够提高化合物的水溶性和生物相容性，所形成的阳离子两亲结构也具备抗细菌生物膜的功效。

2、为实现上述目的本发明公开了如下的技术内容：

3、一种水溶性阳离子分子笼，其结构式如下面的式i所示：

4、

5、式i

6、本发明进一步公开了水溶性阳离子分子笼的合成方法，其特征在于所述方法具体步骤（式ii）为：

7、

8、式ii

9、a. 将1-溴-2,4-二羟基苯，碳酸钾和1,3-二溴丙烷置于圆底烧瓶中，加入乙腈溶液搅拌加热回流24小时。待反应结束后抽滤除去碳酸钾，滤液加硅胶粉拌样上柱，经柱层析分离纯化得到化合物1；

10、b. 将1,3,5-三（3-溴苯基）苯，双（频哪醇合）二硼，<1,1-双（二苯基磷）二茂铁>二氯化钯置于圆底烧瓶中，加入1,4-二氧六环溶液搅拌加热回流24小时。待反应结束后，旋蒸除去溶剂，加入水水并用二氯甲烷萃取，合并有机相用无水硫酸钠干燥，加硅胶粉拌样上柱，经柱层析分离纯化得到化合物2；

11、c. 将化合物1，化合物2，<1,1-双（二苯基磷）二茂铁>二氯化钯，碳酸钾置于圆底烧瓶中，加入1,4-二氧六环/水混合溶液（体积比4:1），搅拌加热回流24小时。待反应结束后，抽滤除去碳酸钾，旋蒸除去1,4-二氧六环，用二氯甲烷萃取，合并有机相用无水硫酸钠干燥，加硅胶粉拌样上柱，经柱层析分离纯化得到化合物3；

12、d. 将化合物3和多聚甲醛置于圆底烧瓶中，加入氯仿搅拌均匀，缓慢加入三氟化硼乙醚溶液继续室温反应15分钟。待反应结束后，加入饱和碳酸氢钠萃灭反应，收集有机相用饱和氯化钠洗，经无水硫酸钠干燥，加硅胶粉拌样上柱，柱层析分离纯化得到化合物4；

13、e. 将化合物4置于圆底烧瓶中，加入乙腈搅拌均匀，缓慢加入的三甲胺溶液（33%乙醇溶液），加热回流反应7天。待反应结束后冷却至室温，抽滤并以乙腈和二氯甲烷冲洗滤饼，干燥后得到黄色固体，即水溶性阳离子分子笼。

14、本发明所述水溶性阳离子分子笼在室温常压下为浅黄色固体，良性溶剂为水、缓冲溶液、甲醇、乙醇或它们间的混合物。

15、本发明考察了水溶性阳离子分子笼对人类永生化表皮细胞的细胞毒性和兔红细胞的溶血毒性，结果显示水溶性阳离子分子笼具有良好的生物相容性。

16、本发明还提供了水溶性阳离子分子笼在抗细菌生物膜方面的应用，试验结果显示：水溶性阳离子分子笼不仅能够抑制细菌生物膜的形成，对已经成熟的细菌生物膜也具有扰乱功效。

17、本发明中水溶性阳离子分子笼溶液的配制方法为：

18、将一定摩尔浓度的水溶性阳离子分子笼直接溶于良性溶剂中，超声震荡直至化合物完全溶解，然后将化合物溶液经孔径0.22μm的滤膜过滤，按二倍稀法配制成系列浓度样品液备用。

19、本发明中水溶性阳离子分子笼可产生抗生物膜功效的菌株包括：金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌、枯草杆菌、表皮葡萄球菌、链球菌、芽孢杆菌，最优的为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。

20、本发明公开的水溶性阳离子分子笼及其合成方法与应用得有益效果在于：

21、本发明设计合成了一种水溶性阳离子分子笼，反应条件温和高效，适用于工业生产。在母体笼状分子外部引入致密的季铵盐基团可以提高化合物的水溶性、生物相容性，适用于生物医药。该水溶性阳离子分子笼不仅可以抑制革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌生物膜的形成，还对成熟的细菌生物膜具有扰乱功效，在抗细菌生物膜感染治疗方面存在巨大的应用前景。

技术特征：

1.一种水溶性阳离子分子笼，其结构式如式i所示：

2.权利要求1所述水溶性阳离子分子笼的合成方法，其特征在于所述式ii制备的具体步骤为：

3.权利要求1所述的水溶性阳离子分子笼的良性溶剂为水、缓冲溶液、甲醇、乙醇或它们间的混合物。

4.权利要求1所述水溶性阳离子分子笼在制备抗细菌生物膜方面的应用。

5.权利要求4所述的应用，其方法包括如下步骤：

6.权利要求4所述的应用，具有抗生物膜活性的菌株包括：金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌、枯草杆菌、表皮葡萄球菌、链球菌、芽孢杆菌，最优的为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。

7.权利要求4所述的应用，其特征在于水溶性阳离子分子笼不仅能够抑制生物膜的形成，对成熟的细菌生物膜也具有扰乱功效。

技术总结
本发明涉及一种水溶性阳离子分子笼的合成及在抗细菌生物膜方面的应用。本发明涉及的化合物合成条件温合高效，适用于工业生产；具有良好的水溶性、生物相容性，适用于生物医药；不仅可以抑制革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌生物膜的形成，还对成熟的细菌生物膜具有扰乱功效，在抗细菌生物膜感染治疗方面存在巨大的应用前景。

技术研发人员：陈俊屹,李春举
受保护的技术使用者：天津师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13