酚性芳香醛生物基抗菌剂的制备、抗菌构效关系及其性能研究

来源 :湖南工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:aiaiai19870310
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塑料是目前应用最广泛的包装材料之一,但在生产、储藏、流通运输与使用中不经意间成为了微生物的载体,致病微生物会对人类的生命健康存在威胁并造成严重的公共环境问题。添加抗菌剂是提升塑料抗菌性能的主要手段,且往往只需要极少量便可达到广谱抑菌的效果。近年来,绿色环保、多种机理协同作用、以及优化合成工艺成为抗菌剂的主要发展方向。本课题以制备高效、环保、工艺简单的抗菌剂为研究内容,基于抗菌剂所存在的多种机理协同作用,以八种生物基来源的酚性芳香醛为原料,设计并合成新型生物基席夫碱配体,再通过与金属进行配合制备新型生物基席夫碱金属配合物抗菌剂,通过体外抗菌活性检测,结合量子化学计算探求其抗菌构效关系,并制备了改性PLA抗菌薄膜,研究薄膜的相关性能。为新型生物基抗菌剂的分子设计、合成及应用提供新思路,具有较为重要的理论参考价值与实际应用意义。主要研究内容及结果如下:(1)配体与配合物的合成及表征:八种生物基醛类化合物分别与对氨基二苯胺经过席夫碱反应制备相应配体L1~L8,并通过FTIR和~1H NMR表征证明合成产物与目标结构一致,纯度较高合成成功。配体L1~L8合成成功后,通过一锅法与Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)离子反应,制备了相应的三十二种席夫碱金属配合物,并通过FTIR表征证明席夫碱金属配合物制备成功。对席夫碱金属配合物进行热分解性能测试,结果表明席夫碱Cu(Ⅱ)离子配合物热稳定性最好,所有席夫碱金属配合物起始降解温度都在200℃左右,满足大多数材料的加工需求。(2)配合物抗菌性能构效关系研究:通过体外抗菌活性检测及量子化学计算表明,该系列席夫碱金属配合物的抗菌性能与其结构密切相关。供电子能力越强、分子几何构型越平整分子体积越小、分子轨道能量差越小、分子单点能越小、C=N键越短,配合物的抗菌性能越强。所有席夫碱金属配合物对革兰氏阴性菌抗菌能力均强于革兰氏阳性菌。同时根据构效关系推断出,该系列席夫碱金属配合物同时包含了氧化还原机理、接触释放机理和细胞内容物变性机理,多种抗菌机理复配协同,抗菌效率高。(3)抗菌薄膜的制备及性能研究:通过对32种席夫碱金属配合物进行相容性检测,发现在1μg/m L的浓度时,32种席夫碱金属配合物均具有良好的生物相容性。通过溶液法,将席夫碱Co(Ⅱ)离子和Zn(Ⅱ)离子配合物加入聚乳酸(PLA)成功制备了PLA/Ln-Co和PLA/Ln-Zn改性PLA薄膜,并对薄膜进行了力学性能、光学性能、透湿性能及对圣女果保鲜性能的检测。力学性能测试可以得出,添加了抗菌剂的薄膜力学性能得到了提升。光学性能测试可以得出,与未添加席夫碱金属配合物的PLA薄膜相比,改性PLA薄膜可以降低PLA薄膜的光透过量,减少光对包装内容物的影响,提升了PLA薄膜的保鲜性能。透湿性能测试表明改性PLA薄膜极性均增加,透湿性能提升,从而有效的防止了结露,增加了包装的抗菌性能和保鲜性能。通过保鲜性能测试可以得出,与未添加席夫碱金属配合物的PLA薄膜相比,PLA/L1-Co、PLA/L4-Co、PLA/L1-Zn和PLA/L4-Zn薄膜能延缓微生物形成菌落时间6天,PLA/L8-Co和PLA/L8-Zn薄膜能延缓微生物形成菌落时间8天,其余复合薄膜在21天内均无菌落生长,保鲜性能较好。但在第13~16天时,圣女果水分流失严重,因此综合考虑,所有的改性薄膜平均延长了圣女果的货架期4~7天。
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