一种荧光标记大分子季铵盐及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种荧光标记大分子季铵盐及其制备方法与应用。本发明专利技术将荧光素直接改性，将其分子上的羟基与氯乙酰氯进行酯化反应使得荧光素分子带有氯原子，为后续在大分子上季铵化使大分子含有荧光基团做好准备。本发明专利技术的合成过程优化了将荧光素引入大分子季铵盐的合成过程。与此同时，连接了氯原子的改性荧光素不仅是作为荧光标记的作用，在其季铵化后，还能提供水溶性和正电荷以利于大分子季铵盐在水中分散并且通过静电吸附于真菌表面从而达到抑菌的作用。本发明专利技术可以在紫外光条件下，以肉眼可见的状态直接观察到大分子季铵盐在病原真菌的菌核表面及其内部的分布，有利于研究大分子季铵盐在病原真菌中的抑制机理。

Fluorescent labeled macromolecule quaternary ammonium salt and its preparation method and Application

The invention discloses a fluorescent labeled macromolecular quaternary ammonium salt and a preparation method and application thereof. The invention directly modifies fluorescein and esterifies hydroxyl groups on its molecule with chloroacetyl chloride to make the fluorescein molecule contain chlorine atoms, so as to prepare for subsequent quaternization on the macromolecule to make the macromolecule contain fluorescent groups. The synthesis process of the invention optimizes the synthesis process of fluorescein into macromolecular quaternary ammonium salt. At the same time, the modified fluorescein linked with chlorine atoms not only serves as a fluorescent label, but also provides water solubility and positive charge after quaternization to facilitate the dispersion of macromolecular quaternary ammonium salts in water and to achieve bacteriostasis by electrostatic adsorption on fungal surfaces. The invention can directly observe the distribution of macromolecule quaternary ammonium salts on the surface and inside of the sclerotia of pathogenic fungi in the visible state of naked eyes under ultraviolet light, which is beneficial to the study of the inhibition mechanism of macromolecule quaternary ammonium salts in pathogenic fungi.

【技术实现步骤摘要】
一种荧光标记大分子季铵盐及其制备方法与应用
本专利技术属于材料合成领域，特别涉及一种荧光标记大分子季铵盐及其制备方法与应用。
技术介绍
水稻纹枯病菌又称为“云纹病”，俗名“花足杆”，广泛分布于世界水稻主要生产国，在我国已成为水稻三大病害之首。水稻纹枯病菌是由立枯丝核菌(R.solani)引起的一种土传病害，其主要是通过无性繁殖。该菌在自然状态下主要有两种存在形式，即菌丝和菌核。导致水稻纹枯病危害严重的一个重要原因就在于其“菌核萌发形成菌丝—菌丝侵染宿主—菌丝在受迫条件下聚集形成菌核”这一侵染循环。当前对于水稻纹枯病的防治主要是围绕杀死菌丝达到抑制菌核形成的问题，当然也有部分抗菌剂对于菌核有着抑制作用，其中具有代表性的当属季铵盐一类。大分子季铵盐比小分子季铵盐有着更好的吸附性、持久性，是一种应对水稻纹枯病的新的研究思路。当前已经提出了主链为疏水性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)、侧基为季铵盐基团(QAS)的大分子季铵盐(PDMS-g-QAS)对菌核萌发有抑制效果(参比文献1：LinYaling,LiuQiongqiong,ChengLiujun,LeiYufeng,ZhangAnqiang.Synthesisandantimicrobialactivitiesofpolysiloxane-containingquaternaryammoniumsaltsonbacteriaandphytopathogenicfungi.Reactive&FunctionalPolymers,2014,85:36-44”或是参比文献2：“刘琼琼.高分子季铵盐的合成、表征及其对细菌和真菌的抑制特性研究.华南理工大学硕士论文，2014”)；两亲性大分子PDMS-b-(PDMS-g-QAS)-b-PDMS能有效的粘附在植物叶片等疏水性的表面，起到防止植物真菌病害的作用(参比文献3：“YufengLei,ShengwenZhou,ChenyunDong,AnqiangZhang,YalingLin.PDMStri-blockcopolymersbearingquaternaryammoniumsaltsforepidermalantimicrobialagents:Synthesis,surfaceadsorptionandnon-skinpenetration,Reactive&FunctionalPolymers,2018,124:22-28”)，对于关于两亲性嵌段共聚物的开发还在不断进行，有研究人员用ATRP相继开发出三嵌段和五嵌段的PDMS基两嵌段的共聚物(参比文献4：邱明.PDMS基两亲聚合物网络的ATRP合成与性能的研究.东华大学硕士论文，2015)。但我们一直对于大分子季铵盐如何作用菌核未能有更直观的了解，即大分子季铵盐对于菌核抑菌机理的解释一直未有直观的表现，这对于季铵盐类抗菌剂的发展有很大的局限性。
技术实现思路
本专利技术的首要的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种荧光标记大分子季铵盐的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的荧光标记大分子季铵盐。本专利技术的再一目的在于提供所述的荧光标记大分子季铵盐的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种荧光标记大分子季铵盐的制备方法，包括如下步骤：(1)改性荧光素的合成：在有机溶剂A中加入荧光素，然后在惰性气体气氛中加入氯乙酰氯进行反应，反应结束，经产物纯化，得到改性的荧光素(FL)；(2)荧光标记大分子季铵盐的制备：将大分子物质和改性荧光素(FL)溶于有机溶剂B，在惰性气体气氛中反应；再加入氯化苄，在惰性气体气氛中反应，反应结束，经产物纯化，得到荧光标记的大分子季铵盐；所述的大分子物质为硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物(SixQy)、聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺(PQD)或十二烷基二甲基叔胺(BC)；所述的硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物通过如下步骤制备得到：1)乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷聚合物的合成：在有机溶剂C中加入六甲基环三硅氧烷(D3)，在惰性气体气氛中，以正丁基锂引发聚合反应，最后加入二甲基乙烯基氯硅烷终止聚合反应；对反应得到的产物纯化，得到透明油状液体产物，为乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(PVi)；2)羟基封端的聚二甲基硅氧烷的合成：将有机溶剂D、巯基乙醇、步骤1)得到的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷和催化剂混合，得到澄清的溶液，用紫外光引发自由基加成反应，对反应得到的产物纯化，得到羟基封端的聚二甲基硅氧烷(POH)；3)端基带溴的聚二甲基硅氧烷合成：在有机溶剂E中加入步骤2)得到的羟基封端的聚二甲基硅氧烷、三乙胺和2-溴异丁酰溴混合反应；对反应得到的产物纯化，得到端基带溴的聚二甲基硅氧烷(PBr)；4)聚硅氧烷和聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯两嵌段共聚物的合成：将有机溶剂F、步骤3)得到的端基带溴的聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)、CuBr和(N,N,N',N”,N”)-五甲基二乙烯基三胺(PMDETA)混合，在惰性气体气氛中经行聚合反应，对反应得到的产物纯化，得到淡黄色粘稠液体产物，即硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物(PDMS-b-PDMAEMA或SixQy)。上文中所述的有机溶剂A、B、C、D、E、F是用于溶解反应物质，本身不参加反应。有机溶剂A、B、C、D、E、F可以是相同的物质，也可以是不同的物质。上文中所述的惰性气体优选为氮气。步骤(1)中所述的有机溶剂A优选为丙酮。步骤(1)中所述的有机溶剂A的体积用量(mL)优选为相当于荧光素质量(g)的80～150倍；更优选为125～135倍。步骤(1)中所述的反应的时间优选为8h。所述的反应的温度为室温，优选为10～35℃；更优选为20～25℃。步骤(1)中所述的氯乙酰氯的摩尔用量优选按荧光素：氯乙酰氯＝摩尔比1：(1～1.3)配比计算。步骤(1)中所述的氯乙酰氯的加入方式为滴加加入。所述的滴加的速度优选为1滴/5秒。步骤(1)中所述的纯化的步骤优选为：将产物过滤，然后将得到的粉末放在真空烘箱中50℃烘干，得到的橙黄色粉末为改性后的荧光素(FL)。步骤(2)中所述的有机溶剂B优选为甲醇和无水乙醇中的一种或两种。步骤(2)中所述的有机溶剂B的体积用量优选为相当于所述的大分子季铵盐质量的30～120倍。步骤(2)中参与反应的物质的用量按改性荧光素(FL)：大分子季铵盐中的胺基：氯化苄＝摩尔比(0.1～0.3)：(0.9～0.7)：(1～1.5)配比计算。步骤(2)中所述的反应条件优选为于50～80℃冷凝回流反应12～36h；更优选为于70℃冷凝回流反应16～24h。步骤(2)中所述的纯化的步骤优选为：减压蒸馏出部分醇，加入大量无水乙醚，然后倒掉上清液，再放入50℃真空烘箱烘干，即得荧光标记得大分子季铵盐。所述的聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺通过如下步骤制备得到：将二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺和偶氮二异丁腈在甲醇中反应，得到聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺。所述的二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺和偶氮二异丁腈按质量比为45～50：1配比；优选为按质量比48～49：1配比。所述的反应的条件优选为于70℃下反应24h。步骤1)中所述的聚合反应的条件优选为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种荧光标记大分子季铵盐的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)改性荧光素的合成：在有机溶剂A中加入荧光素，然后在惰性气体气氛中加入氯乙酰氯进行反应，反应结束，经产物纯化，得到改性的荧光素；(2)荧光标记大分子季铵盐的制备：将大分子物质和改性荧光素溶于有机溶剂B，在惰性气体气氛中反应；再加入氯化苄，在惰性气体气氛中反应，反应结束，经产物纯化，得到荧光标记的大分子季铵盐；所述的大分子物质为硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物、聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺或十二烷基二甲基叔胺；所述的硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物通过如下步骤制备得到：1)乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷聚合物的合成：在有机溶剂C中加入六甲基环三硅氧烷，在惰性气体气氛中，以正丁基锂引发聚合反应，最后加入二甲基乙烯基氯硅烷终止聚合反应；对反应得到的产物纯化，得到透明油状液体产物，为乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷；2)羟基封端的聚二甲基硅氧烷的合成：将有机溶剂D、巯基乙醇、步骤1)得到的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷和催化剂混合，得到澄清的溶液，用紫外光引发自由基加成反应，对反应得到的产物纯化，得到羟基封端的聚二甲基硅氧烷；3)端基带溴的聚二甲基硅氧烷合成：在有机溶剂E中加入步骤2)得到的羟基封端的聚二甲基硅氧烷、三乙胺和2‑溴异丁酰溴混合反应；对反应得到的产物纯化，得到端基带溴的聚二甲基硅氧烷；4)聚硅氧烷和聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯两嵌段共聚物的合成：将有机溶剂F、步骤3)得到的端基带溴的聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、CuBr和(N,N,N',N”,N”)‑五甲基二乙烯基三胺混合，在惰性气体气氛中经行聚合反应，对反应得到的产物纯化，得到淡黄色粘稠液体产物，即硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物。...

【技术特征摘要】
1.一种荧光标记大分子季铵盐的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)改性荧光素的合成：在有机溶剂A中加入荧光素，然后在惰性气体气氛中加入氯乙酰氯进行反应，反应结束，经产物纯化，得到改性的荧光素；(2)荧光标记大分子季铵盐的制备：将大分子物质和改性荧光素溶于有机溶剂B，在惰性气体气氛中反应；再加入氯化苄，在惰性气体气氛中反应，反应结束，经产物纯化，得到荧光标记的大分子季铵盐；所述的大分子物质为硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物、聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺或十二烷基二甲基叔胺；所述的硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物通过如下步骤制备得到：1)乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷聚合物的合成：在有机溶剂C中加入六甲基环三硅氧烷，在惰性气体气氛中，以正丁基锂引发聚合反应，最后加入二甲基乙烯基氯硅烷终止聚合反应；对反应得到的产物纯化，得到透明油状液体产物，为乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷；2)羟基封端的聚二甲基硅氧烷的合成：将有机溶剂D、巯基乙醇、步骤1)得到的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷和催化剂混合，得到澄清的溶液，用紫外光引发自由基加成反应，对反应得到的产物纯化，得到羟基封端的聚二甲基硅氧烷；3)端基带溴的聚二甲基硅氧烷合成：在有机溶剂E中加入步骤2)得到的羟基封端的聚二甲基硅氧烷、三乙胺和2-溴异丁酰溴混合反应；对反应得到的产物纯化，得到端基带溴的聚二甲基硅氧烷；4)聚硅氧烷和聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯两嵌段共聚物的合成：将有机溶剂F、步骤3)得到的端基带溴的聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、CuBr和(N,N,N',N”,N”)-五甲基二乙烯基三胺混合，在惰性气体气氛中经行聚合反应，对反应得到的产物纯化，得到淡黄色粘稠液体产物，即硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物。2.根据权利要求1所述的荧光标记大分子季铵盐的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的氯乙酰氯的摩尔用量按荧光素：氯乙酰氯＝摩尔比1：(1～1.3)配比计算；步骤(1)中所述的有机溶剂A为丙酮；步骤(1)中所述的反应的时间为8h；步骤(2)中所述的有机溶剂B为甲醇和无水乙醇中的一种或两种；步骤(2)中参与反应的物质的用量按改性荧光素：大分子季铵盐中的胺基：氯化苄＝摩尔比(0.1～0.3)：(0.9～0.7)：(1～1.5)配比；步骤(2)中所述的反应条件为于50～80℃冷凝回流反应12～36h。3.根据权利要求1所述的荧光标记大分子季铵盐的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的有机溶剂A的体积用量相当于荧光素质量的80～150倍；步骤(1)中所述的氯乙酰氯的加入方式为滴加加入；步骤(1)中所述的纯化的步骤为：将产物过滤，然后将得到的粉末放在真空烘箱中50℃烘干，得到的橙黄色粉末为改性后的荧光素；步骤(2)中所述的有机溶剂B的体积用量相当于所述的大分子季铵盐质量的30～120倍；步骤(2)中所述的纯化步骤为：减压蒸馏出部分醇，加入大量无水乙醚，然后倒掉上清液，再放入50℃真空烘箱烘干，即得荧光标记得大分子季铵盐。4.根据权利要求1所述的荧光标记大分子季铵盐的制备方法，其特征在于：所述的聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺通过如下步骤制备得到：将二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺和偶氮二异丁腈在甲醇中反应，得到聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺。5.根据权利要求1所述的荧光标记大分子季铵盐的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的聚合反应的条件为0～5℃聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张安强，张倡，钟伟强，林雅铃，董辰韵，封曦翔，常瑶瑶，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44