本发明属于新型抗菌材料领域，涉及一种基于杯芳烃骨架、同时具有破坏细菌膜和干扰细菌群体感应功能的大环两亲抗菌剂的合成方法和在针对杀灭多药耐药革兰氏阴性菌方面的应用。基于两亲杯芳烃独特的骨架结构，增强了其对细菌膜的破坏能力，并对多药耐药菌的抑制效果依旧显著。与此同时，杯芳烃的疏水空腔可以结合多种革兰氏阴性菌群体感应信号分子，从而干扰细菌的正常生命活动，进一步增加了其在抑制多药耐药细菌方面的应用前景。本研究得到国家自然科学基金青年科学基金项目(no :22201299)资助。
背景技术：
1、细菌感染一直以来都是威胁人类健康的全球性问题之一，自青霉素被发现，对抗细菌感染就进入了抗生素时代。但是，抗生素的滥用导致了细菌耐药性的出现和快速发展，多药耐药的超级细菌使得抗生素治疗失效。据世卫组织预测，2050年耐药菌将会成为威胁人类生命安全的头号杀手，全球每年死于细菌感染的人数将超千万。人们一直尝试寻找替代的抗菌疗法，例如阳离子表面活性剂，用于对抗多药耐药菌感染。
2、阳离子表面活性剂主要通过正电荷头基的静电相互作用和疏水尾链的疏水相互作用破坏细菌膜来杀灭细菌。细菌很难绕过这种非特异性的膜破坏机制，因此难以产生对表面活性剂的耐药性。阳离子表面活性剂具有结构明确、合成简单、易于修饰、便于大量制备等优势，使其成为了广泛使用的消毒杀菌手段。
3、研究表明，细菌群体之间会通过群体感应进行交流。群体感应是一种细菌细胞间的交流机制，基于信号分子的扩散，使细菌群体可以根据种群密度调控毒力因子产生、生物被膜形成等整体行为。群体感应是细菌群体适应环境变化的重要调节机制，也为通过分子识别策略干扰细菌生理功能的新抗菌策略提供了契机。
4、杯芳烃是若干个苯酚单元由亚甲基桥连而形成的一类环状低聚物，杯芳烃的疏水空腔可以适配不同尺寸的客体分子，这是它作为超分子大环主体的优势。杯芳烃的修饰位点丰富，方便两亲修饰得到大环两亲杯芳烃，作为新型阳离子表面活性剂。杯芳烃的骨架、组装、识别性质，使其在抗菌领域有着独特的优势。
技术实现思路
1、本发明制备了基于杯芳烃骨架的大环两亲抗菌剂，相比于单链，寡聚的环状骨架增强了对细菌膜的破坏能力，能更有效地杀灭多药耐药菌。同时，杯芳烃的疏水空腔能结合多种革兰氏阴性菌群体感应信号分子，干扰细菌群体感应，影响细菌的正常生物功能。这种“双管齐下”的策略，为多药耐药菌感染这一棘手问题，提供了一种新的思路。
2、为实现以上目的，本发明采取以下技术方案：
3、一种兼具破坏细菌膜和干扰群体感应的大环两亲杯芳烃抗菌剂，其特征在于以超分子主体杯芳烃为基本骨架，在杯芳烃上缘修饰季铵盐基团，下缘修饰不同长度的烷基链，结构如下：
4、杯芳烃骨架是数个修饰的苯酚单元通过亚甲基收尾相连形成的大环化合物，表示为如上结构。其中括号部分包含的结构为大环两亲杯芳烃抗菌剂的结构单元，环状虚线代表括号部分结构收尾相连成环，n表述成环结构中，括号部分结构单元的数量通常，n = 4,5, 6, 8； x−为抗衡离子，x为卤素原子，通常为氯，溴，碘；下缘修饰的r基团为不同长度的直链烷基链，指的是结构通式为cmh2m+1的烷基，其中m为碳原子个数。
5、本发明所述兼具破坏细菌膜和干扰群体感应的大环两亲杯芳烃抗菌剂，其典型的化合物如下：。
6、本发明公开的兼具破坏细菌膜和干扰群体感应的大环两亲杯芳烃抗菌剂，由于杯芳烃独特的环状骨架，使得其对细菌膜的破坏能力相较于同等作用单元数量的单链抗菌剂大幅提升。原因在于杯芳烃骨架赋予的疏水空腔，使得其能够结合多种革兰氏阴性菌群体感应中的信号分子，可以通过分子识别策略干扰群体感应，影响细菌的正常生物功能。另外一个特点是新型大环两亲抗菌剂加入细菌培养液，简单混匀，短时间内即可达到杀菌和干扰群体感应的目的。
7、本发明进一步公开了兼具破坏细菌膜和干扰群体感应的大环两亲杯芳烃抗菌剂的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：
8、（1）在反应瓶中加入一定量的杯[n]芳烃，和碱，加入溶剂，搅拌均匀后，加入1-溴代烷烃，加热至一定温度，反应一定时间，薄层色谱监测反应；反应结束后加入稀盐酸中和过量的碱，用二氯甲烷萃取，减压蒸馏得到粗产物后，用二氯甲烷/甲醇进行重结晶；所述杯[n]芳烃、碱、溴代烷烃的比例为1:10:10（摩尔比）；反应温度为80-100 °c；反应时间为24-36 h；后处理使用的稀盐酸通常浓度为1 m；所述溶剂为强极性非质子溶剂，通常使用乙腈、n,n-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；
9、（2）在反应瓶中加入（1）所制得的产物、过量的硝酸钠并用三氟乙酸作溶剂溶解，室温搅拌反应一段时间；反应结束后，缓慢加入大量水，并用二氯甲烷萃取分液，处理；所述（1）产物、硝酸钠、三氟乙酸的投料比为1:40:80（摩尔比）；反应时间为8-10 h；淬灭反应时加入的水的体积通常大于反应物体积的2倍；饱和碳酸钠洗涤有机相2-3次；
10、（3）在反应瓶中加入（2）所制得的产物、加入溶剂溶解后，加入水合肼和钯碳粉末，搅拌均匀后加热至一定温度，反应一段时间；反应结束后，抽滤后处理；所述（2）所得产物、水合肼、钯碳的比例为1:40:2（摩尔比）；所使用的溶剂为乙酸乙酯：乙醇 = 1:1（体积比）；加热温度为80-90 °c；反应时间为8-12 h；后处理；
11、（4）在反应瓶中加入（3）所制得的产物、碳酸钾、碘甲烷，并加入无水四氢呋喃作为溶剂；封管加热至（100−110 °c），反应72−80 h；进行后处理，将滤饼溶与热水，加入六氟磷酸铵，抽滤获得析出的沉淀；将滤饼用乙腈溶解，加入四丁基氯化铵，抽滤所析出的固体即为目标的大环两亲抗菌剂；所述（3）所制得的产物、碳酸钾、碘甲烷的比例为1:20:100（摩尔比）；
12、本发明更进一步公开了兼具破坏细菌膜和干扰群体感应的大环两亲杯芳烃抗菌剂在制备用作杀灭耐药革兰氏阴性菌抗菌剂方面的应用。所述的革兰氏阴性菌指的是铜绿假单胞菌；实验结果显示大环两亲杯芳烃抗菌剂可以更高效地杀死铜绿假单胞菌，并能通过捕获群体感应信号分子干扰铜绿假单胞菌群体感应过程，抑制包括生物被膜形成和绿脓菌素产生等多种生物功能。
13、本发明更加详细的描述如下：
14、一种基于杯芳烃骨架的大环两亲抗菌剂，具备以下结构通式：在杯[ n]芳烃骨架上缘（ n = 4, 5, 6, 8）修饰季铵盐头基，x−为抗衡离子。其中x为卤素原子，包括氯、溴、碘。下缘修饰的r基团为不同长度的烷基链。
15、
16、进一步地，本发明提供了一种制备这类大环两亲抗菌剂的方法，主要有以下步骤：
17、步骤一：在反应瓶中加入一定量的杯[ n]芳烃，和适量的碱，加入溶剂，搅拌均匀后，加入1-溴代烷烃，加热至一定温度，反应一定时间，薄层色谱监测反应。反应结束后加入稀盐酸中和过量的碱，用二氯甲烷萃取，减压蒸馏得到粗产物后，用二氯甲烷/甲醇进行重结晶。所述杯[ n]芳烃、碱、溴代烷烃的比例为1:10:10（摩尔比）；反应温度通常为80-100 °c；反应时间为24-36 h；后处理使用的稀盐酸通常浓度为1 m。所述溶剂一般为乙腈、 n, n-二甲基甲酰胺等极性非质子溶剂。
18、步骤二：在反应瓶中加入适量步骤一所制得的产物、过量的硝酸钠并用三氟乙酸作溶剂溶解，室温搅拌反应一段时间。反应结束后，缓慢加入大量水，并用二氯甲烷萃取分液。有机相用饱和碳酸钠溶液洗涤，之后用无水硫酸钠干燥。过滤干燥剂后，减压蒸馏除去溶剂，并用二氯甲烷/甲醇重结晶。所述步骤一产物、硝酸钠、三氟乙酸的投料比一般为1:40:80（摩尔比）；反应时间通常为8-10 h；淬灭反应时加入的水的体积通常大于反应物体积的2倍；饱和碳酸钠洗涤有机相时，次数通常为2-3次。
19、步骤三：在反应瓶中加入适量步骤二所制得的产物、加入适当溶剂溶解后，加入适量水合肼和钯碳粉末，搅拌均匀后加热至一定温度，反应一段时间。反应结束后，抽滤，减压蒸馏滤液得到粗产物，最后使用二氯甲烷/甲醇重结晶。所述步骤二所得产物、水合肼、钯碳的比例为1:40:2（摩尔比）；所使用的溶剂通常为乙酸乙酯：乙醇 = 1:1（体积比）；加热温度通常为80-90 °c；反应时间通常为8-12 h；抽滤时需在滤纸上垫一层硅藻土，并且不应将滤渣抽得特别干，避免起火。氨基化合物久置于空气中会被缓慢氧化，得到产物应尽快进行下一步骤的制备。
20、步骤四：在反应瓶中加入适量步骤三所制得的产物、碳酸钾、碘甲烷，并加入适量无水四氢呋喃作为溶剂。封管加热至较高温度，反应较长时间。结束后抽滤，滤渣用乙醇、二氯甲烷、冷水洗涤。将滤饼溶与热水，加入适量六氟磷酸铵，抽滤获得析出的沉淀。将滤饼用乙腈溶解，加入适量四丁基氯化铵，抽滤所析出的固体即为目标的大环两亲抗菌剂。所述步骤三所制得的产物、碳酸钾、碘甲烷的比例为1:20:100（摩尔比）；反应温度通常为110 °c；反应时间通常为72 h。
21、本发明提供了一种杯芳烃基大环两亲抗菌剂在抗菌领域的应用。将所制得的大环两亲抗菌剂加入细菌培养液中，摇晃均匀，即可达到破坏细菌膜杀菌同时干扰群体感应，影响细菌正常生物功能的双模式抗菌目的。
22、本发明公开的兼具破坏细菌膜和干扰群体感应的大环两亲杯芳烃抗菌剂的优点和有益效果是：
23、（1）本发明提供了一种基于杯芳烃骨架的大环两亲抗菌剂，相比于同等季铵盐头基数量的单链阳离子表活性抗菌剂，杯芳烃骨架提高了抗菌剂对细菌膜的破坏能力，在较低浓度即表现出优异的抗菌性能，并且本产品水溶性较好，其在医疗、卫生、洗护产品领域有着不错的应用前景。
24、（2）本发明还展示了一种通过主客体相互作用实现杯芳烃对革兰氏阴性菌群体感应信号分子的识别与捕获，并一定程度上影响了毒力因子产生、生物被膜形成等多种细菌正常生物功能，提供了一种依靠分子识别策略抗菌的全新思路。
25、（3）本发明利用了骨架、组装、识别性质独特的杯芳烃，巧妙将增强破坏细菌膜和干扰群体感应两种抗菌策略结合起来，使得细菌更加难以抵抗这类新型抗菌剂。同时得益于杯芳烃易于修饰的特性，可以实现此类大环两亲抗菌剂的批量制备和多样改性。
1.一种兼具破坏细菌膜和干扰群体感应的大环两亲杯芳烃抗菌剂，其特征为以超分子主体杯芳烃为基本骨架，在杯芳烃上缘修饰季铵盐基团，下缘修饰不同长度的烷基链，结构如下：；
2.权利要求1所述兼具破坏细菌膜和干扰群体感应的大环两亲杯芳烃抗菌剂，其典型的化合物如下：。
3.权利1所述兼具破坏细菌膜和干扰群体感应的大环两亲杯芳烃抗菌剂的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：
4.权利要求1所述兼具破坏细菌膜和干扰群体感应的大环两亲杯芳烃抗菌剂在制备用作杀灭耐药革兰氏阴性菌抗菌剂方面的应用；所述的革兰氏阴性菌指的是铜绿假单胞菌。
