基于天然生物碱构建具有光致发光性能和抗菌活性的超分子盐

《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》：Constructing supramolecular salts based on natural alkaloid with photoluminescence performance and antibacterial activity

　　

杜海娟|黄春月|万凯安|刘彦彦|高荣燕|陈彩红|王俊奇|王学娇|黄鑫

中国中原科技大学智能纺织与织物电子学院，郑州450007

摘要

小檗碱（BB）和棕榈碱（PLT）作为天然异喹啉生物碱，具有生物活性、低毒性、可生物降解性、荧光性和抗菌性能。通过直接研磨并在重结晶过程中改变溶剂，设计合成了两种新型的基于生物碱的超分子盐：小檗碱-水杨酸磺酸盐和棕榈碱-水杨酸磺酸盐，并通过单晶X射线衍射对其进行了表征。此外，通过调整自由主体与主体-客体复合物的比例，其荧光发射光谱的发射波长发生了蓝移，发光寿命也得到了延长。根据AATCC测试方法147–2016评估了染色样品的抗菌活性。染色样品对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均表现出良好的抗菌效果。

引言

天然染料因其独特的结构而具有许多优点，例如可自然降解、低/无毒、良好的生物相容性和药理活性，为设计具有所需光学特性的材料提供了新的策略[1]、[2]、[3]、[4]。天然的小檗碱氯化物（BBC）和棕榈碱氯化物（PLTC）是从植物中提取的异喹啉生物碱，属于非传统类型的无转子聚集诱导发光（AIE）现象，具有明亮的固态发光特性和水溶性[5]、[6]。然而，由于分子内电子转移，它们的荧光寿命较短，量子产率也较低[7]、[8]。因此，需要寻找合适的物理化学策略来系统研究和调节它们的发光特性。引入一些芳香羧酸作为客体离子，生成新的晶体超分子盐，这是通过主体-客体相互作用设计和组装新型结构、改善物理化学特性的新策略。具有光学和抗菌特性的基于生物碱的超分子盐在开发智能和功能性纺织品方面具有巨大潜力[9]、[10]。

超分子合成作为一个快速发展的领域，仍处于形成阶段。这些超分子复合物通常处于易于调控的亚稳态，并通过非共价力响应各种外部刺激而组装。因此，它们在构建光电和磁性功能晶体材料方面显示出良好的发展前景[11]、[12]、[13]、[14]、[15]。为了设计和开发智能荧光材料，化学家们专注于探索具有动态结构的荧光团分子，或基于非共价相互作用以动态方式编程染料来形成超分子组装体[16]、[17]、[18]、[19]。因此，人们付出了大量努力，通过明智的超分子策略来改进现有染料的荧光性能，开发基于生物碱的分子染料[20]、[21]、[22]、[23]。更有趣的是，这些天然染料在溶液和固态下都表现出增强的荧光行为，并具有所需的光学和生物特性，在生物标记、发光器件和开发智能纺织品方面具有广阔的应用前景[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]。此外，含有丰富官能团的有机酸水杨酸磺酸盐（SSA）可以为氢键形成提供潜在的受体位点，从而生成新的晶体超分子[30]、[31]、[32]、[33]、[34]、[35]、[36]、[37]、[38]。

基于上述事实，本文讨论了以下内容：通过改变溶剂在重结晶过程中首次制备了含有两个BB阳离子的小檗碱-水杨酸磺酸盐（BB₂-SSA）和含有两个PLT阳离子和一个SSA阴离子的棕榈碱-水杨酸磺酸盐（PLT₂-SSA）[39]、[40]。此外，这种超分子策略有效地调节了它们的荧光光谱和颜色（图1）。结合传统的印刷和染色技术，这些天然超分子生物碱可以成为应用于发光纺织品、婴儿服装等领域的多功能染料。并对这两种新盐进行了不同的技术表征[41]、[42]。

章节片段

材料与方法

用于提取BBC和PLTC的中药黄柏和黄藤购自上元堂药店（中国）。水杨酸磺酸盐（SSA）购自J&K Scientific。其他化学品为试剂级，直接从商业供应商处购买，无需进一步纯化。通过粉末X射线衍射分析检查了合成得到的块状微晶材料的纯度。粉末X射线衍射（PXRD）图谱使用

晶体结构描述

[C₂₀H₁₈NO₄]₂·[C₇H₄O₆S]·3.5H₂O (BB₂-SSA)的晶体结构。单晶X射线衍射分析显示，BB₂-SSA盐结晶于三斜空间群P-1。一个不对称单元包含两个BB⁺阳离子、一个SSA^2?阴离子和三个半水分子（图1a）。

带有负二电荷的阴离子[SSA]^2?通过其磺酸基团和羧酸基团与两个BB⁺阳离子共结晶。BB⁺离子将SSA^2?离子连接起来

结论

杜海娟：撰写 – 审稿与编辑。黄春月：研究。万凯安：研究。刘彦彦：软件处理。高荣燕：研究。陈彩红：软件处理。王俊奇：研究。王学娇：研究。黄鑫：撰写 – 审稿与编辑。

利益冲突声明

致谢

中原科技大学自然科学青年基金项目（K2023QN005）和河南省自然科学基金（242300421360）的支持。