邻苯二甲醛的作用机理

背景及概述^[1]

邻苯二甲醛，是一种重要的医药化工中间体，以前主要用于胺类生物碱、荧光计组胺测定试剂及医药检验方面。自从1994年将其用于内镜消毒而发现其具有良好的消毒效果，国外对邻苯二甲醛的消毒方面进行了许多研究，已经将其开发成为一种新型的高效消毒剂并通过了美国FDA认证。与消毒剂戊二醛(GTA)相比，邻苯二甲醛具有戊二醛广谱、高效、低腐蚀的优点、还具有刺激性小、使用浓度低等自身特性。此外，邻苯二甲醛对近年来分离出的戊二醛抗性分枝杆菌也具有良好的杀灭作用。因此，邻苯二甲醛有可能成为戊二醛替代品。

生物活性

邻苯二甲醛属于二醛类化合物，象戊二醛一样主要是通过醛基与氨基酸、蛋白质和微生物一些其他成分的氨基酸基团发生交联反应。许多实验表明，邻苯二甲醛的交联作用弱于戊二醛的。这可能是由于邻苯二甲醛仅能同初级氨基(一NH2)发生反应，于是就只能同肤链中的赖氨酸、精氨酸以及肤链末端的氨基酸反应。有研究提出了一个假说来解释邻苯二甲醛较弱交联作用的原因：，芳香醛(如邻苯二甲醛)的加成反应要比脂肪醛(如戊二醛)弱。第二，邻苯二甲醛的结构中含有苯环，此结使邻苯二甲醛的空间结构缺乏伸展性，因此不易通过调整空间构象而充分的同含氨基物质反应。反之，戊二醛则具有更大的伸展性，易于同物质中的氨基反应。

稳定性和腐蚀性

邻苯二甲醛在pH为3-9的范围内都有很好的稳定性，其溶液可以连续使用14d。美国iCdxe公司已经研制出精确监测浓度的试纸。有资料显示，如果使用自动内镜清洗程序，在达到最小有效浓度前可以反复使用82次，而戊二醛仅使用40次。邻苯二甲醛对许多金属、塑料等物质都没有损害。

作用机理

1）对细菌繁殖体的作用机理

EDTA、月桂酸钠和葡萄球菌溶菌素(lysostaphin)是三种可以破坏细胞壁或细胞膜结构而导致细胞通透性增加、内容物漏出的物质。使用EDTA、月桂酸钠和葡萄球菌溶菌素分别对邻苯二甲醛作用后的铜绿假单胞菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行渗漏诱导，结果发现经邻苯二甲醛作用后的菌体细胞渗漏程度远远低于对照组。这说明邻苯二甲醛与这些细菌菌体细胞壁或细胞膜作用后形成了牢固的交联结合，造成一道屏障，阻止了这些物质对细胞壁/膜的结构破坏。但是，邻苯二甲醛的这种封闭防渗作用，同时也造成菌体内外物质交换功能障碍，以致细菌正常生理功能不能进行，从而促进细胞死亡。乙胺丁醇、D一环丝氨酸和荧光苯丙氨酸分别作用结核分枝杆菌菌体可使其透性增加，影响糖肤脂C合成的不同阶段而抑制其合成。将上述三种物质加人培养基对所研究的结核杆菌培养，然后再将该菌暴露于一定浓度的邻苯二甲醛溶液中，发现培养处理组结核杆菌对邻苯二甲醛变的非常敏感。此可能是细胞壁的通透和细胞壁中糖肤脂C和碳聚糖结构受到破坏，使邻苯二甲醛更容易作用于结核杆菌细胞内的靶位点。分析研究表明，邻苯二甲醛的交联反应分子基础弱于戊二醛，邻苯二甲醛作用后菌体对诱渗剂的抵抗功能亦低于戊二醛。但邻苯二甲醛对结核杆菌以及革兰阴性菌的杀灭作用强于戊二醛。这可能是因为邻苯二甲醛是芳香醛，具有良好的脂溶性，更容易穿透脂质较多的结核杆菌以及革兰阴性菌细胞膜，从而作用于菌体内部的靶位点弓l起细胞的迅速死亡。

2）对细菌芽孢的作用机理

芽孢外层是构成其对邻苯二甲醛抵抗的重要屏障。用不同的方法将枯草杆菌芽孢外层去掉，然后暴露于邻苯二甲醛溶液中，发现这种去外层芽孢对邻苯二醛的杀灭作用变的十分敏感。用含cotE的枯草杆菌芽孢(cotE基因会造成芽饱外层的严重缺陷)对邻苯二甲醛进行杀芽孢实验，发现其对邻苯二甲醛的敏感性比不含此基因的枯草杆菌芽孢更加敏感。但将这种去外层芽孢或含cotE芽孢与枯草杆菌繁殖体相比，枯草杆菌繁殖体对邻苯二甲醛更敏感。由此可见，无论是去外层芽孢还是含cotE芽孢其外层的完整性并没有被完全破坏，也可能留下的残余部分仍旧对邻苯二甲醛有较强的抵抗力。芽饱外层是芽孢成熟后期形成的一种含有大量毗咤二梭酸(DPA)结构，从而使芽孢对外界抵抗力增强。研究发现邻苯二甲醛处理过的芽孢没有DPA的释放，此可能是芽孢对外界环境中营养成分的感受器受到了邻苯二甲醛的破坏，使细胞营养摄食得不到信号，从而就减弱了DPA的释放。邻苯二甲醛处理过的芽孢不会发芽。

毒性

尽管和戊二醛相比，邻苯二甲醛使用浓度降低了，本身也不具有刺激性气味。但直接接触到邻苯二甲醛仍会引起眼睛、皮肤、消化道、呼吸道粘膜损伤。消毒液体要避免直接同眼睛、皮肤、衣物接触，直接同皮肤接触会引起暂时皮肤着色，反复接触会导致皮肤过敏。要避免污染食物，误饮人或吞人消毒液会引起口腔、喉、食管、胃等消化道的刺激和灼伤。避免暴露于邻苯二甲醛蒸汽，因为他们会对呼吸道和眼睛刺激，引起鼻腔、喉咙、支气管的刺痛、咳嗽，引起胸部不适、紧张、呼吸困难、头痛。邻苯二甲醛消毒后的医疗器械有一定的残留，必须进行认真清洗，否则会导致病人皮肤、粘膜的着色。同时，医院污水中邻苯二甲醛含量应该受限制，这可以用氨基乙酸进行中和，从而使得排水更安全。

应用研究

作为一种新型高效消毒剂，邻苯二甲醛虽然价格比戊二醛要贵，但由于他有许多优点，故在许多国家都已有应用。目前他的主要的应用价值在于作为内镜消毒剂。临床研究表明，100个内镜在500mg/L邻苯二甲醛消毒5min后，使得菌量下降5109以上，水溶液浸泡30min以上，使病人用后的气管镜、胃镜、结肠镜上的革兰阳性菌、阴性菌、真菌和肠道病毒全部转阴。但要使用邻苯二甲醛进行灭菌处理，则需要400-500mg/L的邻苯二甲醛在20℃时使用标准在各国均有自己的规定。在欧洲、亚洲、拉丁美洲许多国家规定5min即可达到高效消毒；在加拿大和澳大利亚为10m；ln在美国规定为12min。

制备^[2]

邻苯二甲醛的绿色制备工艺包括以下的制备步骤：

1）在三口烧瓶中依次加入1，3－二氢异苯并呋喃0.1～0.3mol、氧化剂0.2～0.6mol，催化剂杂多酸0.3～0.5g，水10～30g；

2）在上述三口烧瓶中加入电磁搅拌子，装上回流冷凝管和温度探头后，进行超声搅拌反应；设定反应温度为30～60℃，超声功率为200～500W，反应运行时间30min～180min；

3）反应完成后，降至室温，使用等体积的乙酸乙酯进行萃取3次，合并萃取液，蒸馏法除去乙酸乙酯，得邻苯二甲醛粗品；

4）将邻苯二甲醛粗品与重结晶溶剂石油醚按1∶3的质量比混合后进行重结晶，抽滤得邻苯二甲醛晶体，将邻苯二甲醛晶体放置于真空度为60Pa、温度为50℃的真空干燥箱中干燥4h，得邻苯二甲醛产品；

5）采用旋转蒸发仪回收步骤4所得石油醚，回收的石油醚可重复使用。

主要参考资料

[1] 邻苯二甲醛消毒剂研究进展

[2] CN201310242491.6邻苯二甲醛的绿色制备工艺