（应用化学专业论文）苯并异噻唑啉酮类衍生物的设计合成及其抑菌活性.pdf

海南大学硕士学位论文 于两要 异噻唑啉酮类化合物是一类新型的高效广谱杀菌剂，具有高效、低毒、药效持续时 间长、对环境安全等优点，因此被广泛开发应用于医药、农药和工业领域。由于此类化 合物具有良好的杀藻抑菌活性，在绿色海洋防污剂方面也有广阔的应用前景。 本文介绍了异噻唑啉酮类化合物的发展状况、作用机制及抑菌活性，在此基础上根 据亚活性拼接原理设计并合成了三个系列2 6 个化合物，其中有2 1 个未见文献报道的新 型苯并异噻唑啉酮衍生物并研究了它们的抑菌活性。通式如下： ( 1 ) n 一取代苯基- 2 - ( 苯并异噻唑啉- 3 - 酮一2 一基) 甲酰胺类 r h 曰 n c 贮h ，o c 1 ，m - c 1 ，p c i ，o c h 3 ，p c h 3 ，m c h 3 ，o - o c h 3 ，p o c h 3 p - o c 2 h 5 ，m - o c 2 h 5 ，o b r ，p b r ( 2 ) 2 ( 苯并异噻唑啉3 酮2 基) 甲酸酯类 o “ c o r r = c h 3 ( a ) ，c 2 h s ( b ) ，c h 3 c h 2 c h 2 ( c ) ，c h 3 c h 2 c h 2 c h 2 ( d ) ，c h 3 c h 2 c h 2 c h 2 c h 2 ( e ) ( c h 3 ) 2 c h ( 0 ，( c h 3 ) 2 c h c h 2 ( g ) ，( c h 3 ) 2 c h c h 2 c h 2 ( h ) ( 3 ) 2 ( 2 取代苯氧乙酰基) 苯并异噻唑啉- 3 一酮类 r o i i o c h 2 c r _ h ( a ) ，o , p - 2 c l ( b ) ，p - o c h 3 ( c ) ，p - n 0 2 ( d ) ，p c l ( e ) 通过元素分析、核磁共振氢谱、红外光谱等分析手段证明了其结构的正确性，并对 合成路线和方法进行了优化。 抑菌活性实验结果表明绝大部分化合物对测试菌种的生长具有抑制活性。其中对枯 草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、芒果蒂腐菌和白色念珠菌表现出良好的抑制活性。 主题词：防污剂苯并异噻唑啉酮合成抑菌活性 苯并异噻唑啉酮类衍生物合成及其抑菌活性 a b s tr a c t a sac l a s so fa n t i m i c r o b i a la g e n t sa g a i n s tb a c t e r i aa n df u n g i ，i s o t h i a z o l o n ed e r i v a t i v e s h a v em a n ya d v a n t a g e ss u c ha sr l i g u ye f f i c i e n t ，l o wp o i s o n o u s ，e n v i r o n m e n t a l l y - f r i e n d l ya n ds o o n s oi th a sb e e nd e v e l o p e d 她d e l ya n du s e di nm e d i c i n e ，p e s t i c i d e sa n di n d 谢a lf i e l d s i n a d d i t i o ns u c hc o m p o u n d sh a v eg o o da c t i v i t yt ok i l la l g a e ，w h i c hm a k e si tb ed e v e l o p e da sa n e wt y p eo fg r e e nm a r i n ea t i f o u l i n ga g e n t s t h ed e v e l o p m e n t , f u n c t i o nm e c h a n i s ma n d b i o l o g i c a la c t i v i t yo fi s o t h i a z o l o n ed e r i v a t i v e sa r er e v i e w e di nt h i sp a p e r a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo fc o m b i n a t i o no fb i o a c t i v es u b - s t r u c t u r e ，m o r et h a nt w e n t y b e n z i s o t h i a z o l o n ed e r i v a t i v e sw e r ed e s i g n e da n di nw h i c ht w e n t yo n eh a v en e v e rb e e n r e p o r t e db yn o w a n da l lt h es t r u c t u r e sw e r ec o n f i r m e db ym e a n so fi r , e l e m e n t a la n a l y s i s a n dl hn m r t h eo p t i m i z a t i o nt ot h ep r o c e s so fs y n t h e s i sa n dt h em e t h o dh a sb e e nc a r d e do n t h e i rs t r u c t u r e sa l es h o w na sf o l l o w i n g ： ( 1 ) c o m p o u n d so f3 - o x o n p h e n y l b e n z o d is o t h i a z o l e - 2 ( 3 h ) - c a r b o x a m i d e r h 曰 n c r = h ，o c 1 ，m - c i ，p c 1 ，o - c h 3 ，p - c h 3 ，m c h 3 ，o o c h 3 ，p - o c h 3 p - o c 2 h 5 ，m o c 2 h 5 ，o - b r ，p b r ( 2 ) c o m p o u n d s o f3 一o x o b e n z o d i s o t h i a z o l e 一2 ( 3 h ) 一c a r b o x y l a t e o | l c o r r = c h 3 ( a ) ，c 2 h s ( b ) ，c h s c h 2 c h 2 ( c ) ，c h 3 c h 2 c h 2 c h 2 ( d ) ，c h 3 c h 2 c h 2 c h 2 c h 2 ( e ) ( c h 3 ) 2 c h ( f ) ，( c h 3 ) 2 c h c h 2 ( g ) ，( c h 3 ) 2 c h c h 2 c h 2 ( h ) r o i i o c h 2 c r 2 h ( a ) ，o , p - 2 c l ( b ) ，p - o c h 3 ( c ) ，p - n 0 2 ( d ) p - c l ( e ) t h er e s u l t so fb i o l o g i c a la c t i v i t yt e s ts h o w e dt h a tm o s to ft h ec o m p o u n d ss y n t h e s i z e d h a dg o o di n h i b i t o r ya c t i v i t yt ot h eg r o w t ho ft e s t e ds t r a i n s a l lt h et h r e es e r i e so fc o m p o u n d s s y n t h e s i z e ds h o w e de x c e l l e n ti n h i b i t o r ya c t i v i t ya n de v e nc o m p l e t e l yi n h i b i t e dt h eg r o w t ho f b a c i l l u ss u b t i l i s ，s t a p h y l o c o c c u sa u r e u s ，b l a s t o m y c e sa l b i c a n sa n db o t t y o d i p l o d i at h e o b r o m a e i i 海南大学硕士学位论文 k e y w o r d s ：a n t i f o u l a n t b e n z i s o t h i a z o l o n e ss y n t h e s i sb o l o g i c a la c t i v i t i e s i r 海南大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人 承担。 黼一：可铴辫 论文作者签名：d ，刎弦讶 ， 日期：汐叩年f 月纱日 学位论文版权使用授权说明 本人完全了解海南大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权海南大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。本人在导师指导下完成的论文成果，知识产权归属海南大学。 保密论文在解密后遵守此规定。 论文作者签名：易罗j 习殍 导师签名：事禾j 哆 日期：加7 年f 月届日 n 日期：罗年月，6 日 本人已经认真阅读“c a l l s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的学位论文提交 燃：jj 刃埤 日期：矽f 年歹月加日 。 并可按“章程”中规定享受相关权益。回枣迨塞 海南大学硕士学位论文 1 1 海洋污损生物及其危害 第一章文献综述 海洋附着生物也称海洋污损生物( m a r i n ef o u l i n go r g a n i s m ) 是生长在船底和海中一 切设施表面的动物、植物和微生物的通称【l j ，这些生物一般是有害的。船底生物称为生 物污损( b i o f o u l i n g ) ，防除生物污损称为防污( a n t i f o u l i n g ) 。 海洋中约有4 0 0 0 - 一5 0 0 0 种污损生物【2 卅。在所有污损生物中，有半数以上浮游在海 岸和港湾处，这些生物生长在船底、浮标、输水管道、冷却管道、沉船、海底电缆、木 筏、浮子、浮桥和网具上，除微生物外，植物性生物约6 0 0 种，动物性生物约1 3 0 0 种， 常见的只有5 0 - - 1 0 0 种【3 ，5 1 。常见的主要污损生物有：藻类( 浒苔、石药、多管藻、水云 等) 、水媳( 中胚花筒媳、鲍枝媳、数枝媳等) 、外肛动物( 草苔虫、膜孔苔虫、裂孔苔虫、 唬拍苔虫等) 、龙介虫( 华美盘管虫、内刺盘管虫等) 、双壳类( 翡翠贻贝、紫贻贝、密鳞 牡蝠、褶榴牡蝠等) 、藤壶( 泥藤壶、网纹藤壶、湖斑藤壶) 和海鞘( 柄瘤海鞘、菊海鞘等) 垒冬【5 1 寸。 海洋污损生物一般是有害的，而生物污损所造成的损失难以精确计算。1 9 7 4 年， 美国海军因生物污损和钻孔生物的破坏就花费了2 1 5 亿多美元；二次大战前，每月计划 增加3 的燃料，以弥补因污损所造成的损失；而修理码头、浮标、近岸海底设施、远 岸平台等，每年则要花费2 2 5 亿美元【5 】。船只和海中设施都会受到海洋腐蚀和生物污损 的双重挑战，由于微生物污损所引起的厌氧腐蚀，美国每年所损失的金属估计价值5 0 6 0 亿美元。据估计，世界范围内在海湾用于防止海洋生物污损的费用每年至少1 4 亿美元【6 j 。 h o m e 7 】( 1 9 6 9 ) 在回顾和权衡这两种威胁时说：“自古以来，海洋生物的污损比起腐蚀来 是个更为麻烦的问题，污损生物生命力之坚韧，将使污损问题成为人类征服海洋的一个 难以逾越的障碍”。随着航运事业的发展和海洋开发活动的日益增加，污损问题也将更 经常为人们所遇到。具体说来生物污损可造成如下几类危害【5 ，8 】： 增加船舶的阻力：船底粗糟度增加2 5 i t m ，可造成燃料消耗增加2 - 3 ，船速下降 1 。 堵塞管道：如沿海的工厂( 特别是火力发电厂) 、海上平台、船舶、海上电站和深 海热交换器等，污损生物会增加管道内壁的粗糙面，缩小管道的管径甚至造成完全堵塞， 因而减少水的流量，影响供水或冷却效果。管道内的污损生物一旦脱落，会堵塞阀门。 管道内壁因生物污损而造成的局部腐蚀，可导致管壁穿孔。 加速金属腐蚀：污损生物也会加快电化学腐蚀的过程和速度。 海洋仪器：污损生物造成仪器传动机构失灵、信号失真、性能降低。 对水产业的影响：污损生物对水产业的危害主要表现在对养殖网箱、定置捕捞的 苯并异噻唑啉酮类衍生物合成及其抑菌活性 网衣等网孔的堵塞，与养殖贝类争夺附着基和饵料，以及沾污养殖海带、紫菜和裙带菜 的叶片等，造成产量降低、品质下降。 1 2 生物污损机理及主要防污技术 1 2 1 生物污损机理 海洋生物在物体表面上的附着首先是分泌一种粘液，这种粘液使物体表面润湿，并 在其上分散，然后通过下列四种机理之一或几种组合进行粘附【9 】。 化学键合；静电作用；机械联锁；扩散。 污损过程可大体分成三个阶段即初期阶段、发展阶段、稳定阶段。污损过程初期阶 段为细菌膜到微型生物粘膜形成；发展阶段为多种大型污损生物生成繁殖竞争；稳定阶 段为稳定生物群落形成。 任何物体浸入海水之后，在其表面很快就会有海洋细菌附着上去，并在上面生长、 繁殖，随后同繁殖的硅藻、真菌、原生动物以及有机碎屑和无机颗粒等形成一层微生物 粘膜【1 0 1 。 v i d e l a 等将微生物吸附的形成归结为下面多种作用的结果： ( 1 ) 水体中有机大分子被运到物体表面，某些有机大分子发生吸附，形成了“条件 基质”； ( 2 ) 水体中的浮游微生物细胞迁移到条件基质上； ( 3 ) 部分细胞碰到基质并吸附上去，一定时间后发生解吸附作用，这一过程叫做“可 逆吸附”。解吸附作用大多由流体切力引起的，其他如物理、化学和生物因素也能引起 这一作用； ( 4 ) 部分可逆吸附细胞能在“关键”滞留时间后仍保持固定牙动，便成为“不可逆吸 附”； ( 5 ) 不可逆吸附细胞利用基质和水体中的营养物质生长，使微生物粘膜中细胞数 目增多。它们能产生大量的产物，其中一些是胞外产物，例如胞外多聚牡，它能维持微 生物粘膜的完整。于是，微生物通过利用水体中的基质进行微生物代谢活动，从而使微 生物粘膜积累得到增加； ( 6 ) 细胞和其它有机颗粒物质附着到微生物粘膜上，加速了粘膜的形成。附着是 指细胞和其它颗粒物质在基质上固定的过程； ( 7 ) 部分微生物粘膜脱落，重新进入水体。脱落是指物质从粘脂中丧失，而解吸 附意味着细胞和其它物质从基质中丧失【1 1 】。 在大多数情况下，微生物粘膜的形成有利于大型污损生物的附着。微生物粘膜的形 成对大型附着生物幼虫的附着和变态有重要作用，其中多数种类的海洋细菌能促进幼虫 2 海南大学硕士学位论文 的附着。所以细菌粘膜是船舶等浸水设施表面上最早附着的生物层，是一个复杂而又可 以控制的生态系【12 1 。 1 2 2 海洋污损主要防治技术 生物污损是人们从事海洋活动后才逐渐认识到的生物学现象人类与海洋附着生物 的战斗已有四千多年的历史【5 】。随着航运、海防、海洋开发利用和水产养殖等事业的发 展，生物污损的危害也越来越严重，从而刺激了这项研究工作的开展。防止海洋生物污 损的方法( 或技术) 主要有如下几种： 涂刷防污涂层【1 3 】：防污涂料是由防污剂、颜料、高分子材料、溶剂和助剂等组 成，防污剂是最重要组分之一。常用的防污剂是有无机化合物( 如氧化亚铜、氧化锌) 、 有机化合物( 如d d t 和t b t ) 等。防污涂料的作用是靠防污剂不断从漆膜中渗出，在结 构物表面形成一个有毒薄层，排斥或杀死企图停留在漆膜上的污损生物的抱子或幼虫。 铜离子、汞离子等具有凝固有机体内蛋白质的作用，以此达到防污的目的，适用于船舶、 构筑物、仪器的表面。 电解海水生成次氯酸盐【1 4 】：海水中含有大量氯离子，利用特种电极通入直流电， 将海水电解生成次氯酸钠，海水中低浓度的次氯酸钠就能使污损生物的细胞组织破坏， 使幼虫、卵、抱子等死亡或失去附着能力，适用于海水输送管道等。 电解重金属法许多重金属都是有毒的，目前应用最多的是电解铜及其合金。其方 法是在取水口处按装专门制作的铜阳极，另外配套安装铝阳极( 或铁阳极) ，以被保护的 金属结构物作阴极，通入小量直流电，电解出铜离子、铝离子( 或铁离子) 。铜是毒料， 能减小许多动物性生物的附着量，起到防污作用。a i ( 0 h ) 3 絮状物粘附在管道上，起到 一定的阴极保护作用。适用于海水输送管道、海上大型设施。 人工或机械清除法【1 3 】：这是对己经附着了生物的结构物所采取的措施，通常是 利用正常停机期间进行人工或机械清除，被清除的主要对象是一些较大的无脊椎生物。 该法适用于解决渔业网具、船底涂层更新、海洋仪表光学镜头等。 过滤法【1 3 】：该法是在海边挖深海水井，利用土壤、砂砾等的过滤作用，滤去污 损生物的卵、幼虫等，避免了它们在海水输送系统内生长，适用于取用海水。 利用淡水b 3 】：由于生活环境的变化，污损生物将自行死亡。例如：有些船舶往返 在海洋与河流之间航，海洋生物或淡水生物都会死亡，但其残骸堆积在管道内，必须及 时清除，适用于船舶。 采用防污材料制作结构物【l3 】：根据结构物的性能要求，选用合适的金属或合金 制成结构物，利用结构物本身具有的毒性，阻碍污损生物的附着，如采用防污铜合金制 成取水口的拦污格栅。具有毒性的金属有银、砷：铜、铅、锡、镐、镍、锌、汞和钻等。 铜镍合金具有良好的防污性能( 含铜9 0 ，含镍1 0 ) 。 3 苯并异噻唑啉酮类衍生物合成及其抑菌活性 导电涂膜法【1 3 】：在船壳接触海水的钢板上，先涂覆绝缘涂膜，然后在其上再涂 覆导电性涂膜。把这种涂膜作为阳极，如果通上微小电流，那么海水在其在表面上就会 被电解。如图所示，导电涂膜的表面由次氯酸离子覆盖，这样就可以防止微生物、藻类、 贝类等海洋生物的附着，适用船底等表面。 从以上介绍可以看出，不同的防污方法( 或技术) 都有一定的局限性。在这些防污方 法中，涂覆有机涂层来进行海洋环境下设备的防污，是最经济有效和普遍采用的方法。 1 3 防污涂料发展史 防污方法的历史可以追溯到古代但是这个问题直到现在仍是一个重要的研究课题。 在1 9 世纪中叶，开发出了防污涂料用于船底防止海洋生物附着，其基本原理与现代的 防污涂料一样：某些有毒物质混入到涂料中以某种释放机理杀死海洋生物。 历史文献记载，在公元前5 世纪含砷、硫和油的涂料用于防止船蛆。古希腊人公元 前3 世纪就使用沥青和蜡，从1 3 至1 5 世纪使用沥青、油、树脂( 天然) 和动物脂保护船 只。 第一个关于防污涂料的专利记载是1 6 2 5 年w i l l i a mb e a l e 发明的。b e a l e 使用的是 由水泥、铜化合物和铁的粉末组成的混合物。1 6 7 0 年p h i l i ph o w a r d 和f r a n c i sw a g o n 的专利是由焦油、树脂( 天然) 和蜂蜡组成的防污涂料。1 7 9 1 年w i l l i a mm u r d o c k 的专 利是一种混有硫酸铁和锌粉末，并使用砷作为防污剂的防污涂料。到1 8 6 0 年有这样的 防污涂料专利3 0 0 多项。这些防污涂料都不十分有效，防污有效期非常短。1 8 6 0 年j a m e s c a l m n e s s 在金属皂组成物中使用硫酸铜作为防污剂。这一“热塑涂料”( h o tp l a s t i cp a i n t ) 与同一时期意大利开发的由松香和铜化合物组成的“i t a l i a nm o r a v i a n ，涂料相似。这是 那时最好的防污涂料。1 8 6 3 年，j a m e st a r r 和a u g u s t u sw o n s o n 被批准的美国专利是使 用氧化铜和焦油的防污涂料。1 8 8 5 年，z u i s h oh o t t a 批准的第一个防污涂料日本专利， 该防污涂料由大漆、铁粉末、红铅、柿子蹂酸和其它组分组成。在这个时期许多种防污 涂料被开发出来，铜、砷和汞是常用的防污剂。采用的溶剂包括松节油、石脑油和苯。 亚麻油、紫胶、焦油和各种树脂( 天然) 被用作基料。在1 9 世纪末，“i t a l i a nm o r a v i a n ”和 m c l n n e s s 的“热塑涂料”被广泛使用，但是这些涂料非常昂贵而且其使用寿命短。1 9 0 6 年美国海军在海军n o r f o l k 港试验热塑和其它防污涂料。从1 9 1 1 年到1 9 2 1 年完成了多 项试验。从1 9 0 8 年到1 9 2 6 年对陶瓷型涂料进行了试验，但是他们仅持续9 个月。在1 9 2 6 年美国海军开发了热塑防污涂料，使用焦油或松香作为粘结剂，铜或汞的氧化物作为毒 料。热塑防污涂料在应用于船舶是需要对涂料采取加热措施，这使得应用困难。因此应 用更方便的冷塑防污涂料( c o l d p l a s t i p a i ) 被开发成功这些防污涂料已经有效地降低污损 而且使干船坞时间延长到了1 8 个月。 从二十世纪5 0 年代以后防污涂料技术才有了长足的发展，其性能越来越高。根据 4 海南大学硕士学位论文 其所含毒料在海水中的释放机理和现代防污涂料技术发展过程，通常可分为溶解型、接 触型、扩散型、自抛光型四种。 溶解型基料可溶型的防污涂料 传统的基料溶解型防污涂料常以松香为基料，松香是一种从树木中获得的天然产 品，它的主要成分为松香酸。其防污机理是通过漆膜中微溶于海水( p n 8 1 8 3 ) 的松香缓 慢地溶解而不断地暴露出新鲜的漆膜表面，使毒料( 通常是氧化亚铜) 粒子也不断地接触 海水并溶解，以此防止海洋生物的附着。此涂料的防污期较短，仅为年左右。 接触型基料不溶型的防污涂料 基料不溶型防污涂料常以不溶的乙烯树脂、氯化橡胶、丙烯酸树脂等合成树脂为基 料，这类基料机械强度高，可得到较厚的涂层，增加防污涂层中毒料的含量。即使在严 重污损的情况下，防污有效期仍可延长至1 8 3 0 个月。由于基料在海水中的不溶性，毒 料溶解后在不溶性的涂层中留下蜂窝状的结构，随着海水渗入内部，内部的基料能与海 水接触并向外扩散，毒料粒子从这些连续空隙中不断释放出来。这类涂料的主要缺点是 毒料溶解后，涂层表面变得粗糙，降低船舶航行速度，而且失效的防污涂层不易除去。 从理论上讲，接触型防污涂料不需加入松香，但要很高的氧化亚铜含量( 5 5 以上) ， 才能使它的颗粒保持连续接触。这不但成本高，在储存中也容易沉淀成块。同时成膜物 含量太低，初期渗出率太高，以致一部分毒料在浸海初期白白浪费，故加入适量松香代 替部分氧化亚铜作可溶物。一般树脂与松香比例在1 ：1 到1 ：2 之间，具有同等效果。同 时加入适量松香有利于防污涂料涂膜在浸海后保持孔隙畅通：不致将漆膜底层的毒料通 道堵塞，减少接触型防污涂料在后期生成一层绿色的络合物阻止铜离子释放而失效的倾 向。 在防污涂料的发展过程中，上述两种类型防污涂料有逐步合并的趋势。目前在接触 型防污涂料中提高了松香的用量，树脂与松香之比在l ：4 之间，兼具了上述两种类型防 污涂料的渗毒机理。 扩散型防污涂料 用铜汞化合物作为防污涂料毒料，每年要耗用大量的有色金属，同时它们对铝合金 的船壳有严重的腐蚀性。在6 0 年代后出现了以对海洋附着生物高效广谱的有机锡化合 物为毒料的扩散型防污涂料。扩散型防污涂料以丙烯酸类树脂、乙烯类树脂作为基料。 以有机锡化合物为毒料，毒料与基料形成固定液，象分子一样分散在整个涂层中，能防 止海洋附着生物的幼虫和抱子在毒料的间隙生长发育。它的毒料渗出率也较溶解型和接 触型更为平稳和持久。 有机锡防污涂料要求的临界渗出率较小，故与铜汞为毒料的防污涂料有所不同，漆 基内松香用量较低，甚至可以不用。在防污涂料中有机锡化合物可以单独使用，也可与 氧化亚铜合用。 有锡自抛光防污涂料 矗疆互卫z e 曰嗣里显噩噩曩团圈 有机锡化合物( t s n 由于对海洋污损生物具有广谱、高效的特点，从2 0 世纪6 0 年 代起即在海洋防污涂料中开始应用i l ”。六十年代中期，通过对丙烯酸三丁基锡酯聚合物 在海洋环境中的降解研究发现，在海水中聚丙烯酸三丁基锡醑易水解释放出三丁基锡离 子，水解后的聚丙烯酸酯在海水中慢慢溶解，使丙烯酸三丁基锡醑聚合物的表面不断更 新并保持光滑。这一现象的发现导致了划时代的“自抛光”( 辩l f p d i s w g ) 防污涂料在七 十年代以来的大规模应用。有机锡自抛光防污涂料的成膜物是由甲基丙烯酸三丁基锡酯 与其他丙烯酸类单体聚合而成的有机锡丙烯酸树脂，同时它也是防污剂。由于该有机锡 丙烯酸树脂的物理机械性能优异，使防污涂料的涂膜具有良好的物理机械性能。在海水 中，涂层表面聚合物线性主链上的有机锡丙烯酸酯发生水解，释放出有机锡( 图1 ) 【l q 。 同时聚合物主链因水解产生的亲水性基团使其具有水溶性，当亲水基团数量达到一临界 值时，聚合物主链便渐渐自消溶于海水中，于是又暴露出新的表面，这种自抛光的防污 涂料，防污效果好，使用周期长。因此此类防污涂料一问世就获得了迅猛的发展。进入 2 0 世纪3 0 年代，世界船舶所用的防污涂料主要是有机锡自抛光防污涂料。据英国口公 司统计表明，全世界有6 0 7 0 的船舶使用有机锡自抛光防污涂料。 近年新建的商船9 0 以上涂装这类涂料。日本的1 0 0 0 余艘新建商船几乎1 0 0 涂 装这种涂料。 之j n m 弋 _ 冒 b u i戈。 f i 9 1 - 1 t h e h y d r o l y s i so f t h e o r g a n o t i n a n t i f o u l i n g l m i n t i ns e a w a t e rs y s t e m 2 0 世纪6 0 年代有机锡防污涂料商品化了开始有机锡被用作高性能含铜防污涂料的 c舢 甲铲 虬 一 ，童m 丽 鱼 t皇篙!一呖 蒜一一 零曼。一；|粤意 海南大学硕士学位论文 共防污剂。在7 0 年代初出现了对钢铁和铝没有腐蚀影响的完全的有机锡丙烯酸树脂体 系。在7 0 年代末以有机锡丙烯酸树脂为成膜物的有机锡自抛光防污涂料被誉为“特效武 器”，因为这些体系能够提供长达5 年的无污损性能、使船底保持光滑和低的阻力以及 容易使用，防污问题似乎最终被解决了。但是a l z i e u 等【1 8 】于1 9 8 0 年首次报道了t b t 在 防污涂料中的使用与对港湾生物的损害之间的联系，发现养殖的太平洋牡砺受到了防污 涂料的1 b t 的影响：产卵减少，发育不良，壳体畸变和性别变异。之后，t b t 引起牡蜗 壳体畸变等现象也在英国、美国、日本、韩国等有发现。由于防污涂料中的有机锡危害 海洋生态环境和海洋养殖业，世界上许多国家己从法律上对含有机锡防污涂料的生产和 使用采取了各种限制措施。1 9 9 0 年，国际海事组织海洋环境保护委员会 i m o m e p c 发 布了一系列有关1 1 3 t 的使用规定，规定所有t b t 防污涂料的释放率最大不超过4 微克 t b t c m 2 d 。1 9 9 8 年1 1 月第4 2 届m e p c 会议一致通过一项草案。该草案把使用t b t 的最终期限定为2 0 0 3 年1 月1 日，而在2 0 0 8 年1 月1 日之后，将禁止在船壳上出现 t b t ，( t b t ) 正在逐渐的缩小市场最终会在市场上消失。因此直到八十年代初有机锡的 环境污染问题发现之后，人们才转向开发取代丙烯酸三丁基锡聚合物的新型绿色海洋防 污涂料产品。 1 4 防污涂料研究现状 1 4 1 防污涂料的组成 一图1 2 防污涂料的组成 f i g1 - 2t h ec o m p o s i t i o no fa n t i f o u l i n gp a i n t 如图2 所示防污涂料主要由树脂防污剂辅助材料填充料和溶剂五大类组分组成。常 7 苯并异噻唑啉酮类衍生物合成及其抑菌活性 用的树脂有氯化橡胶、氯乙烯醋酸乙烯共聚物、环氧树脂、丙烯酸类树脂等。常用的防 污剂有氧化亚铜、硫氰酸亚铜、氧化锌、硫酸铜、铜粉、环烷酸铜、有酸铜、有机锡、 d d t 、百菌清、2 甲硫基4 叔丁胺基6 环丙胺基三嗦、敌草隆、4 ，5 二氯2 正辛基4 异唆哇琳3 酮、毗睫硫酮锌等。常用的辅助材料有：氧化铁红、松香、滑石粉、二氧化 钦、邻苯二甲酸二辛醋、塔油、磷酸三甲酚醋、凡士林、氯化石蜡等。常用的有机溶剂 有：二甲苯、乙酸丁醋、乙酸乙醋、丁醇、环己酮等。 总结防污涂料发展的历史，从本质上讲，防污涂料技术的发展依赖于新型树脂的开 发和新型防污剂的开发两条主线。树脂的发展大致可分为三个阶段2 0 世纪前的亚麻油、 紫胶、焦油、各种树脂树胶、沥青、蜡等天然树脂；到2 0 世纪上半叶的醇酸、丙烯酸、 合成橡胶、环氧树脂等合成树脂；2 0 世纪7 0 年代以有机锡丙烯酸树脂为代表的功能性合 成树脂。相应的防污剂发展也从铜、砷、汞等重金属无机防污剂到有机锡、有机硫等有 机防污剂，再到2 0 世纪8 0 年代以后受到广泛关注的天然产物类防污剂的开发。 1 4 2 新型防污剂的发展现状 1 4 2 1 无机硅酸盐防污剂 由于发现港口中碱性水泥结构表面不长海洋附着生物少从而开发了碱式硅酸盐防 污剂。此后，研制的既便宜又无毒的防污涂料，的确具有优良的防污性能，而且耐海水 及耐候性都很好。有人将其防污机理解释为：碱式硅酸盐的加入，造成了不适宜海生物生 存的强碱性环境。因为海生物的生存环境p h 值为7 5 8 2 的微碱性环境，在强酸强碱中 不能生存【1 9 j 。 中国专利z l 9 7 1 4 1 8 1 4 5 t 2 0 】提出了一种无毒硅酸盐防污剂及其制备方法。采用硅酸 钠、锌粉、氧化锌、硫磺、氧化镁为防污剂的基本组成，经搅拌、静置、固化、干燥、 粉碎制成粉末状无毒防污剂。该无毒硅酸盐防污剂，可贮存两年以上，使用方便，可与 合适的树脂成膜物共用配制成防污效果良好、性能稳定、重现性好的防污涂料，防污期 限可达两年以上。 以硅酸盐成份用于无毒防污涂料的，如w 0 9 2 1 0 5 4 6 2 l 】中公开了一种通过 m 2 0 n s i 0 2 ( m = k ，n a ，l i ，r b ) 与胺类反应然后加入其它颜填料的一种防污涂料；再如 g b 2 2 8 4 8 2 2 中，通过聚乙二醇与硅酸盐反应制得多聚硅酸盐弹性体凝胶，经特殊处理后 得到胶态基料，再加入填料后得到防污涂料，上述涂料都属于以硅酸盐为成膜物的无机 水性防污涂料。 1 4 2 2 胺类防污剂 有多篇专利文献记述以长链( 1 2 至18 个碳原子) 的线型脂肪伯胺、仲胺和叔胺作 为防污剂；另有报道以含酞胺基胺或咪哇琳( 通过松香与至少含有一个伯胺、仲胺或叔 胺基因的脂肪族多元胺反应) 的树脂作为防污涂料的成膜物。英国c o u r t a u l d s 涂料有限 海南大学硕士学位论文 公司致力于胺类化合物作为防污剂的研究，己取得了专利。其英国专利g b 8 8 2 4 0 0 3 1 和 g b 8 9 1 0 9 7 0 6 ，公开的是有通式为 r 2 、 i ，r 1 l y i r 3 图1 3 胺类防污剂通式 f i g1 3t h eg e n e r a lf o r m u l ao fa m i n ea n t i f o u l i n ga g e n t s 的胺作为防污剂，式中r 1 为双萜衍生的单价烃基，以及r 2 和r 3 各自为氢具有1 1 8 个 碳原子的烷基或具有6 至1 2 碳原子的芳基，该胺起涂料成膜物和对海生的生物杀伤剂 的作用。 1 4 2 - 3 天然产物防污剂 天然产物防污剂属于环境友好型防污剂，是生物自身产生的具有防污活性的次级代 谢产物，这些天然化合物能很快降解，且不危害生物的生命，有利于保持生态平衡。因 此，研制开发天然产物防污剂己成为获得高效低毒防污剂的重要途径之一。 1 4 2 3 1 植物类仿生涂料 植物中提取的防污剂来源于自然，主要是通过改变细胞表面特征、干扰污损生物的 神经传导和驱避等方式起到防污作用，不会破坏海洋生态，绿色环保无污染。 研究发现从榕树叶中提取的一些物质可以起到防污的作用。从榕树叶子甲醇提取物 中分离出的1 ，2 二苯乙烯糖甙和土大黄苷酰化物，以及r e s i d ea 、r e s i d eb ，s i d e r o x y l o n a l a ，经过生化试验证明它们对紫贻贝的附着有忌避作用。 近年来，在国内含辣素类化合物的防污涂料是陆生植物类防污涂料研究比较活跃并 且该类防污涂料已经商品化。 从辣椒中提取的辣素，其名称为8 甲基一n ( ( 4 轻基一3 甲氧基苯基) 甲基) ( 反) 6 壬烯酰胺，在自然界还有很多结构与辣素类似的化合物可以作为防污涂料的有效成分。 辣素类似物的结构通式如图1 4 所示。 h 图1 4 辣素类化合物物结构通式 f i g 1 - 4s t r u c t u r a lf o r m u l ao fc a p s a i c i nc o m p o u n d s 1 4 2 3 2 海洋植物类防污涂料 9 苯并异噻唑啉酮类衍生物合成及其抑菌活性 目前这方面的研究还处于基础理论研究阶段。而且在已知的可以作为防污剂的提取 物，每种一般只能有效防止一种污损物，要达到广谱防污效果，就要使用几种不同防污 活性的防污剂。 据报道，大叶藻和红藻中分别提取具有防污活性的物质。从海洋生物z o o b o t r y o n p e l l c i d u m 中提取的1 甲基- 2 ，5 ，6 一三滨代芦竹碱( 简称t b g ，如图1 - 6a 所示) ，其防污 活性是有机锡防污剂中防污活性最强的三丁基锡氧化物( 简称t b t o ) 的两倍。5 6 二 氯代芦竹碱( 如图1 6b 所示) 和1 甲基5 ，6 二氯代芦竹碱( 如图1 5c 所示) 是从t b g 类似物中筛选出两个具有高效防污活性的化合物，而且对非目标生物几乎没有毒性。 b b f c c f n c 1 c l abc 图1 5 植物有效成分 f i g 1 - 5s i g n i f i c a n tc o m p o n e n to fv e g e t a b l e 1 5 异噻唑啉酮类化合物介绍 f 异噻唑啉酮类衍生物是指具有噻唑啉酮环的一系列化合物，具有抗菌能力强，应用剂 量小，相容性好，毒性低等优点，并且它对多种细菌、真菌都具有很强的抗菌作用到目前为 止，它已经广泛应用于工业、农业、医药等行业。 美国的r o h m & h a s s 公司于早期对其进行开发研究【2 2 1 ，并取得t k a t h o n 系列产品的 专利权，其活性成分为2 一甲基3 异噻唑啉酮和5 氯2 一甲基3 异噻唑啉酮，它被广泛应用于 工业循环冷却水、粘合剂、纺织、涂料、造纸、建材、制革、轻工、金属加工油、农林 环保等领域。由此这类化合物就引起了化学家的广泛兴趣，他们不断合成出结构各异和应 用于不同领域的异噻唑啉酮化合物。 1 5 1 异噻唑啉酮类衍生物杀菌机理及合成研究 1 5 1 1 异噻唑啉酮类衍生物杀菌机理研究 异噻唑啉酮化合物属于生物合成抑制剂，为杂环类化合物，主要是非氧化型杀菌剂， 靠杂环上的活性部分与细菌体内蛋白质中的碱基形成氢键，并吸附在细菌的细胞上，从 而破坏细胞d n a 的结构使其失去复制能力，最终导致细胞死亡【2 3 ，2 4 1 异噻唑啉酮类衍 生物与各种菌类的作用关系已有了广泛的研究 2 5 , 2 6 。女n m o r l e yjo 等2 7 1 通过对电子结构 特性的研究，认为异噻唑啉酮类衍生物的杀菌机理是：杀菌剂透过细胞膜和细胞壁进入 1 0 海南大学硕士学位论文 菌体分子，并与分子内含巯基的成分发生反应，从而使细胞死亡，下式即为异噻唑啉酮 类化合物与谷光甘肽( g s h ) 的反应式；式中的r l 或r 2 可相同也可不同，亦可为h 、卤素、 c 1 c 4 的烷基。 潞兰垮艮 g s h 民稻瞄g r 广s h 异噻唑啉酮类化合物的合成方法最早由g o e r d e l e r 和m i t t l e r 【2 7 】提出，此后，f f 凋r o h m 由伊硫酮酰胺在惰性有机溶剂中卤化制得。其反应式为【2 8 】： n h r l 三省n 一- - r ， ，。q：- 一z 一 一c 儿 1 2 ) 1 9 6 5 年g r o w 和l e o n a r d 提出由- 硫氰丙烯酰胺或硫代丙烯酰胺经酸处理( 如硫酸) 可 制备异噻唑啉酮，反应式为【2 9 】： r 2 沪 r l x 儿、r 2 n y m h c o n h y 八“。 在有机溶剂中由3 羟基异噻唑啉酮与卤化剂反应制得【3 0 1 。反应式为： 三z 西o h h 喁慨：x 一肖一岷艮n h + r 3 n _ c ：x 一琶n 一。 r p gr 、8 洲k 3 卤化剂反应制得【3 1 1 。反应式为： 苯并异噻唑啉酮类衍生物合成及其抑菌活性 乓s 一量一 邑一n h y t s g 一占一甚一n h y 、 点1 h 7 2 c 1 2o rs 0 2 c 1 2 一y 5 ) 1 9 7 4 年r o h m & h a s s 公司再一次提出以巯基酰胺为原料制备异噻唑啉酮的方法【3 刁： 尽2oc 2- 一 s h c = c c n h y 一 r 1 y 以上方法中r o h m & h a s s 公司提出的以二硫代二酰胺及巯基酰胺为原料的制备方法为现 在制备异噻唑啉酮最常用的方法，以后的方法都是在此基础上对这2 种方法的改进。 早在1 9 8 9 年和1 9 9 1 年，s l a w i kt 等制备了2 ( n 烷基) 1 ，2 苯并异噻唑啉酮衍生物 3 3 1 和乙基1 ，2 苯并异噻唑3 酮2 一乙酰胺【3 4 1 。1 9 9 8 年，k a g a n o 等提出用2 烷基硫代苯酰 胺与卤化试剂反应合环制备1 ，2 苯并异噻唑啉酮1 3 副；2 0 0 0 年s h i m i z um 等由2 一硫胺苯 甲酸酯合成了2 ( 2 羧酸酯基苯基硫代) 。1 ，2 苯并异噻唑3 一酮i 3 酬，同年e t s c e z a nt 等在室 温下由取代的2 一巯基苯甲羟胺酸在醇的碱性溶液中合环生成苯并异噻唑啉酮1 3 7 ；2 0 0 1 年s h i m i z um 等用苯并异噻唑啉酮与苯磺酰胺反应制备了2 一苯基硫代1 ，2 苯并异噻唑 啉酮 3 8 1 ：2 0 0 2 年日本专利用2 ( 甲基硫基) 苯氰与卤代试剂在水与无机酸存在下合成苯 并异噻唑啉酮产率达到8 0 p 圳。 国内关于异噻唑啉酮类衍生物的研究起步比较晚，1 9 9 7 年李育麟、李淑琏等合成了 n 正辛基。1 ，2 苯并异噻唑3 酮【4 0 】；1 9 9 9 年李淑琏、谭小清合成了5 - 氯- 2 - 正辛基- 4 异噻 唑3 酮及其包合物【4 l 】，并发现其抑菌能力比同类产品k a t h o n 大5 一- 1 0 倍；2 0 0 3 年于良民， 姜晓辉等合成系列异噻唑啉酮类衍生物并且对杀菌效果做了深入探讨【4 2 j ；2 0 0 4 年，张佩 玉以丙烯酸甲酯为起始原料，通过硫化、胺解、氯环化、溴代得到7 个异噻唑啉酮化合物 【4 3 】。 1 5 2 异噻唑啉酮类衍生物的应用研究 1 5 2 1 异噻唑啉酮类衍生物环境特性 作为一种理想的新型杀菌剂，异噻唑啉酮类化合物与以往使用的杀菌剂相比具有明 显优越的环境特性，主要表现为以下两点： ( 1 ) 在环境中快速降解异噻唑啉酮类生物杀菌剂在各种非生物和生物介质中的 半衰期见表l ，在水解条件下，2 甲基- 4 异噻唑啉3 酮( c m i ) 和5 氯2 一甲基- 4 一异噻唑啉- 3 一 酮( m i ) 是稳定的，其半衰期超过7 2 0h ( 除p h = 9 时半衰期y 寸5 2 8h ) 。4 , 5 一二氯一2 一正辛基- 4 一 异噻唑嘛3 酮( d c o i ) 在p h = 7 时是稳定的，在碱性和酸性条件下有中等的降解速率，p h = 7 时光降解速率大于水解速率。m i 、c m i 、d c o i 的光降解半衰期分别为2 6 6h 、1 5 8h 、3 2 2 1 2 海南大学硕士学位论文 h 。作为杀菌剂；其首要的环境特性就是能够快速降解，这样就能减少其在环境中的浓度。 它降解的主要途径要归因于其抑菌活性。在海洋环境中d c o i 的生物降解进行得非常快， 其半衰期小于1 h 。这表明只有非常少的d c o i 会遗留在环境中，因此对环境危害就非常小。 ( 2 ) 在环境中快速隔离不形成生物积累环境分配是指防污剂在各种介质如水、沉积物、 生物组织中的分配，这是生物杀菌剂在环境中的归趋的个重要参数。c m i 、m i 、d c o i 的 结果汇总见表2 。 表1 1 生物杀菌剂的非生物和生物降解的半