（应用化学专业论文）对羟基苯海因的溴化、酯化反应研究及其产物表征.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 y7 8 8 1 5 0 对羟基苯海因的溴化、酯化反应研究 及其产物表征 摘要 本文综述了现有的海因类杀菌剂的分类、合成及其应用 现状，并讨论了此类杀菌剂良好的发展前景和巨大的市场潜 力。 本文重点研究设计了对羟基苯海因的溴化、酯化反应的 工艺路线，合成了3 一溴一5 ( 3 - 溴一4 一羟基) 苯海因和2 一甲基 丙烯酸一2 一溴一4 一( 3 - 溴海因基) 苯酯，并对它们进行分析与 表征。 1 ) 3 - 溴一5 ( 3 一溴一4 一羟基) 苯海因的合成与表征 以对羟基苯海因为主要原料，甲醇作为溶剂，进行溴代 反应，合成3 一溴一5 ( 3 - 溴一4 一羟基) 苯海因。在考察溶剂、 物料反应配比、反应温度、反应时间和催化剂等因素对收率 的影响的基础上，通过正交实验对反应条件进行优化，得到 最佳反应条件。在最佳反应条件下，3 一溴一5 ( 3 - 溴- 4 - 羟基) 苯海因的收率可达9 7 7 。 太原理工大学硕士研究生学位论文 0 一溴一5 ( 3 一溴- 4 - 羟基) 苯海因经红外光谱分析、核磁 共振分析、元素分析以及高效液相色谱分析，确认其结构与 组成，其纯度为9 0 0 2 ，并给出了它的熔点、分子量、分 子结构、溶解性等物化性质。 2 ) 2 一甲基丙烯酸一2 一溴- 4 一( 3 - 溴海因基) 苯酯的合成 与表征 以3 一澳一5 ( 3 - 溴一4 一羟基) 苯海因为主要原料，经三氯 化铝催化，进行酯化反应，合成甲基丙烯酸2 一溴- 4 一( 3 - 溴) 海因基苯酯。讨论溶剂、反应温度、反应时间和催化剂和催 化剂用量等因素对收率的影响，并通过正交实验对反应条件 进行优化，得到最佳反应条件。在最佳反应条件下，2 一甲基 丙烯酸一2 一溴一4 一( 3 一溴海因基) 苯酯的收率可达8 6 8 。 2 一甲基丙烯酸一2 一滇4 一( 3 溴海因基) 苯酯经红外光谱 分析、核磁共振分析、元素分析以及高效液相色谱分析，确 认其结构与组成，其纯度为6 5 1 6 。并给出了产品的熔点、 分子量、分子结构、溶解性等物化性质。 此外，还对3 一溴一5 ( 3 - 溴一4 二羟基) 苯海因和2 一甲基丙 烯酸一2 一溴4 一( 3 一溴海因基) 苯酯进行了杀菌性能试验，经 测试其有一定的抑菌活性和杀菌活性。 tt 太原理工人学硕士研究生学位论文 关键词：溴化；酯化；杀菌剂；3 一溴一5 ( 3 - 溴一4 一羟基) 苯 海因；2 一甲基丙烯酸一2 一溴一4 一( 3 - 溴海因基) 苯酯溴代 太原理工大学硕士研究生学位论文 s t u d yo f t h eb r o m i n a t i o na n de s t e r i f i c a t i o n o f5 - ( 4 一h y d r o x y p h e n y l ) h y d a n t o i n a n da n a l y s i so f p r o d u c t s a b s t r a c t i nt h ep a p e r , s y n t h e s i s ，c l a s s i f i c a t i o na n da p p l i c a t i o no ft h e p r e s e n tb a c t e r i c i d ea b o u th y d a n t o i n sw e r ei n t r o d u c e d t h e yw i l l h a v eg o o d p r o s p e c ta n dg r e a tp o t e n t i a l i t i e so f m a r k e t t h es y n t h e s i sp r o c e s so fb r o m i n a t i o na n de s t e r i f i c a t i o no f 5 ( 4 - h y d r o x y p h e n y l ) h y d a n t o i nw e r ed e s i g n e d 3 - b r o m o 一5 ( 3 - b r o m o 一4 一h y d r o x y ) p h e n y lh y d a n t o i na n d2 - b r o m o 一4 ( 3 - b r o m o h y d a n t o i n ) p h e n y l2 - m e t h a c r y l a t ew e r ep r e p a r e da n d a n a l y z e d 1 ) s y n t h e s i s a n d a n a l y s i s o f3 - b r o m o - 5 ( 3 - b r o m o 一4 一h y d r o x y ) p h e n y lh y d a n t o i n 3 - b r o m o 一5 ( 3 - b r o m o 一4 一h y d r o x y ) p h e n y lh y d a n t o i nw a s v 太原理工大学硕士研究生学位论文 p r e p a r e db y5 ( 4 - h y d r o x y p h e n y l ) h y d a n t o i n a sm a t e r i a li nt h e p r e s e n c e o fm e t h a n o la ss o l v e n t o nt h e i n v e s t i g a t i n g t h e e f f e c t so fs o l v e n t ，t h er a t i oo fr a w m a t e r i a l ，r e a c t i o n t e m p e r a t u r e ，r e a c t i o nt i m ea n dc a t a l y s t o nt h e y i e l d ，t h e o p t i m u m r e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e db yu s i n go r t h o g o n a l e x p e r i m e n t a ld e s i g n t h ey i e l d o f3 - b r o m o 一5 ( 3 - b r o m o 一4 一h y d r o x y ) p h e n y lh y d a n t o i nw a s t o9 9 7 3 - b r o m o - 5 ( 3 - b r o m o - 4 一h y d r o x y ) p h e n y lh y d a n t o i nw a s a n a l y z e db yi rs p e c t r u m ，h - n m rs p e c t r u m ，e l e m e n t a n a l y s i sa n dh p l ct o a s s u r ei t ss t r u c t u r e i t sp u r i t yw a st o 9 0 0 2 i t sm e l t i n gp o i n t ，f o r m u l aw e i g h t ，m o l e c u l a rs t r u c t u r e a n ds o l u b i l i t yw e r eg i v e n 2 ) s y n t h e s i s a n d a n a l y s i s o f 2 一 b r o m o 一4 ( 3 一 b r o m o h y d a n t o i n ) p h e n y l2 - m e t h a c r y l a t e 2 一b r o m o 一4 ( 3 一b r o m o h y d a n t o i n ) p h e n y l2 - m e t h a c r y l a t e w a sp r e p a r e db y3 - b r o m o 一5 ( 3 - b r o m o - 4 - h y d r o x y ) p h e n y l h y d a n t o i n a sm a t e r i a li nt h e p r e s e n c e o f n ，n d i m e t h y l f o r m a m i d ea ss o l v e n t o nt h ei n v e s t i g a t i n gt h ee f f e c t s o f s o l v e n t ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，r e a c t i o nt i m ea n dc a t a l y s ta n d v t 太原理工大学硕士研究生学位论文 a m o u n to f c a t a l y s t o nt h e y i e l d ，t h eo p t i m u m r e a c t i o n c o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e db yu s i n g o r t h o g o n a le x p e r i m e n t a l d e s i g n t h ey i e l do f2 一b r o m o 一4 ( 3 一b r o m o h y d a n t o i n ) p h e n y l 2 - m e t h a c r y l a t ew a st o8 6 8 2 - b r o m o - 4 ( 3 - b r o m o h y d a n t o i n ) p h e n y l2 - m e t h a c r y l a t ew a s a n a l y z e db y i r s p e c t r u m ，1 h n m rs p e c t r u m ，e l e m e n t a n a l y s i sa n dh p l ct oa s s u r e i t ss t r u c t u r e i t sp u r i t yw a st o 6 5 16 i t sm e l t i n gp o i n t ，f o r m u l aw e i g h t ，m o l e c u l a rs t r u c t u r e a n ds o l u b i l i t yw e r eg i v e n d i s i n f e c t e x p e r i m e n t s a b o u t 2 一 b r o m o 一4 ( 3 b r o m o h y d a n t o i n ) p h e n y l 2 - m e t h a c r y l a t e a n d3 - b r o m o 5 ( 3 - b r o m o 一4 一h y d r o x y ) p h e n y lh y d a n t o i nw e r e s t u d i e d t h e b a c t e r i c i d e sh a v ea p p e a r e dt h eb a c t e r i c i d a lp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：b r o m i n a t i o n ； e s t e r i f i c a t i o n ； b a c t e r i c i d e ； 3 - b r o m o 5 ( 3 一b r o m o 4 一h y d r o x y ) p h e n y lh y d a n t o i n ； 2 - b r o m o 一4 ( 3 - b r o m o h y d a n t o i n ) p h e n y l2 - m e t h a c r y l a t e v i i 太原理t 大学硕士研究生学位论文 1 文献综述 1 1 课题背景 第一章绪论 2 0 0 3 年春夏之交，一场突如其来的“s a r s ”疫情使人们在惊恐之 余开始关注一个曾经陌生的名词公共卫生。2 0 0 4 年新年伊始，亚 洲地区爆发的禽流感更让人们再次把目光聚焦在公共卫生之上，而且 随着人们物质生活水平的不断提高，人们对服装、卫生用品、f j 用品、 食品包装等耐用消费品的抗菌性有了较高的要求，许多公共场合触摸 频繁的部位，如电话、电梯按钮、电脑键盘、各种电器开关等，都会 成为细菌的“污染源”和“传播源”。因此日常生活用品和公共设施的 卫生、洁净己被提上日程，受到越来越多专家学者和普通百姓的关注。 众所周知，邕然界的有害细菌、真菌和病毒等微生物是使人类遭受传 染、诱发疾病的主要原因，所以抑制和杀灭有害微生物理所当然地成 为保持人类生活环境洁净卫生和保证人类身体健康的重要手段。那么， 这罩有必要先认识一下与我们同常生活休戚相关的微生物。 微生物通常意义上是指细菌、病毒等低级生物，从生物学角度柬 看，它们的结构较高等生物来讲十分简单，但它们对人类的影响却不 容小觑。可以说微生物从人类社会诞生的那一天起，就一直从有益与 有害两方面影响着人类的生存环境，从某种意义上讲，人类社会的发 展史就是一部不断利用有益菌来改善生活条件和抑制有害菌来提高生 活质量的历史。 太原理工大学硕士研究生学位论文 在利用有益微生物方面，人类最大的成果应属微生物药物学的建 立。微生物药物。1 系指来源于微生物的药物。例如我们所熟知的抗生 素、菌苗、疫苗、类毒素、抗原及抗体等，这些药物均来自于微生物。 它们或基源于微生物整体或部分实体或来源于微生物的初级及次级代 谢产物。微生物药物的应用十分广泛，如在临床医学上用于抗感染和 抗肿瘤；在农业上用于植物保护、防治病害和调节植物生长；在畜牧 业上用于治疗禽兽的感染性疾病和作动物饲料的添加剂。微生物药物 在其他领域如食品保藏、工业生产和科学研究上也有广泛的应用。 然而，人们在享受微生物给人类带来的种种好处的同时却又饱受 由微生物导致的各种疾病所带来的痛苦。特别是二十世纪七十年代以 来，曾一度受到抑制的全球性传染病的发病率大幅度回升，新的病原 体被陆续发现，仅1 9 3 7 1 9 9 5 年经确认的新病原体及传染病就达3 1 种之多；许多己知病原体的变异品种也被发现，如大肠杆菌“o - 1 5 7 ”、 “h 7 ”和霍乱弧菌“0 1 3 9 ”等，还有我们近来谈论最多的“s a r s ”病毒 和禽流感病毒。微生物对人类健康的危害日益严重，大有山雨欲来之 势。因此，开发新型抗菌材料及其制品使人们少受或免受有害菌的侵 害是当前科研人员和企业界的一项重大任务。 对有害微生物的防治( 即我们通常所说的抗菌) 的涵义非常广泛， 包括灭菌、杀菌、消毒和防菌等。抗菌方法大致可分为两类，即物理 方法和化学方法。物理方法是通过改变温度、压力、以及使用电磁波、 电子射线等物理手段杀菌；化学方法则是通过调节p h 、隔离营养源、 进行气体置换( 用c o 。，或c 1 ：、氟利昂置换) 、脱水法、控制营养法以 及化学药品杀菌等手段杀菌。根据不同的使用目的和抗菌处理对象， 可以选择用不同的抗菌方法。 以上手段就应用的广泛程度而言，当属化学药品杀菌即通常所说 2 太原理t 大学硕士研究生学位论文 的杀菌剂杀菌。但是，使用化学药品杀菌不仅操作过程繁琐、安全性 差，而且对人体有不良刺激。进入2 1 世纪，人们的生活节奏加快、对 生存环境舒适程度的要求不断提高，迫切需要一种使用简便、抗菌周 期长、对人体无害、不污染环境的抗菌手段的出现：针对以上需求， 抗菌材料适时而出。 1 2 抗菌材料的研究现状 抗菌材料是一类自身具有杀灭或抑制微生物功能的新型功能材 料。通常是在普通材料的基础上添加或复合一种或几种特定的杀菌成 分制得抗菌材料，如抗菌塑料、抗菌合成纤维、抗菌陶瓷等。正是由 于材料本身被赋予抗菌性，可以使微生物包括细菌、真菌、酵母菌、 藻类以及病毒等的生长和繁殖保持较低的水平，进而达到长期卫生和 安全的目的。用抗菌材料制成的各种制品，具有卫生自洁功能，而且 具有的抗菌性可达到与制品寿命同步。因此，抗菌材料具有使用便捷、 安全无害和长期有效等优点，推广使用抗菌材料也是一种防患于未然 的有效途径。2 0 0 3 年，“s a r s ”在中国流行，而人口密集的日本并未 出现严重的非典流行，在一定程度上要得益于该国把在生活用品和公 共设施上普及推广抗菌材料作为日常预防疾病的一条重要措施。抗菌 制品通常在原材料中一次性添加抗菌材料后，便能与原材料一起实现 持久抗菌。上世纪8 0 年代r 本因“0 1 5 7 ”病菌导致了全国公共卫生 的危机，进而引发了对日常流行病的防治和提高因耳境材料引起的微 生物危害的高度重视，由此也带动了r 本国民对抗菌制品的广泛使用。 就技术而言，以只本为主体发展起来的抗菌材料及其直用技术，通过 近二十几年的普及，目前已收到良好的效果，并没有出现安全性等问 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 题。我国近年来在抗菌材料的研究与应用方面也有了突破性进展，我 国的抗菌材料在抗菌性能、卫生安全性能、长效性能和工艺性能上已 经有了长足的发展。 今天，抗菌材料及其应用技术已经能够在很大程度上实现我们生 活表面接触环境的抗菌。从公共汽车到地铁的扶杆、扶手、座椅等部 件，到家用电器、卫生洁具、厨房用品、地板、地砖、油漆、涂料等 生活用品，甚至包括人民币都可以采用抗菌材料来实现制品本身的抗 菌功能。 现代抗菌材料的大量使用是在第二次世界大战期间，德国穿用抗 菌整理过的军服，减少了细菌的感染和伤病减员。2 0 世纪6 0 年代， 开始民用，用于抗菌整理的杀菌剂是有机锡和氯代酚等强杀菌性化学 物质。8 0 年代中期，开发了季铵盐类硅烷整理剂以达到抗菌的目的。 抗菌塑料出现在2 0 世纪8 0 年代初，日本在这方面发展较快。到2 0 世 纪9 0 年代后，日本的抗菌塑料几乎覆盖p p 、a b s 等所有主要塑料品种。 随着人们的不断努力，特别是具有创新思维的抗菌材料的制备方 法的引入，如有机一无机复合材料、纳米技术等，抗菌技术在国内将会 得到不断的进步与提高。中国加入w t o ，也会为抗菌技术的发展提供良 好的机会。专家预测，五至六年内，中国抗菌材料的市场将会出现一 个高峰。抗菌剂在纤维、塑料等方面的应用技术将会更加成熟，抗菌 材料也将在家电、厨房用品、日用品、化学建材、公共设施等领域得 到广泛的应用。作为一种新型的功能材料，抗菌材料对改善人类生活 环境、减少疾病和提高全民生活质量具有十分重要的意义。 日前，抗菌制品正在我国形成一个新的消费热潮，据预计，2 0 0 5 年，国内抗菌剂产量将达到5 0 0 吨，抗菌制品产值将达5 0 0 亿元。 抗菌材料之所以具有抗菌功能，是由于抗菌活性成分抗菌剂 4 太原理 ：大学硕士研究生学位论文 的加入。因此，抗菌剂的特性( 包括分子组成、空间结构、杀菌方式 等) 对抗菌材料的性质有很大影响。抗菌材料中所添加的杀菌剂不仅 要有较高的杀菌、抑菌能力，更重要的是要与原材料要有良好的相容 性，或者仅利用杀菌剂本身而无需其它原材料就可以制成一种抗菌材 料，并且在使用期间对人体和环境安全无害、使用后残留物无污染。 1 3 杀菌剂的现状 就现有的杀菌剂来看，可以分为天然抗菌剂、无机抗菌剂和有机 抗菌剂。1 。 天然抗菌剂主要是从动植物中提炼精制而成的，例如山嵛、孟宗 竹、薄荷、柠檬叶等的提取物，蟹和虾中提炼的壳聚糖等。壳聚糖是 一种带正电荷的单体物质，具有良好的生物活性，与生物体能亲和相 容，可对多种菌类表现出抗菌性。其优点是毒性小，但缺点是使用寿 命短、耐热性较差、应用范围较窄，主要应用于食品包装袋等一次性 使用的塑料制品。 无机抗菌剂可分为金属离子型、光催化型和复合型抗菌剂等几类。 无机抗菌材料主要是指重金属离子或以含这些离子的硅酸盐或磷酸盐 为载体的抗菌材料。与有机抗菌材料相比，它具有较好的耐热性和安 全性、长效性和不产生耐药性等优点。尤其是突出的耐热性，使其近 年来在塑料、纤维以及陶瓷等领域的应用倍受重视。但它们有一定的 缺陷，首先它对不同的细菌有不同的杀菌作用，其次是控制难度较大 和产品的成本较高。这些缺陷都在一定程度上使其应用受到一定的限 制。 有机抗菌剂主要是多种传统抗菌杀菌剂，它以有机酸、酚和醇为 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 主要成分。其抗菌机理为通过破坏细胞膜、使蛋白质变性和代谢受阻： 其优点是杀菌力强、持效好、来源丰富；但缺点是毒性大、会产生微 生物耐药性、耐热性较差和易迁移等，目前主要应用于涂料和加工温 度低的软质聚氯乙烯、聚乙烯等塑料中。 近几年来杀菌剂的主要发展趋势主要集中在品种和功能方面。1 。 其典型代表为复配型、季膦盐、新季铵盐杀菌剂和水不溶性杀菌剂的 开发与研究。 1 ) 复配型。非氧化型杀菌剂与其它类型杀菌剂的复配，如季铵盐与 一些氧化型杀菌剂如次氯酸盐、二氧化氯和过氧化氢等复配，各种季铵 盐化合物之间的协同复配“。 2 ) 季膦盐；近2 0 年来，抗菌荆研究的最新进展之一是季膦盐的出 现“。”。这类化合物与季铵盐具有相似的结构，只是用含膦的阳离子代 替含氮的阳离子。通过对一些相似结构的季膦盐和季铵盐的研究表明， 季膦盐具有更好的抗菌性。迄今虽然对季膦盐各方面性能参数的认识 不太完全，但它用于工业及油田水的处理确实具有高效、快速、广谱 和对环境低毒等优点。 3 ) 新季铵盐杀菌刘：对于非氧化型杀菌剂，季铵盐杀菌剂已被广泛 研究和应用。近年来的研究方向有两个趋势，一方面是通过对杀菌剂 的构效关系和抗菌机理的研究，发现规律、研究指导合成一些新的具 有杀菌活性的季铵盐化合物；另一方面是向季铵盐的疏水链引入氧、 硫等杂原子和向季铵盐上引入不饱和烷基”1 ，以助于提高其抗菌活性。 4 ) 水不溶性杀菌剂：为了解决氧化型杀菌剂和小分子非氧化型杀 菌剂的毒性、余毒和杀菌剂的再生循环使用问题，研究人员通过将杀 菌剂单体化合物的聚合9 1 或将杀菌剂官能团固载在高分子载体“”“1 上 制成水不溶性聚合物杀菌剂，尤其是水不溶性含氮阳离子型聚合物型 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 杀菌剂。这类杀菌剂以其既不溶于水，又不溶于有机溶剂的性质避免 了在使用过程中的毒性、余毒、刺激性和使用安全性差等问题。这一 优点决定了它尤其适用于工业及民用水处理以及其它流体介质的杀菌 消毒。此外，根据新近人们对这类不溶性聚合物杀菌剂的研究表明， 这类杀菌剂还具有缓释、长效和重复使用的性能，因此将大大降低这 类杀菌剂的成本。 高分子杀菌剂在一些重要的领域具有非常大的发展潜力。例如， 作为低毒性的缓释药物、防腐涂料、用于纤维的终处理、空气和水的 杀菌。可溶性小分子和高分子生物杀菌剂经常会带来毒性或残余物的 问题。尤其是应用于水处理、食品和包装材料时，如果将杀菌剂通过 共价键与聚合物载体相连或连到其他不溶性材料上，就可使之不溶， 从而解决余毒问题，并可以用来持续地给液体消毒，这样通过固载和 缓释的技术，能使用那些由于高毒性而被禁用于食物杀菌的杀菌剂。 到目前为止，已报道的不溶性杀菌剂的载体主要是高分子聚合物， 此外还有纤维素、淀粉、纤维、琼脂糖、多孔玻璃等作为杀菌剂如金 属有机化合物及季铵盐固定化的载体。n a k a g a w a “等把具有杀菌活性 的季铵盐固载到多孔玻璃表面制成水不溶性杀菌剂。k e n n e d y ”等在纤 维素和碳酸纤维素上固载杀菌活性基团制成水不溶性杀菌剂。李风艳 “”等把硅胶作为水不溶性杀菌剂载体，固载杀菌活性基团制成水不溶 性杀菌剂。 1 4 海因类化合物的研究进展 海因类杀菌剂是杀菌剂家族中很重要的员，是近几年来国内外 杀菌剂类研究的新热点。其中卤代海因类杀菌剂以其优良的杀菌性、 太原理工大学硕士研究生学位论文 较好的稳定性、广泛的适用性和环境友好性越来越受到人们的欢迎， 其潜在应用前景十分广阔。 从现有的海因类杀菌剂来看，它们的母体部是5 位含有甲基取代 基的五员氮杂环化合物即：5 ，5 一二甲基乙内酰脲“6 1 ( 5 ，5 d i m e t h y l h y d a n t o i n ) ，其化学名称为5 ，5 二甲基一2 ，4 一咪唑啉二 酮；俗称5 ，5 一二甲基海因；简称d m h 。它的化学结构式为： 芝k , r 1 3 羔。 h d m h 的环结构比较稳定，但n 原子上的h 非常活泼，能被多种基 团取代而形成不同种衍生物。d m h “”本身没有杀菌性，但它的衍生物 却在杀菌剂家族中起着不可替代的作用。它的衍生物“8 ”“在国外应用 普遍，在国内亦引起重视、并有深入研究，但却未被大量推广使用。 海因主要用于制备乙内酰脲衍生物，如5 一异丙基乙内酰脲、5 一苯 基乙内酰脲、5 一异丁基乙内酰脲、5 一甲基乙内酰脲、对羟基苯基乙内 酰脲、5 ，5 一二甲基乙内酰脲、苄基乙内酰脲、苯酰基乙内酰脲。这些 衍生物均可由醛与本品反应制备。它们有的可作为药物，有的水解后 可制得氨基酸，尤其是5 位的芳基衍生物是医药中间体或药物，如5 ， 5 一二苯基乙内酰脲( 苯妥因) ，是治疗脑部疾病的药物。此外，5 一位芳 基衍生物也是农药。 海因类杀菌剂按其取代d m h 中n 原子上氢原子的官能团的不同， 可分为卤化胺型杀菌剂、羟甲基化型杀菌剂和其他取代基型杀菌剂； 按其在水中的溶解性，又可分为水溶性海因类杀菌剂和水不溶性海因 类杀菌剂。大部分羟甲基化型杀菌剂属于水溶性海因类杀菌剂，几乎 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 大部分卤化胺型杀菌剂及高分子海因类杀菌剂均属于水不溶性海因类 杀菌剂。 141 卤化胺型杀菌剂 常见卤化胺型杀菌剂有i ，3 一二溴一5 ，5 一二甲基海因、l ，3 一二氯 一5 ，5 一二甲基海因、卜氯一3 溴一5 ，5 一二甲基海因、卜溴一3 一氯一5 ，5 一二甲 基海因等，以下简称卤代海因。它们的理化性质相似，且具有有效卤 含量高、稳定性好、气味小等特点，使得它们在杀菌剂家族中占有重 要的位置。值得一提的是，此类杀菌剂在释放出溴、氯以后，剩余的 5 ，5 一二甲基海因，在自然条件下被光、氧、微生物在较短的时间内分 解为氨和二氧化碳，不因残留而污染环境，无环保压力。 1 ) 制备方法“8 1 5 ，5 一二甲基海因卤代衍生物的合成工艺路线是在水相中用次卤酸 进行卤化。但具体操作不同，主要有两种：一种是以次卤酸盐( 如次氯 酸钠、次溴酸钠) 为卤化剂进行卤化反应；另一种在卤化物存在下，由 卤素、碱和5 ，5 - 二甲基海因一锅法进行反应。其反应式如下： c h 3c h t 芝n 羔。： lh 。a 文c - - - # n 声n x 。+ z h xo 文户”2 1 广o 文。声。一姒 x ：b r 或c l 2 ) 作用机理与杀菌活性 卤代海因的作用机理有两种解释“”2 ”：一是在水中释放出次氯酸 或次溴酸，利用它们的氧化作用杀菌；二是释放出自国的活化氯豉活 化溴，它们与含氮的物质发生反应形成氯化胺或溴化胺。 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 卤代海因通过在溶解状态下释放活性卤素，对细菌繁殖体、真菌、 病毒、细菌芽胞以及藻类和浮游生物都具有广谱的杀菌作用。它们对 常见的金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、枯草杆菌和伤寒杆菌等4 种菌有 较好的杀菌效果。据报道。“，在含有效溴l 3m g l 、p h 值6 o 8 0 ， 温度在1 5 2 54 c 时，对水中细菌金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作用 5 m i n ，杀灭率就达到9 9 9 ，作用2 0 m i n 可全部杀灭；1 0 0 0m g l 对枯 草杆菌黑色变种芽孢作用l o m i n ，杀灭率达到消毒标准( 9 9 9 ) ，作用 6 0 m i n 后可将其全部杀灭。对病毒的灭活效果，i 0 0 0m g l 作用5 m i n 就可将h b ：a g 抗原性全部破坏。因此在使用该类消毒剂时，可以利用 其缓释长效和低浓高效的消毒灭菌特性，在实际使用中，消毒液更换 周期长，可长时间保持有效的消毒浓度，并且可以减少残液在废弃后 其中残余的消毒剂的腐蚀性。卤化甲基海因属于低毒类杀菌剂，据张 天宝等报道“”二氯海因的2 5 0 m g l 与5 0 0 m g l 有效氯的溶液对家兔皮 肤和跟都无刺激作用，对小鼠灌胃l d 5 0 为2 0 5 0 m g k g ，属低毒类。 3 ) 应用 卤代海因水溶液浓度只要在1 0 1 级时就有足够的消毒杀菌力。由 于在水中溶解度很小，所以卤代海因片剂或颗粒剂在水中在较长时间 才能完全溶解，所以它们属于长效缓释杀菌荆，被广泛应用于游泳池 及生活用水处理、工业循环水、废水的消毒漂白处理、水产养殖病虫 防治、卫生设备防污消毒处理、农作物霉病防治、医药、食品、电子、 农业、水产养殖、家庭保健、医疗器械消毒处理、工业品及生活用品 防霉防腐等领域。 目前国内有上海圣海因化学品有限公司、盐城市华鸥实业有限公 司、常州市武迸鸣凰化工助剂厂及无锡美华化工有限公司等厂家生产， 各种复合制剂广泛应用，它们作为一类新型卤化胺型的广谱的消毒杀 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 菌剂，有良好的应用前景。 1 4 2 羟甲基化型杀菌剂 常见羟甲基化型杀菌剂有l ，3 二羟甲基一5 ，5 一二甲基乙内酰脲 ”、n ，n 一二羟甲基一n 一( 1 ，3 - 二羟甲基一2 ，5 - 二氧- 4 - 咪唑烷基、脲+ 2 7 - ”1 、 n ，n 一亚甲基一双 n 一( 3 一羟甲基一2 ，5 - 二氧- 4 - 咪唑基) 脲。：、，n 一 亚甲基一双 n 一( 1 ，3 - 二羟甲基一2 ，5 - 二氧- 4 - 咪唑基) 脲o “、l 一羟甲基 一5 ，5 - 二甲基海因等。它们的理化性质相似，都是白色粉末，易吸潮， 易溶于水，难溶于油性溶剂。能与化妆品原料、表面活性剂( 包括阴离 子、阳离子和非离子型表面活性剂) 复配，在较宽p h 值范围内具有杀 菌活性。”。 i ) 制各方法 它们e h5 ，5 二甲基海因或尿囊素和甲醛在加热回流下反立制得。 甲醛的投料量不同而生成不同的产品。其反应式如下： 霉。赢o h - 芯芦高o h - 杖芦 hhc h 、0 h c h o h h 2 ) 作用机理 h 太原理工大学硕士研究生学位论文 此类新型高效广谱防腐剂的杀菌机理有两种解释”“：其一，这类 防腐剂是通过缓慢分解释放甲醛起抑、杀菌作用，甲醛是活性成份； 其二，这类防腐剂分子中n 一羟甲基本身是个灭菌活性基团，可起灭 菌作用。 3 ) 应用 它具有以下特点：抗菌谱广。对大肠杆菌、绿脓杆菌、白色念 球菌、金黄色葡萄球菌、酵母菌、单孢菌等均有极好的抑制作用； 抑菌力强。使用浓度0 1 5 b p 可达到良好的抑菌效果；使用p h 值范 围广。在p h 值3 1 0 的范围内均不影响其使用效果；配伍性佳。可 以任何比例的和醇、水等相溶；稳定性强。在一2 0 c 6 0 。c 贮存一年 无变化，甚至加热至9 0 。c 不降低使用效果；毒性低。大鼠急性经口 半致死量l d 5 0 达4 0 0 0 m g k g ：无诱变性、无毒性、过敏性、变异性； 无腐蚀性，使用安全，适合于各种类型( p h 值) 的化妆品。所以此类 杀菌剂广泛用于化妆品和个人护理品中，作为洗发香波、护发素、剃 须品、粉底、洗剂、膏霜、婴儿产品、防晒品和清洗剂等日化产品的 防腐杀菌。此外，还能用于石油化工、电力、纺织、中央空调、工业 循环冷却水、涂料和高分子合成乳液等水性体系或水处理等系统的消 毒杀菌剂。 目前国内的生产厂家有三化科技( 上海) 有限公司、大连汇邦化 学有限公司等，此类产品生产技术成熟，品种多。 1 4 3 其他取代基型的海因类杀菌剂 1 。3 一双( 卜羟基一戊醛基) 一5 ，5 - 二甲基海因5 “是一种高效、低毒的 新型消毒剂。 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 ) 制备 l ，3 一双( 卜羟基一戊醛基) 一5 ，5 一二甲基海因，它由d m h 和戊二醛反 应制得，其反应式如下： h u h 它为淡黄色或灰白色块状固体，略有醛味，易溶于水，有轻微吸 潮现象。 2 ) 作用机理 据报道，此类消毒剂与1 4 0 份水配成的溶液，在水溶解状态下释 放出戊二醛，5 l o m i n 内就可以彻底杀灭金黄色葡萄菌、绿脓杆菌、 枯草杆菌和伤寒杆菌四种常见的基本菌种。 3 ) 应用 该消毒剂已经被广泛应用于化妆品、食品、工业品、农产品以及 医疗卫生等领域。“1 。该消毒剂将部分替代常见的戊二醛水溶液消毒 剂。但这种消毒剂还没有应用于大生产，正处于实验室阶段，需要继 续深入研究。 1 4 4 高分子海因类杀菌剂 为了改善杀菌剂的性能，尤其是降低它对环境和人畜的刺激性和 毒性，把杀菌官能团固载到水不溶性载体上是一个很好的研究方向 “i ”，不溶性高分子杀菌剂既不溶于水，又不溶于有机溶剂，这就避 免了在使用过程中的毒性、余毒以及刺激性，安全性大大加强了。 靠 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 ) 制备方法 水不溶性海因类杀菌剂大多由氯球制备。具体方法是：把含卤素 的杀菌基团固载到高分子载体上。即通过二甲基亚砜把氯球氧化为醛 基树脂，再把醛基树脂转化为高分子海因制备高分子海因类杀菌剂。 制备方法如下： p c h 2 c i +s o ( c h 3 ) 2 + n a h c 0 3 + p c h o p c h o + c h 3 c o n h 2 + k c n + h o 4 - c 1 2 h p + h 。文n 声 h h r l 1 o 文n 户 c l 0 o 式中p 为树脂部分 国内外学者对不溶性高分子海因类抗菌材料的研究倍感兴趣 。6 。1 ，其研究特点为将海因母环作为抗菌官能团引入到高分子载体中。 如s u n 0 6 1 等用5 ，5 二甲基乙内酰脲( d m h ) 和7 , 8 一苯并1 ，3 一二氮杂螺 环 4 ，5 1 2 ，4 一癸二酮( b d d d ) 分别与3 一溴丙烯反应制得3 一丙烯- 5 ，5 一二甲 基乙内酰脲( a d m h ) 和7 ，8 一苯并- 3 丙烯基1 ，3 - 二氮杂螺环【4 ，5 1 2 ，4 一 癸二酮( b a d d d ) ，a d m h 和b a d d d 再分别与丙烯腈( a n ) 、醋酸 乙烯酯( v a c ) 、甲基丙烯酸甲酯( m m a ) 单体共聚。共聚物经卤化 处理后形成n 一卤胺结构，其过程如图l - l 所示。 l 畦 声 h 丈 太原理工大学硕士研究生学位论文 o rl j ，、j n h 弋o + b r - c h 2 - c h = c h 2 竺兰! 兰， d m h ：r 2 2 r l 。c 畸 b d d d ：r 2 = r l m 吣入 “”c h 2 c h c h 2 一c h b 、 。v n v 。 r l a - - n c l o 乏r 畸c h 娟： 弋o ia i d m h b a i d d d 7 5 1 5 h n z 啼 n 士 n z c h 2 c lh - c h 2 - 哩 chlorinebleach 州。v o v 。 4 0 ，1 孙 r ，* 一、h r 2 图1 1 含海因的聚合物的台成 f i g 。l - 1 r e a c t i o ns c h e m eu s e di np r o d u c i n gt h eh y d a n t i o n c o n t a i n i n gp o l y m e r s 这种聚合物对大肠杆菌表现出很高的抗菌活性。当共聚物中 a d m h 或b a d d d 的含量为5 时，在3 0 r a i n 内能杀灭全部大肠杆菌。 n 一卤胺结构- 陛能稳定，抗菌性能范围广，安全性好，可用于饮用水消 毒和气体净化，而且当聚合物的抗菌性能下降时，可以经过卤化处理 得到活化，反复使用。 l i n 。”等通过共价键在n y l o n 。6 6 上接枝n - 氯胺，其过程如图1 - 2 所示。这种带n 氯胺侧基的n y l o n 一6 6 具有很高的抗菌性能，与细菌 接触l o m i n 后，金黄色葡萄球菌的数量减少了7 2 个数量级，大肠杆 菌的数量减少了7 1 个数量级，这种n 一氯胺结构在抗菌活性降低后， 同样可以经过卤化处理得到活化。 太原理工大学硕士研究生学位论文 o o m w ( c h 2 ) 4 一b n h 一( c h 2 ) 6 州w 里 m w ( c h 2 ) 4 8 一v 一( c h 2 ) 6 州w o 。( c h 2 ) 4 一g n 一( c h 2 ) 6 c h ，o o v n v o a n 、c i a = f o r m a l d e h y d e c h 2 0 h b = o 鼍n o 十n h c h 2 0 h c h 2 0 h i b ( c h 2 ) 4 一苎一n 一( c h 2 ) 6 图1 2 带n 一氯铵的n y l o n - 6 6 的制备 c h ，o 。 o v n o 午n 、h f i g 1 - 2 r e a c t i o ns c h e m eu s e d i np r o d u c i n g t h ea n t i m i c r o b i a ln y l o ns a m p l e s k a n a z a w a 1 等对季铵赫型和季膦盐型抗菌聚合物的性能作了一 系列的研究。他们制备了氯化三丁基( 4 乙烯基苄基) 铵和氯化三丁基 ( 4 一乙烯基苄基) 膦的均聚物及它们的麸聚物( 见图1 3 ) 。并且对其抗 菌活性及抗菌的协同效应进行了研究。 这种通过共聚的方式在聚合物中引入两种或更多的抗菌基团，可 以发挥不同抗菌材料的优势，增大抗菌范围，提高抗菌效率，可望成 为该领域新技术的发展方向。 1 6 o 太 戈由 oh 下k 。孓 o 太原理工大学硕士研究生学位论文 c h 2 = c h + c h 2 = c h 一- e c 歹c 秽 b u - - p i b 忙1 一 b u - - n l b rb u - - 肚ib 崛l - b u _ n i b u c 2 ) 作用机理 高分子海因类杀菌剂的杀菌机理和卤代海因的杀菌机理1 相似， 但不溶性杀菌剂与可溶性杀菌剂在水中的有效浓度不同。水溶性杀菌 剂溶于水后，它可以充分自由地与细菌作用，无任何空间限制，能够 起杀菌作用的浓度与加入的药剂浓度相一致。而不溶性杀菌剂的情况 不同，球型细菌的直径一般为0 8 1 2 u r n ，一般凝胶型载体的内孔直 径为2 4 n m ，大孔型孔径也在1 0 5 n m 以下，细菌体积远大于载体的内 孔直径，细菌难以进入载体内孔，使固载于载体内孔的活性官能团难 以起到杀菌作用，增加载体的比表面积来提高不溶性杀菌剂的杀菌率， 改善载体的亲水特性也可以提高不溶性杀菌剂的杀菌效果。如在载体 上增加亲水性基团，使载体表面与水接触更容易，伸入到水中的活性 官能团一端更自由，从而使不溶性杀菌剂的杀菌效果提高。在高分子 上引入适量的亲水基可使杀菌剂的固载率提高5 l o ，杀菌活性提 高l o 左右。 3 ) 应用 此类杀菌剂的再生容易，将已失活的杀菌剂浸泡到n a c i o 中数小 1 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 时，杀菌剂的活性又可再生。1 。这类杀菌剂具有稳定性好及高效、广 谱的抗菌性，如将聚合物用作填料，当水以l 。2 8 m l m i n 的流速流经聚 合物时，入口e c e p a c i a 菌计数为6 5 1 0 个，而出口细菌数为0 。因 此，这类抗菌剂可广泛用于饮用水、泳池水及工业水系统等众多领域的 杀菌消毒。这一类型杀菌剂有好的发展前景，将是未来杀菌剂发展的 方向。 为了改善杀菌剂的性能，尤其是降低它对环境和人畜的刺激性和 毒性，把杀菌官能团固载到水不溶性载体上是一个很好的研究方向。 不溶性高分子杀菌剂既不溶于水，又不溶于有机溶剂，这就避免了在 使用过程中的毒性、余毒以及刺激性，安全性大大加强了。高分子海 因类杀菌剂的杀菌枫理和卤代海因的杀菌机理相似，即在水中释放出 次氯酸或次溴酸，利用它们的氧化作用杀菌；也可能释放出自由的活 化氯或活化溴，它们与含氮的物质发生反应形成氯化胺或溴化胺。 目前，国外海因类杀菌剂研究深入、产量大、应用广：而国内研 究及应用范围相对较窄且品种少，应该大力发展海因类杀菌剂尤其是 海因类高分子功能性杀菌剂。它们在未来的消毒杀菌的应用领域具有 宽广的前景，将会是新技术的发展方向，我国应深入研究此类杀菌剂 并实现产业化，为我国乃至人类的生活质量的提高作出更大的贡献。 2 本选题的意义 综上所述，目前对海因类高分子抗菌材料的研究主要有三个特点： 一是国内外研究热点选择了海因类抗菌材料中的n 卤胺基作为抗菌 官能团。其原因可归结为海圆类抗菌材料具有广谱、高效、兀毒( 或 低毒) 及可再生等特点。二是集中在对海因母体3 位上的修饰，通过 引入可聚合官能团再经共聚生成不溶性高分子海因类抗菌材料；三是 1 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 通过在已有高分子聚合物上接枝n 氯胺生成抗菌高分子材料。我们认 为上述方法存在以下缺陷： 1 ) 末形成分支研究领域，相关研究刚刚起步，产品结构、实验数 据和基础理论存在许多空白。 2 ) 局限在对海因母体3 位的化学修饰。由于形成的抗菌材料只 含一个n - 卤胺基团，其抗菌活性小，并且只含有n c l 基团。我们认 为，如能引入n - b r 、n i 或它们的混合基团，或者通过共聚引入季铵 基和季膦基，其材料的抗菌活性和潜在应用更具挑战性。 3 ) 在聚海因结构中的杀菌基团只有n 卤胺基，尚未发现同时含 有n 卤胺基与季胺盐或季膦盐的聚海因抗菌材料。我们