工業(yè)殺菌劑的進(jìn)展

1、工業(yè)殺菌劑的進(jìn)展摘要:以丙烯酸甲酯為起始原料，經(jīng)硫化、胺解、氯環(huán)化三步得到5-氯-2-正辛基-4- 異噻唑琳-3-酮,總收率16 - 7%。以雙酚F為主體，上述異噻唑琳酮為客體,質(zhì)量比 為4 : 1,形成分子包合物。產(chǎn)物結(jié)構(gòu)經(jīng)IR、1HNMR確認(rèn)，對7種微生物試驗，其抑 菌能力比同類產(chǎn)品Gathon C G大510倍；異唾哇琳酮類衍生物因其廣譜的抗菌 性而被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域。本文主要闡述了該類工業(yè)殺菌劑的發(fā)展歷 程、主要化合物結(jié)構(gòu)種類、特性、在工業(yè)上的應(yīng)用及微生物對其產(chǎn)生抗藥性等方 面的研究進(jìn)展，并對其今后的發(fā)展動向做了展望。關(guān)鍵詞:異噻唑琳酮;雙酚F;包合物;殺菌劑；異魂噢琳酮衍生

2、物;工業(yè)殺菌劑;殺菌 機(jī)制;微生物抗藥性1、工業(yè)殺菌劑發(fā)展歷程工業(yè)殺菌劑是在工業(yè)領(lǐng)域中用以殺滅或抑制微生物生長的制劑1。異噻唑琳酮類化合物*(1)是一類新型的高效廣譜殺菌劑，具有殺菌、殺藻防霉等性能，從80年代開始已廣泛用于工業(yè)各個領(lǐng)域2-3。目前已商品化的有Gathon C GIn皿.口土r 和口 -的混合物(II),美國Rohm and Haa公司生產(chǎn)。文獻(xiàn)報點:一是水溶性差,二是對皮膚有較強(qiáng)腐蝕性，三是熔點低，不便于做成制劑。我們在 擬定I的簡易合成路線的同時,參考有關(guān)文獻(xiàn)47，以I為客體,與主體雙酚F制成 包合物(W),而以雙酚F為主體化合物未見文獻(xiàn)報道，其包合物收到理想的殺菌效 果。

3、化合物III英文名是 5-chloro-2-n-octyl-4-isothia-olin-3-one，簡稱 COIO;中文名 是5-氯-2-正辛基-4-異噻唑琳-3-酮。作者提出的合成路線如下：.il HXJ.i根甲斷其中用正辛胺對酯進(jìn)行胺解一步未見文獻(xiàn)報道。三步總收率為16.7%。雙酚F及包合物的反應(yīng)過程為:中間及最終產(chǎn)物經(jīng)測定熔點、IR以及1HNMR譜等數(shù)據(jù)予以確認(rèn)，并補充了文 獻(xiàn)沒有報道的部分波譜數(shù)據(jù)。最終產(chǎn)物經(jīng)抑菌試驗得到理想的效果。近幾十年來，一些雜環(huán)化合物如異唾哇琳酮類衍生物(結(jié)構(gòu)式見圖1)，因其 優(yōu)良性能成為新型殺菌劑開發(fā)的主流，被廣泛研究和投人工業(yè)應(yīng)用。20世紀(jì)50 年代末期，

4、一些簡單的異唾哇琳酮化合物的殺菌作用引起化學(xué)家的廣泛興趣，20 世紀(jì)60年代中期Goerdeler和Mittler最早提出該類化合物的合成方法。之后美 國Rohm & Haas公司對其進(jìn)行研制并于20世紀(jì)70年代初最先取得專利冏，注冊為kathon系列產(chǎn)品9-16，此后該類化合物開始逐漸應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。圖1一些異唾哇琳酮衍生物的結(jié)構(gòu)到20世紀(jì)80代后期，國外對這類化合物的研究達(dá)到了高潮。最初應(yīng)用于工 業(yè)殺菌劑的異唾哇琳酮衍生物主要是5-氯-2 一甲基一 4 一異唾哩琳-3-酮(CMIT) 和2 一甲基一 4 一異唾哇琳-3-酮(MIT)(如圖2所示)。隨著新的衍生物成分的不 斷開發(fā)，該類產(chǎn)品在

5、殺菌性能及使用范圍上的優(yōu)良性能逐漸被人們認(rèn)識。1986 年Godfrey合成了一種新的異唾哇琳酮化合物，5 一苯氧基一 4-澳-2-節(jié)基一 3 一 異唾哇琳酮（圖la）,它可以用作植物生長調(diào)節(jié)劑、農(nóng)用化學(xué)品和工業(yè)殺菌劑。1990 年Collie:和Ramsey合成1,2 一苯并一 3 一異噬哇琳酮（圖2）17,是一種具有高效 廣譜殺菌性能的新型衍生物，不但對細(xì)菌、真菌、放線菌有明顯抑制作用，對植 物的腐爛病、動物標(biāo)本保存、皮革保存等也有良好的防治效果。1991年Amic合 成5-氯-2- （4-抓苯基）-3 一異唆哇琳酮（圖1b）1，生物學(xué)檢測發(fā)現(xiàn)該化合物在較小 的濃度下（4-200 mg/k

6、g）就可以有效抑制金黃色葡萄球菌、銅綠假單細(xì)胞菌和尼 日爾曲霉菌等各種微生物。1999年初由美國Rohm邑Haas公司開發(fā)的4,5 一二 氯-2 一正辛基一 4 一異唾哇琳-3-酮（DCO-IT）化合物，是在世界范圍內(nèi)廣泛用于 船舶涂料的對環(huán)境友好的海洋防污劑，在1996年贏得了 Presidential Green Chemistry Challenge 獎，有綠色防污劑之稱（圖 2）0 2002 年 Morales 和 Abadia 等 人報道了 4,5 二氯-2 一壬基一 3 一異唾哇琳酮的有機(jī)錫化合物可作為一種性能 良好的抗菌劑（圖lc）用于海洋防腐涂料的配方中。2004年日本的Oki

7、-moto和 Mukunoki等人報道了 4,5 二氯-2 一辛基一 3-異唾哇琳酮（圖1d）用于船舶、魚 網(wǎng)的防腐及地下水系的抑菌18.我國該類殺菌劑的研究興起于20世紀(jì)80年代末，最早作為化妝品防腐防霉 劑介紹到國內(nèi)市場，90年代初開始在工業(yè)循環(huán)冷卻水中作殺菌滅藻劑得到廣泛 應(yīng)用，有不少關(guān)于新型衍生物合成和其抑菌性能的報道，早期的研究主要集中在 對已知異唾哇琳酮類衍生物合成的探索以及殺菌效果的檢測上，近些年來才進(jìn)人 自主研究開發(fā)階段。從1998年浙江省化工研究院到2008年中國科學(xué)院海洋研 究所20，相繼有人合成了新型的異唾哇琳酮類衍生物，并對其在化妝品、清潔用 品、工業(yè)冷卻循環(huán)水等領(lǐng)域內(nèi)

8、的防腐防霉性能做了詳細(xì)的研究。新型的異唾哇琳 酮類衍生物的開發(fā)及其生物學(xué)功能的系列研究，大大的加速了工業(yè)殺菌劑的發(fā) 展，為研制新型的能在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的高效殺菌劑提供了重要的理論基礎(chǔ)和指 導(dǎo)意義。2、殺菌劑的主要種類及結(jié)構(gòu)特點異唾哇琳酮屬于雜環(huán)類有機(jī)化合物，其結(jié)構(gòu)式如圖2 （a）、圖2 （b）所示，其衍生 物是指在2位、4位、5位上被其他物質(zhì)取代所形成的化合物。圖2工業(yè)上8種常見的用作殺菌劑的異噬哇琳酮類衍生物2 一甲基一 4 一異唾哇琳-3-酮(MIT), 2位的H由甲基取代形成。5-抓-2 一 甲基一 4 一異唾哇琳-3-酮(CMIT)，在MIT上5位被抓原子取代所形成。2-正辛 基一 4

9、 一異唾哇琳-3-酮(OIT) , 2位氫原子由正辛基取代形成。5-抓-2 一正辛基 一 4 一異唾哇琳-3-酮(CO-IT)，在OIT上4位被氯原子取代形成。4,5 二氯-2- 正辛基一 4 一異唾哇琳-3-酮(DCOIT), OIT上4, 5兩位點同時被氯原子取代形成。 1,2 一苯并一異唾哇琳-3-酮(BIT) 4, 5位上的烯鍵加上苯環(huán)形成。N-正丁基一 1,2 一苯并一異唾哇琳-3-酮(BBIT), BIT上的2位H原子由正丁基取代形成。2 一甲 基一 4,5 一亞丙基一 4 一異唾哇琳-3-酮(MTD, 4, 5位上的烯鍵與亞丙基構(gòu)成戊環(huán) 形成(圖2)。異唾哇琳酮及其衍生物類化合物

10、開發(fā)至今種類繁多，目前在國內(nèi)外市場上常 見的異唾哇琳酮類衍生物主要有以上8種，其中MIT和CMIT是應(yīng)用最廣泛的 化合物，DCOIT是新開發(fā)的用于船舶涂料的新型“綠色”防污劑。這些化合物 因其結(jié)構(gòu)的差異在殺菌性能上也顯示了不同的特點。材料的抗微生物處理，材 料在最終的自由狀態(tài)下有少量或無水分，如漆膜或勃合劑膜、紡織品、紙、紙板、 塑料產(chǎn)品、皮革及建材等。3、殺菌劑特點及應(yīng)用異唾哇琳酮衍生物具有以下優(yōu)點而在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。首先具有高 效、廣譜的殺菌性能。異唾哇琳酮對大多數(shù)細(xì)菌、霉菌、藻類等具有良好的殺滅 效果，活性強(qiáng)，在低濃度時效果就非常顯著。其次是使用條件的優(yōu)越性，表現(xiàn)在: 第一，配伍性

11、好，與各種溶劑、助劑，例如乙醇、乙二醇，各種離子型、非離子 型表面活性劑、乳化劑等有極好的相溶性;第二，pH值適應(yīng)范圍寬，pH在I-9. 5 仍有效;使用時操作極為方便，不產(chǎn)生任何氣泡;第三，與其他殺菌劑相比，異唾 哇琳酮衍生物類殺菌劑最明顯的優(yōu)越性表現(xiàn)在其對環(huán)境的友好性，能夠自然生物 降解，在體內(nèi)不積累。StephenF在1975年對MIT和CMIT在自然條件下的消耗 速率和代謝模式進(jìn)行了研究21-22并確定了他們在水生環(huán)境中的自然降解途徑。 發(fā)現(xiàn)在水生和地表環(huán)境中，通過水解、光化學(xué)和生物學(xué)的作用，兩個化合物在 lmg/kg的水平能夠被較快降解，生成丙二酸、乙酸、甲酸、二氧化碳等簡單的化 合

12、物;在增加溫度和pH值時，水解作用也會增加。另一方面，該衍生物也會隨著 殺菌過程而被消耗。另外，對MIT, CMIT, DCOIT的生物累積因子的研究發(fā)現(xiàn)， 異唾哇琳酮類生物殺菌劑具有最小的生物累積性;并且DCOIT對環(huán)境危害性評估 也顯示，異024琳酮類化合物對環(huán)境的影響是可以忽略的。國內(nèi)異唾噢琳酮在工業(yè)應(yīng)用上的研究始于20世紀(jì)90年代末。1997年，齊 魯石化公司研究院的田正菊等人就對異唾哇琳酮殺菌劑在石化循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行 應(yīng)用試驗CisJ，其后該化合物在工業(yè)水處理中的應(yīng)用逐步深人，微生物的抗性和 治理的研究也逐漸引起人們的重視。甲基異唾哇琳酮在2004年獲得日本厚生省 及醫(yī)藥事務(wù)局的應(yīng)用許

13、可。我國衛(wèi)生部在2007年6月也頒布了關(guān)于批準(zhǔn) 9.690OMIT作為化妝品原料使用的通知。目前異唾哇琳酮類衍生物在工業(yè)上的應(yīng) 用領(lǐng)域可歸納為以下3類:工業(yè)水基工作流體，包括循環(huán)冷卻水、紙和紙漿生 產(chǎn)用水及懸浮液，油田二次開采系統(tǒng)，鉆井流體，金屬加工流體;水基流體的 罐內(nèi)保護(hù)，如聚合物乳液、水基漆和膠戮劑、墨水、淀粉漿料、礦物漿料、水泥 添加劑、鉆井泥漿、水性化妝品及清洗。4、抗藥性的產(chǎn)生及發(fā)展趨勢異唾哇琳酮類衍生物屬于親電活性的殺微生物劑，通過非特異性捕捉微生物 細(xì)胞上的親核組分，如含有一 SH的蛋白質(zhì)、酶或者氨基酸等，發(fā)生親電加成或 取代反應(yīng)，干擾和破壞細(xì)胞相關(guān)生理代謝活動，導(dǎo)致微生物生長

14、繁殖被抑制甚至 死亡1f石油化 工，1997, 25 (3): 174-176.Wilfried Paulus. Directory of microbiocides for protection of materials M.London: Kluwer Academic Publishers,2004: 9-10.Brian Derby. Microbiologically influenced corrosion M.London, Springer, 2008: 133-145.22王春華，謝小保，曾海燕，等.徽生物對工業(yè)殺苗荊的抗藥性研究進(jìn)展J. 徽生物學(xué)通報，2007, 34 (4): 791-794.Brozel V S, Cloete T E. Resistance of Pseudomonas aeruginosa to isothiazolone J. J Appl Bacteriol, 1994, 76, 576- 582.Chapman John S. Disinfectant resistance mechanisms cross- resistance an