CN104073045B - 卤代吲哚及其衍生物作为海洋防污剂的应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋防污涂料技术领域，具体的说是一种卤代吲哚及其衍生物作为海洋防污剂的应用。卤代吲哚及其衍生物作为海洋防污剂的应用。所述卤代吲哚、卤代吲哚衍生物中的一种或几种作为海洋防污剂的应用。本发明所述卤代吲哚类化合物能够抑制海洋污损微生物、海洋藻类、大型海洋污损动物的附着，显示出高效、广谱的防污活性。卤代吲哚类化合物广泛存在于海洋生物中，易于被生物降解，低毒、无污染，用其制备的海洋防污剂不含重金属，不会对环境造成危害。同时，卤代吲哚类化合物人工合成方法简单，有利于其在海洋防污涂料中的应用。

Description

卤代吲哚及其衍生物作为海洋防污剂的应用

技术领域

本发明属于海洋防污涂料技术领域，具体的说是一种卤代吲哚及其衍生物作为海洋防污剂的应用。

背景技术

海洋污损生物附着在舰船、码头、海水养殖网箱的表面，对海洋军事、海洋运输、水产养殖等产生巨大的经济损失，据不完全统计，全世界生物污损造成的损失每年约几百亿美元。

防污涂料是解决生物污损最有效、也是最经济的方法。传统防污涂料主要是通过缓慢释放含有铜、锡、汞、铅等重金属来达到防污效果的，但是这类防污剂对海岸污染严重，对海洋生态以及人类的饮食健康均存在一定的安全隐患。特别是有机锡类的化合物毒性较强且在自然环境中不易被降解，具有典型的致癌致畸致突变的毒性效应。鉴于上述传统防污剂的缺点，需要开发一类不含金属的低毒高效的防污剂来替代有机锡重金属防污剂。目前，相关研究工作主要集中在从生物次生代谢产物中寻找天然海洋防污剂，这类化合物具有以下特点：1）在一定浓度范围内，对污损生物有效，非污损生物无效，即存在特异性；2）环境中的半衰期短，易降解，防止在食物链中富集至有毒水平。但是，它们由于种类少、数量有限，难以满足海洋防污涂料工业化生产的需要。

专利CN200810016654.8公开利用丹皮酚及其衍生物作为海洋防污剂，对硅藻、贻贝均具有较强的抑制作用，有效抑制浓度小于10mg/L；专利CN201010155166.2公开合成苯并异噻唑啉酮类化合物，该类化合物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌具有明显的抑菌效果，可以有效生物膜的生长；专利CN200410036387.2公开合成吲哚酰胺衍生物并制备成防污涂料进行海上防污活性评价；专利CN201210244723.7公开了吲哚生物碱类化合物及其盐类对藤壶幼虫附着活性评价，EC50值为6.16～17.51mg/L。这类化合物对海洋污损生物的附着有一定的抑制作用，但是效果尚未能与有机锡类化合物相媲美，同时，人工合成化合物结构复杂、产率低，仍需进一步研发高效、低毒的海洋防污剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卤代吲哚及其衍生物作为海洋防污剂的应用。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种卤代吲哚及其衍生物作为海洋防污剂的应用。所述卤代吲哚、卤代吲哚衍生物中的一种或几种作为海洋防污剂的应用。

所述卤代吲哚、卤代吲哚衍生物中的一种或几种作为有效成分与防污涂料混合作为海洋防污剂的应用，其中所述其有效成分为防污涂料重量的1%-20%。

所述卤代吲哚衍生物的分子式为C₈H_mNR₁R₂，结构式为：

其中R₁选自氢、卤素、醛基、氰基、酰胺基、乙酰肼、硝基、氨基中的一种；

R₂选自氢、卤素、甲基、氰基、硝基、氨基中的一种或两种；

m是2-6的整数。

进一步的说，所述R₁为氢、卤素、醛基、氰基、酰胺基中的一种；所述的R₂为氢、卤素、甲基、氰基、硝基、氨基中的一种或两种；m为3-5的整数。

更进一步的说，所述卤代吲哚、卤代吲哚衍生物为4-氟吲哚、5-氟吲哚、6-氟吲哚、7-氟吲哚、3-氯吲哚、4-氯吲哚、5-氯吲哚、6-氯吲哚、7-氯吲哚、3-溴吲哚、4-溴吲哚、5-溴吲哚、6-溴吲哚、7-溴吲哚、3-溴-6-氟吲哚、4,5-二氟吲哚、4,6-二氟吲哚、4,7-二氟吲哚、5,6-二氟吲哚、5,7-二氟吲哚、4-氯-5-氟-吲哚、5,6-二氯吲哚，5,7-二氯吲哚、6-氯-5氟吲哚、4-溴-6-氟吲哚、5-溴-7-氟吲哚、5-溴-6-氯吲哚、5-氟-6-氯吲哚、6-溴-5-氟吲哚、6-溴-5-氯吲哚、7-溴-4-氟吲哚；4-氯-3-甲醛吲哚、4-溴-3-甲醛吲哚、5-氟-3-甲醛吲哚、5-溴-3-甲醛吲哚、6-氟-3-甲醛吲哚、7-氯-3-甲醛吲哚、6-溴-3-甲醛吲哚；3-溴-4-硝基吲哚、3-溴-5-硝基吲哚、3-溴-7-硝基吲哚、5-溴-7-硝基吲哚；3-溴-4-氰基吲哚、5-溴-3-氰基吲哚、7-氯-3-氰基吲哚、5-氟-3-氰基吲哚、6-溴-3-氰基吲哚；5-溴-7-氨基吲哚；5-溴-3-乙酰胺吲哚或4-氟-5,7-二甲基吲哚。

本发明具有以下优点：

1.本发明卤代吲哚，作为海洋海鞘、海绵、苔藓虫等生物的次生代谢产物，水溶性差，防污性能高，水中易被降解，适用于海洋防污剂。本发明所述卤代吲哚类化合物能够抑制海洋污损微生物、海洋藻类、大型海洋污损动物的附着，显示出高效、广谱的防污活性。卤代吲哚类化合物广泛存在于海洋生物中，易于被生物降解，低毒、无污染，用其制备的海洋防污剂不含重金属，不会对环境造成危害。同时，卤代吲哚类化合物人工合成方法简单，有利于其在海洋防污涂料中的应用。

2.卤代吲哚及其衍生物具有环境友好性，对污损生物具有趋避性，而无杀伤性；对海洋污损生物均具有明显的抑制作用，具有高效、广谱的生物活性。

3.本发明所采用的卤代吲哚及其衍生物结构简单，化学合成条件成熟、简单，产率高，有些已工业化大规模生产。

附图说明

图1为本发明实施例提供的卤代吲哚类化合物对紫贻贝足丝恢复情况图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明给予进一步说明，但本发明不限于此。

实施例1卤代吲哚对海洋污损微生物的抑制作用

海洋微型污损生物的生物检测模型采用海洋中最主要的微型污损生物——海洋污损细菌。由海上挂板获得生物膜，运用常规的微生物分离方法获得铜绿假单胞菌(Pseudonomas aeruginosa)。

将铜绿假单胞菌接种于液体LB海水培养基中，摇床培养过夜后，无菌海水稀释成菌体浓度为10⁶个/ml。

6-溴-3-氰基吲哚、3-溴-5-硝基吲哚、5-溴-6-氯吲哚以DMSO为溶剂配成浓度为100mg/L母液，按照倍稀法设置7个浓度梯度的母液（每个浓度DMSO浓度一定，且小于0.5%）。依次向24孔板中，每孔中加入不同浓度的母液、菌悬液、LB液体培养基及灭菌的盖玻片，对照组不加卤代吲哚母液，30C培养24小时，显微镜下观察盖玻片上细菌附着数量，各实验组和对照组均设置3个平行。实验结果表明，卤代吲哚在低浓度下可以明显抑制铜绿假单胞菌的附着，其EC₅₀为6.5mg/L、8.6mg/L、18.9mg/L。

实施例2卤代吲哚对海洋污损藻类的抑制作用

海洋微型污损生物的生物检测模型采用烟台海域中最主要的微型污损藻类——双眉藻。由本实验室海上挂板获得生物膜，运用常规的微藻分离方法获得的双眉藻（Amphora coffea eformis var.perpusilla），采用f/2培养基进行纯化培养。

将双眉藻接种于f/2培养基中，培养至对数生长期，无菌海水稀释成浓度为10⁶个/ml。

6-溴-3-氰基吲哚、3-溴-5-硝基吲哚、5-溴-6-氯吲哚以DMSO为溶剂配成浓度为100mg/L母液，按照倍稀法设置7个浓度梯度的母液（每个浓度DMSO浓度一定，且小于0.5%）。依次向24孔板中，每孔中加入不同浓度的母液、菌悬液、f/2培养基及灭菌的盖玻片，对照组不加卤代吲哚母液，20C培养，显微镜下观察圆形盖玻片上双眉藻附着数量，各实验组和对照组均设置3个平行。结果表明，卤代吲哚在低浓度下可以明显抑制双眉藻的附着和生长，其EC₅₀分别为0.90mg/L、0.84mg/L、1.03mg/L。

实施例3卤代吲哚对海洋大型污损生物的抑制作用

海洋大型污损生物的生物检测模型采用烟台海域最常见的代表生物—紫贻贝。由海上挂板采样获得紫贻贝（Mytilus edulis），长4.0cm左右，室内小球藻喂养，驯化至紫贻贝无死亡，足丝附着良好。

6-溴-3-氰基吲哚、3-溴-5-硝基吲哚、5-溴-6-氯吲哚分别用DMSO配成200g/L母液，按照被倍稀法设置7个浓度梯度的母液（每个浓度DMSO浓度一定，且小于0.5%）。依次向玻璃培养箱中加入10个足丝附着相当的紫贻贝、不同浓度的母液、新鲜的海水2L,对照组不加卤代吲哚母液。每天更换海水，观察紫贻贝足丝数，统计紫贻贝附着率、死亡率。各实验组和对照组均设置3个平行。结果表明，卤代吲哚能够抑制紫贻贝足丝的附着，并随处理时间的延长，足丝附着数、附着率逐渐降低，其EC₅₀分别为4.5mg/L、1.6mg/L、5.0mg/L。

实施例4卤代吲哚对海洋大型污损生物的环境友好性

实施例3处理3天后，将紫贻贝转移至新鲜的海水中，每天更换海水，统计足丝数、观察足丝附着率。结果表明，3天后卤代吲哚浓度小于10mg/L时，紫贻贝足丝可恢复至对照水平，如图1所示。

实施例5卤代吲哚防污涂料的制备

防污涂料可按照现有技术记载进行混配，再加入相应的卤代吲哚及其衍生物所得物防污漆，具体组成可按重量份数计：氯化橡胶25份、氯化石蜡10份、松香6份、二甲苯20份，助剂（分散剂、消泡剂、流平剂、消泡剂、防沉剂、增稠剂）1份、滑石粉5份、氧化铁红10份、二甲苯18份、卤代吲哚及其衍生物5份；

卤代吲哚防污涂料渗出率测定

将喷过底漆、中漆和上述防污漆的马口铁，晾干后，剪成15cm×5cm的样板，置于锥形瓶中，加入200ml人工海水，密封，23℃，120r/min。第1、3、5、7、10、14、21天时取样，采用HPLC测定海水中渗出的卤代吲哚及其衍生物的浓度。

渗出率计算公式：

$R=\frac{\mathrm{cVD}}{\mathrm{tA}}$ 公式1

式中R—防污剂渗出率，μg/（cm²·d）

c—有机防污剂渗出的浓度，μg/L；

V—渗出率测试容器中人造海水的体积，L；

D—二十四小时每天，24h/d；

t—浸于渗出率测试容器中测试筒旋转的时间，h；

A—漆膜表面积，cm²。

式中溶液体积是0.2L，漆膜表面积是150cm²（2×15cm×5cm）；则计算公式可简化为：

R=4.8C/150t 公式2

计算有机防污剂的渗出率。

卤代吲哚的海区静置挂板防污评价

参照国家标准GB/T-5370-2007，检验卤代吲哚及其衍生物作为海洋防污剂的防污效果。

将上述的防污漆喷刷在长250mm、宽150mm、厚2mm的低碳钢上，试验样板采用带槽长方木条两端用螺栓固定，样板浸海深度为1m。本实验于污损生物繁殖期—5月进行，选取烟台近海海水养殖区进行海上挂板，挂板时间12个月，定期对样板进行检查，采用文字及拍照的方式记录样板污损情况。观察时用海水轻轻除去样板上的海泥，同时除去样板边缘20mm的区域以消除边缘影响。同时，尽快缩短样板取出及观察时间，观察后立即将样板进入海水中，避免附着生物死亡影响结果。根据拍照结果计算样板中的附着生物量。实验结果如表1所示

表1卤代吲哚类化合物海上挂板防污性能比较

挂板时间	1个月	3个月	6个月	12个月
					空白样板	5**	60	100	100
6-溴-3-氰基吲哚	0	2.0	4.1	7.2
					3-溴-5-硝基吲哚	0	2.0	5.7	9.3
复合防污剂*	0	0	2.1	4.0

注：*为6-溴-3-氰基吲哚和3-溴-5-硝基吲哚质量比1:1复配

**表中数字为样板上海洋污损生物附着面积占样板面积的百分数

实验中对海洋污损微生物、藻类、贝类的生物活性评价，表明低浓度的卤代吲哚均能明显抑制其附着，具有广谱高效的抗污能力；对紫贻贝的恢复实验也表明卤代吲哚具有趋避性而无杀伤性，因此，可作为广谱低毒的海洋防污剂开发。

上述实施例中添加的卤代吲哚及其衍生物可由下述4-氟吲哚、5-氟吲哚、6-氟吲哚、7-氟吲哚、3-氯吲哚、4-氯吲哚、5-氯吲哚、6-氯吲哚、7-氯吲哚、3-溴吲哚、4-溴吲哚、5-溴吲哚、6-溴吲哚、7-溴吲哚、3-溴-6-氟吲哚、4,5-二氟吲哚、4,6-二氟吲哚、4,7-二氟吲哚、5,6-二氟吲哚、5,7-二氟吲哚、4-氯-5-氟-吲哚、5,6-二氯吲哚，5,7-二氯吲哚、6-氯-5氟吲哚、4-溴-6-氟吲哚、5-溴-7-氟吲哚、5-溴-6-氯吲哚、5-氟-6-氯吲哚、6-溴-5-氟吲哚、6-溴-5-氯吲哚、7-溴-4-氟吲哚；4-氯-3-甲醛吲哚、4-溴-3-甲醛吲哚、5-氟-3-甲醛吲哚、5-溴-3-甲醛吲哚、6-氟-3-甲醛吲哚、7-氯-3-甲醛吲哚、6-溴-3-甲醛吲哚；3-溴-4-硝基吲哚、3-溴-5-硝基吲哚、3-溴-7-硝基吲哚、5-溴-7-硝基吲哚；3-溴-4-氰基吲哚、5-溴-3-氰基吲哚、7-氯-3-氰基吲哚、5-氟-3-氰基吲哚、6-溴-3-氰基吲哚；5-溴-7-氨基吲哚；5-溴-3-乙酰胺吲哚、4-氟-5,7-二甲基吲哚中的一种或几种的混合进行相应的替换。

卤代吲哚及其衍生物制成防污涂料，海上挂板实验也表明其具有显著的防污效果，通过实验室的渗出率测定，表明其在海水中缓慢释放，可应用于海洋污损生物防除中。本发明卤代吲哚及其衍生物不仅可单组份用于海洋防污涂料的制备，也可与其他防污剂复配，增加其防污效果。

Claims (2)

1.一种卤代吲哚及其衍生物作为海洋防污剂的应用，其特征在于：所述卤代吲哚衍生物为质量比1: 1的6-溴-3氰基吲哚和3-溴-5硝基吲哚。

2.按权利要求1所述的卤代吲哚及其衍生物作为海洋防污剂的应用，其特征在于：所述卤代吲哚衍生物作为有效成分与防污涂料混合作为海洋防污剂的应用，其中所述其有效成分为防污涂料重量的1%-20%。