董 苗, 胡 玥, 陳俊華, 林 強(qiáng), 楊建新*

(1. 海南大學(xué) 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院 海南省精細(xì)化工工程技術(shù)研究中心，海南 ?？?570228；2. 海南師范大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，海南 ?？?571158)

在開(kāi)發(fā)和利用海洋資源的過(guò)程中，常常會(huì)面對(duì)由海洋生物污損引發(fā)的問(wèn)題[1]。海洋生物污損是指海洋動(dòng)物、植物和微生物附著在海洋固體物表面并生長(zhǎng)繁殖的現(xiàn)象。這會(huì)給海洋設(shè)施和海洋生產(chǎn)科研活動(dòng)造成嚴(yán)重危害[2]。例如降低航速、增加航行阻力、腐蝕船底和破壞船體等。為了減少海洋生物污損對(duì)海洋經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響，研究人員開(kāi)發(fā)了形式多樣的海洋防污技術(shù)，以減少海洋污損生物的危害[3-4]。

有機(jī)錫防污涂料是一種高效、廣譜的海洋防污涂料。然而，這種涂料會(huì)在生物體內(nèi)沉積，并可能沿著食物鏈影響人類(lèi)健康。因此，國(guó)際海事組織(IMO)明確禁止在船舶上使用有機(jī)錫防污涂料[5]。除有機(jī)錫防污涂料，氧化亞銅防污涂料的使用率也較高。這種涂料長(zhǎng)期使用后會(huì)造成銅元素富集效應(yīng)，造成海藻等死亡[6]。

吲哚類(lèi)化合物具有良好的生物活性和環(huán)境安全性，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、醫(yī)藥和香料等領(lǐng)域[7-9]。吲哚化合物在海洋船舶防污涂料中也表現(xiàn)出潛在應(yīng)用前景。Olguin等[10]發(fā)現(xiàn)6-溴吲哚-3-甲醛和2,5,6-三溴-1-甲基-3-二甲胺基吲哚對(duì)藤壺幼蟲(chóng)的EC50分別為5 μg/mL和1 μg/mL，其防污活性是三丁基氧化錫的兩倍，5,6-二氯-1-甲基-3-二甲胺基吲哚的防污活性是三丁基氧化錫的4倍[11]。

本文以吲哚為原料，與碳酰氯或磺酰氯反應(yīng)，合成了7個(gè)N-?；〈倪胚峄衔?a～g, Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和元素分析確證。研究了化合物對(duì)球等鞭金藻、亞心形扁藻和舟形藻以及藤壺幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)抑制活性。

Scheme 1

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

ZF-1型紫外分光光度計(jì)；BRUKER AV-400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Vario Micro cube型元素分析儀；XTS30型體視顯微鏡。

所用試劑均為分析純。

1.2 a～g的合成(以a為例)

在50 mL兩口燒瓶中，依次加入NaH 0.38 g(0.015 mol)和無(wú)水DMF 10 mL，氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌下于室溫反應(yīng)10 min。緩慢滴加0.94 g(0.008 mol)吲哚的DMF(10 mL)溶液，滴畢，攪拌下反應(yīng)30 min。緩慢滴加酰氯，滴畢，攪拌下反應(yīng)4 h。加入60 mL去離子水，用乙酸乙酯(35 mL)萃取，合并有機(jī)相，依次用去離子水洗滌，無(wú)水MgSO4干燥，減壓蒸除乙酸乙酯得深黃色黏稠液體，經(jīng)硅膠柱層析(乙酸乙酯/石油醚=1/20)純化得a。

用類(lèi)似的方法合成b～g。

N-苯甲?；胚?a): 淡黃色液體，產(chǎn)率78.9%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.44(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.78(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.63～7.66(m, 2H), 7.57(t,J=7.6 Hz, 2H), 7.43(t,J=7.6 Hz, 1H), 7.37(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.34(d,J=3.6 Hz, 1H), 6.66(d,J=3.6 Hz, 1H); IRν: 3050(C=C), 1691(C=O), 1537, 1456(C=C), 1339(C—N), 722(C—H) cm-1; Anal. calcd for C15H11NO: C 81.43, H 5.01, N 6.33, found C 81.40, H 4.96, N 6.36。

N-對(duì)甲氧苯甲?；胚?b): 淡黃色液體，產(chǎn)率56.1%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.35(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.77～7.72(m,J=8.0 Hz, 2H), 7.62(d,J=3.6 Hz, 1H), 7.40～7.34(m, 2H), 7.30(t,J=8.0 Hz, 1H), 7.05～6.98(m, 2H), 6.63(d,J=3.6 Hz, 1H), 3.90(s, 3H); IRν: 3056(C=C), 2957(CH3), 1630(C=O), 1556, 1461(C=C), 1380(CH3), 1344(C—N), 759(C—H) cm-1; Anal. calcd for C16H13NO2: C 76.48, H 5.21, N 5.47, found C 76.41, H 5.19, N 5.39。

N-丁酰基吲哚(c): 淡黃色液體，產(chǎn)率67.8%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.52(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.60(d,J=7.6 Hz, 1H), 7.51(d,J=4.0 Hz, 1H), 7.39(t,J=8.0 Hz, 1H), 7.31(t,J=8.0 Hz, 1H), 6.68(d,J=4.0 Hz, 1H), 2.94(t,J=7.2 Hz, 2H), 1.87～1.97(m,J=7.2 Hz, 2H), 1.12(t,J=7.2 Hz, 3H); IRν: 3058(C=C), 2962(CH3), 2924(CH2), 1709(C=O), 1635(C=C), 1537, 1453(C=C), 1384(CH3), 1339(C—N), 750(C—H) cm-1; Anal. calcd for C12H13NO: C 76.98, H 7.00, N 5.48, found C 76.91, H 6.96, N 5.39。

N-丙?；胚?d): 淡黃色液體，產(chǎn)率53.3%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.51(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.60(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.52(d,J=4.0 Hz, 1H), 7.39(t,J=8.0 Hz, 1H), 7.32(t,J=7.6 Hz, 1H), 6.68(d,J=4.0 Hz, 1H), 2.98～3.03(m,J=7.2 Hz, 2H), 1.39(t,J=7.2 Hz, 3H); IRν: 3058(C=C), 2960(CH3), 2925(CH2), 1710(C=O), 1634(C=C), 1537, 1454(C=C), 1382(CH3), 1344(C—N), 743(C—H) cm-1; Anal. calcd for C11H11NO: C 76.28, H 6.40, N 5.44, found C 76.33, H 6.32, N 5.39。

N-對(duì)甲苯甲?；胚?e): 淡黃色液體，產(chǎn)率57.6%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.42(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.69(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.64(d,J=7.6 Hz, 1H), 7.42(t,J=8.0 Hz, 1H), 7.35(m, 4H), 6.65(d,J=3.6 Hz, 1H), 2.50(s, 3H); IRν: 3052(C=C), 2964(CH3), 1678(C=O), 1607(C=C), 1542, 1450(C=C), 1382(CH3), 1344(C—N), 750(C—H) cm-1; Anal. calcd for C16H13NO: C 81.68, H 5.57, N 5.95, found C 81.62, H 5.54, N 5.93。

N-苯磺?；胚?f): 白色片狀晶體，產(chǎn)率61.9%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.04(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.92(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.61(d,J=3.6 Hz, 1H), 7.55～7.58(m, 2H), 7.47(t,J=8.0 Hz, 2H), 7.35(t,J=8.0 Hz, 1H), 7.23(t,J=7.6 Hz, 1H), 6.71(d,J=3.6 Hz, 1H); IRν: 3056(C=C), 1633(C=C), 1545, 1445(C=C), 1371(C—N), 1177, 1128(O=S=O), 726(C—H) cm-1; Anal. calcd for C14H11NO2S: C 65.35, H 4.37, N 5.44, found C 65.33, H 4.32, N 5.39。

N-對(duì)甲苯磺?；胚?g): 白色針狀晶體，產(chǎn)率66.7%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.98(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.76(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.57(d,J=3.6 Hz, 1H), 7.53(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.31(t,J=7.2 Hz, 1H), 7.21～7.24(m, 3H), 6.66(d,J=3.6 Hz, 1H), 2.34(s, 3H); IRν: 3031(C=C), 2958(CH3), 1632(C=C), 1493, 1444(C=C), 1368(C—N), 1171, 1127(O=S=O), 679(C—H) cm-1; Anal. calcd for C15H13NO2S: C 66.40, H 4.83, N 5.16, found C 66.33, H 4.72, N 5.27。

1.3 抑藻活性測(cè)試

參考文獻(xiàn)[12]方法測(cè)定稀釋液的吸光值和藻液濃度平均值，繪制藻液濃度(y)和吸光值(x)之間的線性回歸方程。配制0.1 g/mL的測(cè)試化合物溶液，取1 mL加入錐形瓶中，每個(gè)化合物設(shè)定3組平行樣，以純?cè)逡簽殛幮詫?duì)照，吲哚(YD)的藻液為陽(yáng)性對(duì)照。每隔12 h測(cè)定各錐形瓶?jī)?nèi)藻液的吸光度值，根據(jù)線性回歸方程換算出對(duì)應(yīng)的藻液濃度，繪制時(shí)間-藻液濃度曲線[13]。

1.4 抑制藤壺幼蟲(chóng)生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)

參考文獻(xiàn)[14]方法進(jìn)行藤壺幼蟲(chóng)生長(zhǎng)抑制實(shí)驗(yàn)。配制濃度為3.0、 2.5、 2.0、 1.5、 1.0 mg/L的待測(cè)化合物溶液，每個(gè)培養(yǎng)皿中放置30只新鮮的藤壺幼蟲(chóng)，分別加入化合物，在12 h、 24 h時(shí)用顯微鏡觀察，記錄每個(gè)培養(yǎng)皿中藤壺幼蟲(chóng)的存活情況。藤壺幼蟲(chóng)停止游動(dòng)超過(guò)15 s，可認(rèn)為已經(jīng)死亡。及時(shí)取出已經(jīng)死亡的幼蟲(chóng)，防止影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

1.5 淺海掛板實(shí)驗(yàn)

按《防污漆樣板淺海浸泡試驗(yàn)方法》(GB/T 5370-2007)，研究a～g的防污性能[15]。以a～g為防污劑,制備涂料。涂料基料采用丙烯酸磁漆，受試化合物的質(zhì)量濃度為10%，對(duì)照組為含相同濃度的YD涂料實(shí)驗(yàn)樣板及空白樣板。將制作好的實(shí)驗(yàn)樣板做好標(biāo)記并以拍照方式記錄初始狀態(tài)，平均浸海深度為1 m，每月觀察一次并記錄。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為海南省海口市秀英港碼頭。

2 結(jié)果與討論

2.1 表征

以化合物a為例，分析了目標(biāo)化合物的1H NMR譜圖(圖略)。由圖可知，苯環(huán)氫的特征峰位于δ8.43～8.45, 7.77～7.79, 7.63～7.66, 7.57～7.59, 7.33～7.37,五元環(huán)中雙鍵氫的特征峰位于δ7.41～7.44, 6.65～6.66。

2.2 藻類(lèi)生長(zhǎng)抑制活性

以時(shí)間(h)為橫坐標(biāo)，根據(jù)藻液濃度(y)-吸光值(x)的線性回歸方程，換算出藻液濃度為縱坐標(biāo)，分析了目標(biāo)化合物a～g在72 h內(nèi)對(duì)藻類(lèi)的生長(zhǎng)影響情況(圖1)。

時(shí)間/h

時(shí)間/h

時(shí)間/h圖 1 目標(biāo)化合物a～g在72 h內(nèi)對(duì)球等鞭金藻(a)、亞心形扁藻(b)和舟形藻(c)的生長(zhǎng)影響情況

由圖1a可知，培養(yǎng)24 h后，苯甲酰基取代的化合物a對(duì)球等鞭金藻的抑制作用顯著，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，化合物a、b、f、g隨時(shí)間的增加抑制作用增強(qiáng)。加入苯磺酰基取代化合物f、g的藻液濃度在72 h內(nèi)一直較低，且隨時(shí)間的延長(zhǎng)持續(xù)下降。說(shuō)明苯磺酰基取代化合物的抑制作用比苯甲?；?lèi)化合物強(qiáng)。對(duì)于苯甲?；〈幕衔颾，藻液培養(yǎng)濃度持續(xù)低于化合物e的濃度，說(shuō)明苯環(huán)上連接吸電子基團(tuán)的化合物(b)對(duì)球等鞭金藻生長(zhǎng)抑制作用優(yōu)于連接供電子基的化合物(e)。

圖1b為目標(biāo)化合物對(duì)亞心形扁藻的生長(zhǎng)影響。由圖可知，含有待測(cè)化合物的藻液在培養(yǎng)12 h后，所有測(cè)試的化合物作用均不明顯，說(shuō)明該種藻類(lèi)對(duì)這種化合物表現(xiàn)出較好的耐受性。培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)到24 h，測(cè)試化合物開(kāi)始表現(xiàn)出對(duì)亞心形扁藻的抑制作用。其中，磺酰基取代的化合物f和g的藻液在72 h內(nèi)，藻液濃度一直處于較低水平，且隨著時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸降低，明顯優(yōu)于苯甲?；〈幕衔锛皩?duì)照組YD。

圖1c為目標(biāo)化合物對(duì)舟形藻的生長(zhǎng)影響。由圖可知，培養(yǎng)時(shí)間超過(guò)24 h，化合物f、g與其它化合物的差異非常明顯：隨著培養(yǎng)時(shí)間增長(zhǎng)顯示出明顯的抑制作用，且連接供電子基團(tuán)(CH3)時(shí)，對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)抑制作用增強(qiáng)。

綜上可知，化合物f、g對(duì)3種藻類(lèi)的抑制活性最好。整體而言，各化合物對(duì)球等鞭金藻的抑制活性較高，舟形藻較低，亞心形扁藻居中。

2.3 藤壺幼蟲(chóng)生長(zhǎng)抑制實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2為目標(biāo)化合物溶液對(duì)藤壺幼蟲(chóng)的抑制率。由圖2可知，化合物對(duì)藤壺幼蟲(chóng)均有一定的生長(zhǎng)抑制作用，且效果均優(yōu)于對(duì)照組YD。其中，以1.0 mg/L待測(cè)化合物溶液培養(yǎng)藤壺幼蟲(chóng)12 h，苯磺酰基取代的吲哚化合物f和g的溶液中藤壺幼蟲(chóng)死亡率較高(80%和67.78%)，其次為苯甲?；〈幕衔颽和b(37.78%和47.78%)，說(shuō)明在此濃度下化合物f和g的抑制作用較強(qiáng)。

表1為化合物的半致死濃度(LC50)[16]。由表1可知，目標(biāo)化合物在 12 h和24 h的LC50均低于對(duì)照組YD，說(shuō)明目標(biāo)化合物對(duì)藤壺幼蟲(chóng)生長(zhǎng)抑制作用均強(qiáng)于YD。

濃度/mg/L

濃度/mg/L圖 2 藤壺幼蟲(chóng)12 h(a)和24 h(b)的死亡率

表 1 化合物a～g對(duì)網(wǎng)紋藤壺二期無(wú)節(jié)幼蟲(chóng)的LC50

2.4 淺海掛板實(shí)驗(yàn)

圖3為海洋掛板90 d后，實(shí)驗(yàn)板的變化情況。圖4為生物統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)圖，橫坐標(biāo)為藤壺的平均密度。由圖可知，以合成的系列吲哚類(lèi)化合物作為防污劑，涂料漆膜表面成體藤壺生長(zhǎng)平均密度為98～574個(gè)/m2，遠(yuǎn)低于對(duì)照組YD的平均生長(zhǎng)密度(1288個(gè)/m2)和空白實(shí)驗(yàn)樣板的平均密度(2111個(gè)/m2)。其中以化合物f為防污劑的實(shí)驗(yàn)樣板表面光滑，幾乎沒(méi)有藻類(lèi)沉積，僅有少量藤壺及牡蠣等污損生物附著，藤壺附著平均密度均小于100個(gè)/m2，防污性能最好。

圖 3 浸海實(shí)驗(yàn)樣板照片

個(gè)/m2圖 4 藤壺的平均密度

3 結(jié)論

以吲哚為底物，合成了系列N-?；〈胚嵫苌锊y(cè)試了它們對(duì)部分海洋藻類(lèi)和藤壺幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)抑制活性。結(jié)果表明，當(dāng)吲哚結(jié)構(gòu)連接電負(fù)性較高的基團(tuán)時(shí)，化合物對(duì)藻類(lèi)和藤壺幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)抑制性較好，其中以連接苯磺酰基化合物的抑制效果最佳。目標(biāo)化合物對(duì)藤壺幼蟲(chóng)12 h和24 h的半致死濃度(LC50)明顯低于底物吲哚，其中以苯磺酰基取代的化合物最低。采用目標(biāo)化合物制備的海洋防污涂料，淺海掛板90 d后，對(duì)海洋污損生物的附著表現(xiàn)出明顯的抑制作用。