（海洋化学专业论文）新型吲哚类防污剂的合成及其应用性能研究.pdf

中国海洋大学硕士毕业论文 摘要 从海洋生物中分离的具有防污活性的天然化合物中，2 ，5 ，6 一三溴1 甲基芦竹 碱( t b g ) 由于其结构简单、防污活性高备受关注。本论文制备了5 , 6 - 二氯吲哚、 5 溴芦竹碱、5 , 6 一二氯芦竹碱，并与吲哚、5 溴吲哚、芦竹碱一起作为原料分别 与- e e - 硫代化合物通过迈克尔加成反应合成了一系列含t b g 衍生结构的n - 取代吲哚衍生物。它们分别为： 3 - ( 1 一吲哚基) 丙酸甲酯( i - m p ) 、3 - ( 5 溴一1 一吲哚基) 丙酸甲酯( b r i - m p ) 、3 - ( 5 ，6 一 二氯1 - 吲哚基) 丙酸甲酯( c l i m p ) 、3 - ( 3 一( ( 二甲氨基) 甲基) - 1 一吲哚基) 丙酸甲酯 ( g m p ) 、3 - ( 5 一溴- 3 一( ( 二甲氨基) 甲基) - 1 一吲哚基) 丙酸甲酯( b r g m p ) 、3 - ( 5 ，6 一 二氯- 3 一( ( 二甲氨基) 甲基) - 1 一吲哚基) 丙酸甲酯( c 1 g m p ) 、3 - ( 1 一吲哚基) 一n - ( 4 一异丙 氧基丙基) 丙酰胺( i - b p a ) 、3 - ( 5 - 溴一3 - ( ( 二甲氨基) 甲基) - l 吲哚基) 丙酸丁酯 ( b r g b p ) 、3 - ( 5 ，6 一二氯3 ( ( 二甲氨基) 甲基) 1 一吲哚基) 丙酸丁酯( c 1 g b p ) 、3 - ( 1 一 吲哚基) 丙酸( i - p a ) 、3 - ( 5 溴- l 一吲哚基) 丙酸( b r i - p a ) 、3 - ( 5 ，6 一二氯一1 - 吲哚基) 丙酸( c i i - p a ) 。 通过f t i r 、n m r 等仪器分析手段对所得产物的结构进行了表征。探讨了不 同因素对实验结果的影响，并优化了i - m p 和i p a 两种化合物的最佳合成条件。 b r g 、c i g 、b r g m p 、c i g m p 、b r g b p 、c 1 g b p 六种化合物的抑菌性能实 验结果表明，各吲哚衍生物均对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有一定的生长抑制作 用，各化合物的抑菌性能相对大小为：c i g b p c 1 g b r g b p c 1 g m p b r g b r g m p 。 以t 3 r g 、c i g 、b r g m p 、c i g m p 为防污剂的海洋防污涂料的实海挂板实验 表明，在考察期内，该防污涂料均具有较好的防污性能。 关键词：吲哚，合成，防污 中国海洋大学硕士毕业论文 a b s t r a c t m a n yn a t u r a lc o m p o u n d si s o l a t e df r o mt h em a r i n eo r g a n i s m sa ss e c o n d a r y m e t a b o l i t e ss h o wa n t i f o u l i n ga c t i v i t ya m o n gt h o s eb i o a c t i v em e t a b o l i t e s ， 2 , 5 ，6 一t r i b r o m o - 1 一m e t h y l g r a m i n e ( t b g ) h a sb e e na t t e n t i o n e db e c a u s e o f i t ss i m p l e s t r u c t u r ea n dh i g h l ya n t i f o u l i n ga c t i v i t y i nt h i st h e s i s ，1 2i n d o l ed e r i v a t i v e sh a v eb e e n s y n t h e s i z e db ym i c h a e la d d i t i o n ，a n dt h e ya r ea sf o l l o w s m e t h y l3 - ( 1h - i n d o l - 1 一y 1 ) p r o p a n o a t e ，m e t h y l3 - ( 5 - b r o m o - 1h i n d o l - 1 - y 1 ) p r o p a n o a t e ， m e t h y l3 - ( 5 ，6 - d i c h l o r o - 1 h i n d o l 一1 一y 1 ) p r o p a n o a t e ， m e t h y l3 - ( 3 - ( ( d i m e t h y l a m i n o ) m e t h y l ) - 1 h - i n d o l 一1 - y 1 ) p r o p a n o a t e ， m e t h y l3 - ( 5 一b r o m o - 3 一( ( d i m e t h y l a m i n o ) m e t h y l ) - 1h - i n d o l - 1 - y 1 ) p r o p a n o a t e ， m e t h y l3 - ( 5 ，6 一d i c h l o r o - 3 一( ( d i m e t h y l a m i n o ) m e t h y l ) 一1 h - i n d o l 一1 一y 1 ) p r o p a n o a t e ， b u t ) r 13 - ( 5 - b r o m o - 3 - ( ( d i m e t h y t a m i n o ) m e t h y l ) 一1h i n d o l 1 - y 1 ) p r e p a n o a t e ， b u t y l3 - ( 5 ，6 一d i c h l o r o - 3 一( ( d i m e t h y l a m i n o ) m e t h y l ) 一1h - i n d o l 一1 y 1 ) p r o p a n o a t e ， 3 一( i h i n d o l e - 1 - y 1 ) 一n - ( 4 一i s o p r o p o x y b u t y l ) p r o p a n a m i d e ，3 - ( i h - i n d o l - 1 一y 1 ) p r o p a n o i c a c i d ，3 - ( 5 一b r o m o 一1 h i n d o l 一1 - y 1 ) p r o p a n o i ca c i da n d3 - ( 5 ，6 一d i c h l o r o 一1 h - i n d o l 一1 一y 1 ) p r o p a n o i ca c i d a l lt i t l ec o m p o u n d sa r ei d e n t i f i e db ym e a n so ff t i ra n dn m r t h eo p t i m u m c o n d i t i o n so ft h e s en e wp r o d u c t sa r es t u d i e dr e s p e c t i v e l y ，a n dt h ei n f l u e n c ef a c t o r so f r e a c t i o n si n v o l v e da r ed i s c u s s e dr e s p e c t i v e l ya l s o i no r d e rt oa s c e r t a i nt h ea n t i f o u l i n ga c t i v i t yo ft h e6c o m p o u n d sp r e l i m i n a r i l y ， a n t i b a c t e r i a lt e s t sa r ec a r r i e do u t t h et e s t ss h o wt h a tt h e6c o m p o u n d se x h i b i tp o t e n t a n t i b a c t e r i a la c t i v i t i e st oac e r t a i ne x t e n ta g a i n s te s c h e r i c h i ac o l ia n ds t a p h y l o c o c c u s ( 1 l g f e n s 4c o m p o u n d sa r eu s e da sa n t i f o u l i n ga n g e n t si na n t i f o u l i n gc o a t i n g sr e s p e c t i v e l y a f t e ra ne x p o s u r et om a r i n ee n v i r o n m e n tt h ec o a t i n g ss h o wg o o da n t i f o u l i n ga c t i v i t y e s p e c i a l l yt ot h eb i o f t l ma n dm a c r o f o u l i n go r g a n i s m s a b s t r a c t ：i n d o l e ，s y n t h e s i z e ，a n t i f o u l i n g 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得( 洼! 地遗直基丝盂噩挂型直塑 鲍! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：压帮 签字日期：w 年r 月心日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 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、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 久袈 签字日期：埘5 年r 月日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 巧 导师签字： ，、 j v 氏 签字日期：2 0 年b 月 日 电话 邮编 中国海洋大学硕= l 毕业论文 第一章前言 1 1 海洋生物污损的背景 海洋拥有地球7 l 的表面积，它蕴藏着无穷的自然资源，包括生物资源、矿 物资源、化学资源、旅游资源、空间资源等，是一座巨大的蓝色宝库，有待于人 类的开发。与海洋相关的运输业、海洋养殖业、捕捞业、海上矿产开发业、石油 化工等产业以及由海洋开发成功的其他产业及沿海地区的发展是世界经济中最 活跃的部分。然而自从人类从事海洋活动以来，海洋生物的污损问题就成为限制 人们对海洋资源开发利用的一个主要问题。 海洋污损生物，包括海洋微生物、海洋植物和海洋动物，种类达4 0 0 0 之多， 多数生活在海岸和海湾等近海海域。中国沿海已记录6 0 0 多种海洋污损生物，主 要的类群是藻类、水螅、外肛动物、龙介虫、藤壶和海鞘等。污损生物的种类及 其污损程度随海域、海水深度、温度和使用海水的设施的不同而不同。当物体浸 入海中后，其表面很快会有细菌附着上去，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。污损 生物的幼虫或孢子能够漂浮游动，发展到一定阶段后就附着在微生物粘膜上定居 下来，污损船体及各种水下设施，导致船舶的航行速度减慢、燃油费增加、海水 管道及养殖网箱堵塞、水下设施失衡等【2 ，给海洋运输和海洋资源的的勘探、开 发造成了巨大的危害。 海洋防污技术起步于船舰防污涂料的研究，并以毒料释放型防污为主要技术 途径，通过涂料中可释放的铜、锡、汞、铅等，在材料周围形成对海洋植物孢子 以及海洋动物幼虫有毒杀作用的毒料浓度层，从而达到防污效果。目前已有系统 的防止海洋生物附着生长的技术，包括涂刷防污涂料、向海水中投加毒料、电解 海水生成次氯酸盐、电解重金属、人工或机械清除、过滤或加热海水、采用防污 材料制作结构物、导电涂膜法等等。其中的防污涂料由于具有防污效果好、有效 期长、施工方便等特点而成为最有效、应用最广泛的方法。 1 2 海洋防污涂料 海洋防污涂料主要由树脂、防污剂、辅助材料、填充料和溶剂五部分组成【3 】i 见图1 - 1 所示。其中树脂和防污剂是防污涂料中最主要的组份。防污涂料的作用 新型吲哚类防污荆的合成及就应用性能研究 就是在一定的有效期内提供一个无生物附着的涂层袭面。在不同的时期，根据防 污涂秘中撼艨豹性黢及英对貔污剡蛉释放方式不露，傻防污涂料买鸯不困戆貔污 原理和防污效果。总结防污涂料的发展历史，从本质上讲，防污涂料技术的发展 菝羧子蓊墅褥籍匏开发； 霆掰鍪茨污裁豹开发两条主线。 裂1 1爨污涂辩簿主要维城 1 2 1 树脂的发展概况 褥嚣懿缎震历史大致可分为下甏凡个除段：2 9 键纪裁瀚亚麻酒、紫蔽、焦 油、各种树脂树胶、沥青、蜡等天然树脂；2 0 世纪上半叶的醇酸、丙烯酸、合 成橡胶、环筑树脂等合成树膳：2 0 髓纪7 0 年代以有机锡丙烯酸树艏为代表的功 能性食成树腿1 4 】；近年来的无锡自抛光树脂、低表面能树艟为代表的新型合成树 脂。总体来说，树脂的发展满足了不同时期防污涂料的应用需求。 l 。2 。2 防污刹魄发震缀提 早期的防污涂料使用砷、汞等化合物作为防污剂，由于毒性问题而于2 0 世纪 7 0 年代被禁麓。隧之是以氧化亚铜为黼污帮静基科可溶型防污涂料，詹又发殿到 以翥氧化亚铜含量的基料不滚型防湾涂料( 以高聚物为主要綦料) 帮有机锡及有 机锡、氧化豫铜复合防污剂的防污涂料，再到高性能、长期效、施工性能优良的 有掇锈塞挞光茨污涂瓣( s p c ) 。在喜稳锈茨污涂糕中，凑提锡含量逶豢褰达3 0 5 0 。2 0 世纪8 0 年代，人们发现有机锡在鱼类、贝类体内会积累，导数遗传变异， 而且还有可能进入食物链。之后，世界上许多国家对肖机锡的毒性随蘧进行了相 中国海洋大学硕士毕业论文 当多的研究。到了8 0 年代末，各国纷纷立法，禁用或限用有机锡防污涂料，国际 海事组织0 m o ) 提出，至f j 2 0 0 8 年全面禁止有机锡在防污涂料中的使用。在氧化亚 铜防污涂料中，为提高其防污期效，涂膜中的氧化亚铜含量通常高达6 0 以上。 高浓度的铜会污染环境，海水中o 6 8 9 9 l 的铜足以抑制海藻生长，而绿牡蛎的形 成则是铜造成环境污染的又一例证 5 】。并且随着微生物的不断进化它们逐渐对重 金属产生了抵抗力1 6 】。因此具有低毒、高效、广谱性能的环保型防污剂的开发具 有现实意义。 在环保型防污剂中，生物活性物质作为防污剂的研究正受到越来越多的重 视。它主要有两个来源：一是来源于陆源植物的用于控制农作物害虫的生物活性 物质：二是海洋生物提取有机物中的用于防生物附着的物质，属于海洋天然产物 防污剂。海洋天然产物防污剂是海洋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， 属于无毒防污剂。因此，研制开发海洋天然产物防污剂已成为获得高效无毒防污 剂的重要途径之。截至二十世纪末，人们已从海洋生物中分离出七百多种1 7 】 具有防污活性的天然化合物，包括有机酸、无机酸、内酯、萜类、酚类、甾醇类 和吲哚类等，其中吲哚类化合物以其结构简单性能突出而受到人们关注。 1 3 吲哚类防污剂 1 3 1 吲哚类防污剂的简介 天然吲哚类防污剂分为两类：一类是吲哚。3 + 甲醛，包括从海鞘中提取的吲 哚3 甲醛、6 溴吲哚一3 一甲醛和从苔藓虫提取的2 5 ，6 三溴1 甲基吲哚3 一甲醛；另 一类是芦竹碱，包括从苔藓虫中提取的2 ，5 ，6 三溴1 甲基芦竹碱( t b g ) 。早在2 0 世纪7 0 年代就有从海生物中提取吲哚_ 3 - 甲醛的报道【8 1 。而对于2 ，5 ，6 三溴一l 一甲 基芦竹碱，直到2 0 世纪9 0 年代才由k o n y a 等9 1 从苔藓虫中分离出来。这两类 化合物均对藤壶和贻贝有较强的防污活性。其中6 一溴吲哚一3 一甲醛和2 ，5 ，6 三溴1 一 甲基芦竹碱对藤壶幼虫的e c 5 0 分别为5 9 9 m l 和1p _ g m l 。日本学者还将2 ，5 ，6 一 三溴1 甲基芦竹碱跟三丁基氧化锡( t b t o ) 作比较，发现其防污活性是t b t o 的2 倍。其类似物5 , 6 一二氯一1 一甲基芦竹碱、5 , 6 一二氯芦竹碱的防污活性分别是 t b t o 的4 倍和1 5 倍。吲哚类化合物如此高效的防污活性正满足了人们对新型 新型吲哚类防污剂的合成及其应用性能研究 防污剂的要求。 1 3 2 吲哚类防污剂的防污机理 许多海洋天然产物的防污作用机理并非是单一的，而是多种机理综合起作 用。因此深入探讨吲哚类化合物的防污机理，对其合理利用有重大意义。 1 3 2 1 吲哚一3 甲醛类防污剂的防污机理 i s a b e l l em o u b a x 等发现，在已受精的海胆卵细胞的有丝分裂初期加入吲哚 - 3 一甲醛类化合物会妨碍d n a 的复制和蛋白质的合成，影响染色体的浓缩、核被 膜的破碎以及有丝分裂纺锤体的聚集，致使细胞循环受到限制，从而起到抑制生 物附着的作用。 1 3 2 2 芦竹碱类防污剂的防污机理 对芦竹碱类防污机理的研究，关注最多的是其对生物体c a 2 浓度的影响。 n o r i m i c h in a k a h a t a 等1 2 1 发现芦竹碱类防污剂能使从骨骼肌的肌浆网中释放的 c a 2 + 量增大。s h i n g o1 w a t a 等通过实验认为它们限制细胞外c a 2 + 的内流。总之， 芦竹碱的加入导致最终细胞内c a 2 + 的量减少，对海洋动物的肌肉收缩造成很大影 响，从而起到抑制生物附着的作用。 1 3 3 吲哚类防污剂结构与防污性能的关系 1 3 3 1 吲哚3 甲醛衍生结构与防污性能的关系 i s a b e l l em o u b a x 等“1 对海胆幼虫进行实验，结构与半抑制浓度的关系如表1 。 r 1 吲哚一3 甲醛衍生物 从表1 - 1 可以看出，溴化能加强吲哚甲醛的活性，而且卤素原子在吲哚环上 的位置比数量对活性影响更大，当溴化在2 位上时活性达到最大。n h 基团被取代 后活性会降低2 1 0 倍，不过5 一、6 一单溴衍生物除外。区别最大的是n 一甲基化前 后的4 年 1 5 ，它们都是离n h 基团很近的2 位溴代。因此，对于吲哚3 一甲醛来说，当 溴连在临近的未取代的n 基团上时，可以得到最理想的生物活性。 一 ! 旦塑堂查兰堡主兰些笙苎 表l l 吲哚3 甲醛对海胆幼虫的半抑制浓度 代号 化合物i c 5 0 ( u m ) 1 口；i 哚一3 甲醛4 0 48 2 6 - 溴吲哚3 甲醛 i 甲基2 ，5 ，6 - 三溴吲哚3 甲醛 2 溴哼| 哚3 甲醛 2 , 5 ，6 一三澳吲哚3 甲醛 5 澳吲哚3 甲醛 5 , 6 二溴吲哚3 甲醛 i 甲基吲哚3 甲醛 一甲基2 溴吲哚一3 甲醛 一甲基5 溴吲哚3 甲醛 i i - 甲基6 一溴吲哚3 甲醛 2 卜甲基5 ，6 二澳吲哚3 甲醛 1 7 士1 4 4 5 6 士3 6 0 6 00 9 03 1 o0 2 8 2 4 士3 1 1 0 士1 2 1 0 0 6 7 ：= 8 9 25 士j3 1 2 c o 9 4 2 4 士2 17 1 3 1 - 甲基2 ，6 二溴吲哚，3 甲醛 4 0 士5i 1 3 3 2 芦竹碱衍生结构与防污性能关系 日本专利报道了几种溴和氯取代的芦竹碱，并用它们对7 ，一求幼虫的抑 制作用做了实验。其中化合物的浓度分别为5 x 1 0 4 m g m l 海水和2 5 1 0 。5 m g m l 海水。实验结果如表1 2 。 r 1 芦竹碱衍生物 表1 - 2 芦竹碱抑制幼虫附着的附着率 编号 化合物 堕董兰! 兰1 5 1 0 4 m g m l 2 5 1 0 5 m g m l i 5 , 6 二氯芦竹碱00 2 甲基5 一氯芦竹碱 2 - 甲基5 一溴芦竹碱 2 - 甲基5 ，6 二溴芦竹碱 i 一甲基5 ，6 一二氯芦竹碱 1 一甲基一2 - 甲基一6 溴芦竹碱 0 o 4 0 1 5 1 0 7 t b t o 0 5 0 5 3 4 5 6 7 8 9 m 新型吲哚类防污剂的合成及其应用性能研究 从表2w 以看出所列举的芦竹碱类化合物的防污活性都比t b t o 高。与吲哚 一3 。甲醛类跨污裁耀戗，分子缨橡孛n h 基霞被孕基取代轰，焚稷应竣茨瓣羞熊力 会下降。 练上瑟逡，醇| 潦熬辑生缡棱对耱污牲麓有重要影豌。 1 3 4 吲哚类防污剂猩防污涂料中的成用现状 | 曩本专翻渊褥表1 2 中翡芦竹碱作为防污裁翻藏静防污涂辩静海上实验发 现，此类化台物在防止海洋动物附着方面有显著的效果，但对植物的效果却不理 想，所以有努要将j 毙粪纯合镑躁其它防污裁溜合使角。实验还发现，掺入一萃中或 两种甚至是多种有机物，它们之间并不会相曩干扰，并且跟氧化亚铜一起也不会 相互影响。更霆要的怒将上述物质制成涂层躐硅树脂一起使用都不会降低彼此性 能。因此，此类化合物可以跟其它添加型的防污剂一槽应用予防污涂料中，爨有 抑制生物附着的能力。表1 3 是以芦竹碱为防污剂的涂料配方。 表1 3以芦竹碱为防污帮j 的涂料配方 配方成分配合比( 重登) 表2 中的芦竹碱防污剂 w w 墅抡蒋 v y h h 乙烯类合成树腊 磷酸三军酚黯 滑石粉 硫酸钡 氧化铁红 二串苯 2 - 即基戊4 。丽 合诗 实际应用中，经过海水的冲刷作用，分散在涂层中的吲哚类防污剂很快被冲 洗翔海承中，因此校潍保证籍污效果持久，羹造成穰大的防污剂浪费。针对该问 题，网本专利 1 5 1 提出将此类化合物同高分子相连的构想，连接后的分子式如下： 6 6 2皓醛m瑟0载 中国海洋大学硕二i 毕业论文 式中a 代表h 或卤素原子，b 代表h 或二甲胺基，m 和n 代表整数( 包括 0 ) ，n 一般在0 5 0 之间。x 代表0 原子、s 原子或氨基，y 代表高分子，一般 指聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、甲基纤维素等。 实验证明，通过该方法能够控制防污剂的不必要流失，连接大分子后的化合 物效力持续久且对环境更为友好，但存在释放速率慢且不易调节的不足。 尽管吲哚类化合物作为防污剂对环境友好，但是如何保证其在海水中释放时 连续稳定并且持续时间长也是衡量防污性能的重要方面。日本专利1 6 】手艮道，将含 有一定羧基量的丙烯酸类树脂同芦竹碱类化合物充分作用，其中特定的酸跟芦竹 碱以离子键结合。这样不仅有利于控制芦竹碱的释放速率，而且使涂料的防污性 能更稳定持久。其中丙烯酸类树脂平均分子量为1 0 0 0 5 0 0 0 ，含酸量为 1 0 0 2 5 0 m g k o h g c 总之，可用作防污剂的吲哚类化合物种类比较有限，且其在海洋防污涂料中 的应用还很不成熟，还需进一步研究。 1 3 5n 一取代吲哚衍生物的合成 1 3 5l 合成方法 n 取代吲哚丙酸甲酯的合成方法主要有以下几种： 1 9 8 1 年路易斯报道的钯催化合成法。反应路线如下： c ：詈一 、叫， 此反应所需温度范围为7 8 。c 到2 5 ，且操作复杂、反应时间长、产率低。 1 9 9 2 年s c o t t 等提出用k h 使吲哚离子化，然后直接跟丙烯酸甲酯加成的 方法。之后又作了进一步改进，用吲哚阴离子先跟内酯生成n 一取代吲哚酸再通过 重氮甲烷酯化得到目标产物，改进后产率有了大幅度的提高。 钾 堑型型坠鲞堕翌型塑鱼壁丝基生旦丝堕婴墨一 方法i 中的丙烯酸甲酯属于强烈刺激性物质且在稳定剂的存在下很容易聚 合。方法i i 产率虽然高，但步骤较复杂，且c h 2 n 2 属于重毒性且极易爆炸物质， 不宜采用。 1 9 9 6 年b e n n a s a r l l 9 1 提出用3 一溴丙酸代替丙烯酸甲酯合成n 一取代吲哚酯的方 法。具体反应路线如下： 唧崇眦旦。，) 一豸0 0 佣3 此反应中的原料3 一溴丙酸具有很强的刺激性，在储存和使用时都需要加强防 范。 2 0 0 0 年，p i e r r e 和m a r i o t 2 0 1 报道了一种用吲哚和二硫代二丙酸二甲酯合成 n 取代吲哚酯的方法。反应路线如下： h崇唧、 一豸0 0 叫3 s - - c h 2 c h 2 c o o c h 3j s c h 2 c h 2 c u u c h 3 原料二硫代化合物比较稳定且没有较强的刺激性，并且此反应操作简单，产 物比较单一，产率较高。 本论文主要采用方法，以吲哚类化合物为原料与二硫代化合物反应合成一 系列n 一取代吲哚衍生物。 1 3 5 2 制备二硫代化合物原料的选择 对此类原料的选择，主要考虑的是分子中是否含有c h 2 = c h 2 c o 结构、是否 会促进吲哚衍生物的防污功效等。 丙烯酸甲酯结构比较简单，引入吲哚化合物后使其具有较高的化学活性， 可水解生成吲哚酸制成丙烯酸锌树脂作用于海洋防污涂料中，引入芦竹碱结构后 可用作防污剂应用于海洋防污涂料中。 丙烯酸丁酯的碳链较丙烯酸甲酯长，引入吲哚类化合物后具有更强的亲 酯性能，理论上防污性能也更理想。 中国海洋大学硕士毕业论文 异丙氧基丙基丙烯酰胺是本实验室合成4 ，5 - 二氯一2 一异丙氧基丙基4 一异噻 唑啉一3 酮的重要原料，实验发现，与含其它基团如乙氧基丙基等的异噻唑啉酮 相比，此类异噻唑啉酮显示出了较高的防污活性，并且其防污活性与美国罗门哈 斯公司开发的4 ，5 二氯2 正辛基4 异噻唑林一3 酮的防污活性相当。 本论文选用上述三种化合物作为原料用来制备二硫代化合物。 1 4 本课题的研究目标及研究意义 1 4 1 研究目标 合成吲哚酸，为合成丙烯酸锌树脂提供一种性能更优异的有机酸。 丙烯酸锌树脂属于无锡自抛光树脂，它是借鉴有机锡自抛光树脂的结构特 征，通过对环境友好的锌离子取代对环境污染严重的锡离子，应用不同的技术路 线合成出具有与有机锡丙烯酸树脂相似性能的树脂【2 ”可通过丙烯酸预聚物与氢 氧化锌、有机酸发生等物质的量反应来得到。丙烯酸锌树脂在海水中水解生成的 锌离子单独并不超生物杀伤作用，所以有机酸锌盐对海洋生物毒性的大小，就成 为影响丙烯酸锌树脂防污性能的重要因素之一。以往选用的有机酸主要是本身具 有杀菌作用的苯甲酸系列、环烷酸等，虽然起到了防生物附着的作用，但对环境 会造成一定的影响。本文合成了几种具有吲哚结构的酸，期待为合成丙烯酸锌树 脂提供一种环境更为友好的有机酸。 合成原理示意图如下： r z n ( o h ) 2 h ， 、爵c c o o h k = o 知i 尸筠厂呻 。p 洲删州渔。 从t b g 的结构特点出发，合成出新型吲哚衍生物。通过实验室抑菌实验 评价其抑菌性能，并初步确定结构与抑菌性能的关系；将吲哚类防污剂应用到丙 烯酸锌树脂为基料的防污涂料中，通过实海挂板实验评价其防污性能。为生产高 效、低成本的新型环境友好型防污剂提供新的理论依据。 、iliii。【1lj 新型吲哚类防污剂的合成及其应用性能研究 1 4 2 研究意义 综上所述，吲哚类化合物特别是具有芦竹碱结构的化合物具有良好的环境特 性和高效的防污活性，有较高的研究价值。但是至今尚未见到有关吲哚类防污剂 的经济、有效的合成方法及其在具有自抛光性能的防污涂料中应用的报道。特别 是国内，尚无开展吲哚类防污剂研究的报道。因此合成新型的吲哚衍生物防污剂 并将其应用到海洋防污涂料中具有现实意义。 中国海洋大学硕士毕业论文 第二章吲哚衍生物的合成 吲哚环上的氮属于相对活泼的基团，较易发生亲核反应。本论文从t b g 的 结构特点出发，以n 取代吲哚丙酸甲酯的合成路线为依据，在吲哚环的n 上接 入c h 2 c h 2 c o r 取代基，合成出系列新型吲哚衍生物，为下一步将其引入高分子 打下基础。 2 1 实验条件 2 1 1 原材料 硫粉( 工业级) 、硫化钠( 工业级) 、碳酸氢钠( 工业级) 、亚硫酸钠( 工业 级，、丙烯酸甲酯( 工业级) 、丙烯酸丁酯( 工业级) 、y - 异丙氧基丙胺( 工业级) 、 吲哚( 工业级) 、5 - 溴吲哚( 工业级) 、氢化钠( 工业级) 、氯化铵( 分析纯) 、3 , 4 一 二氯甲苯( 工业级) 、浓硫酸( 9 8 ) ( a r ) 、浓硝酸( 6 5 ) ( a r ) 、n n 二 甲基甲酰胺二甲基缩醛( d m f d m a ) ( 工业级) 、甲苯( ar ) 、六氢吡啶( a r ) 、 水合肼( 8 0 ) ( a r ) 、四氢呋喃( a r ) 、乙醇( a r ) 、芦竹碱( 工业级) 、 甲醛溶液( 3 3 ) ( a r ) 、二甲胺水溶液( 3 7 - - 4 0 ) ( a r ) 、乙酸( a r ) 、 三乙胺( a r ) 、氢氧化钠( ar ) 、盐酸( a r ) 、丙酮( a r ) 、异丙醇( a r ) 2 1 2 主要实验仪器与材料 仪器名称型号生产厂家 红外光谱仪 a 、，4 t ar 3 6 0 美国t h e r m on i c o l e t 核磁共振波谱仪 j u m e c p 6 0 0日本电子株式会社 熔点仪 m e l t i n gp o i n tb 5 4 5瑞士b u c h i 公司 旋转蒸发仪e y e l an 1 0 0 0 东京理化器械株式会社 真空泵 a 3 s 上海爱朗仪器有限公司 电子天平s c a 2 1 0s c o u t 梅特勒托利多称重系统有限公司 增力电动搅拌器 j j 2 江苏省金坛市医疗仪器厂 电热鼓风干燥箱 1 0 1 江苏南通实验仪器厂 电子控温仪w m z k 1 0 上海医用仪表厂 电热真空干燥箱 z k f 0 3 0 上海实验仪器厂有限公司 循环水式真空泵 s h z d ( i i i ) 巩义市英峪予仪器厂 层析硅胶薄板g f 2 5 4 台州市路桥四甲生化塑料厂 封口玻璃毛细管1 1 0 0 m m 上海申希玻璃仪器实业有限公司 玻璃点样毛细管 q ) 0 3 x 1 0 0 m m 华西医科大学仪器厂 新型吲哚类防污剂的合成及其应用性能研究 2 2 技术路线 2 2 1 二硫代化合物的制备 2 2 1 1 多硫化钠的制备 n a 2 s + ( x - 1 ) s + - n 8 2 s x 2 2 1 2 二硫代二丙酸二甲酯( d i s l ) 的制备 n a 2 s x c h 一= c h c o o c h 3 - 。 h + 坚 一叫2 叫2 叱 s c h 2 c h 2 c o o c h 3 2 2 ，1 3 二硫代二丙酸二丁酯( d i s 2 ) 的制备 c h 22 c h c o o c h 2 c h 2 c h 2 c h 3n a ：s ：- ，。 h + 兰 一明正郾邺邺凡 s - - c h 2 c h 2 c o o c h 2 c h 2 c h 2 c h 3 2 2 t 4n ，n 二异丙氧基丙基二硫代二丙酰胺( d i s 3 ) 的制备 s i - - c h 2 c h 2 c o o c h 3型竺竺! 竺- - - c h 2 c h 2 c o n h ( c h 2 ) 3 0 c h ( c h 3 ) 2 s - - c h 2 c h 2 c o o c h 3 “ s c h 2 c h 2 c o n h ( c h 2 ) 3 0 c h ( c h 3 ) 2 2 2 2 吲哚类化合物原料的制备 2 2 2 15 , 6 二氯吲哚的制备 ：警：驭。：鼍尹：职了 坐n 2 生h 4 ：脱 办 2 2 2 2 芦竹碱类化合物的制各 h c h o ，h n ( c h 3 ) 2 ，h o a c + r 2 4 0 5 0 其中r l = b r ，e l ：r 2 = h ，c 1 。以下同。 1 2 n 0 激 中国海洋大学硕士毕业论文 2 2 3n 取代吲哚丙酸甲酯类化合物的合成 r 2 r r s c h 2 c h 2 c o o c h 3 其中，r l = l ，b r ，c i ；r 2 = h ，c hx ：h ，c h 2 n ( c h 3 ) 2 。以下同。 2 2 41 n 取代吲哚丙酸丁酯类化合物的合成 r 2 r r ， s c h 2 c h 2 c 0 0 c h 2 c h 2 c h 2 c h 3 2 2 5n 取代吲哚酰胺类化合物的合成 h xn a h 1 h f s c h 2 c h ：c o n h ( c h 2 ) 3 0 c h ( c h 3 ) 2 s m c h 2 c h 2 c o n h ( c h 2 ) 3 0 c h ( c h j 2 2 2 6n 取代吲哚酸类化合物的合成 r r 2 2 3 实验方法 f c h 2 c h 2 c o o c h 3 “卜 r l 催化荆 卜 r 2 h 3 r “ 烛一： r b r 、 c h 2 c h 2 c o o h 2 3 1 二硫代化合物的制备 2 3 11 多硫化钠的制备 参照文献 2 2 ，2 3 ，在2 5 0 m l 的烧杯中加入4 5 o g ( o1 9 r n 0 1 ) n a 2 s 9 h 2 0 及 8 8 9 ( o 2 8 m 0 1 ) 硫粉，溶于2 0 0 m l 水中加热至沸腾，直至全部溶解，冷却后抽滤得 到红色澄清的多硫化钠溶液，冷至0 5 。c 备用。 新型矧哚类防污荆的合成殿其成用性能研究 2 3 1 2 二硫代二雨酸二甲酯( d i s l ) 静箭备 参照文献 2 2 ，2 3 ，将装有搅拌装甏、冷凝器、温度计的5 0 0 m l 三口烧瓶甏 于冰浴中，在搅拌的条件下依次加入2 0 0 m l l 0 ( w t ) n a - i c 0 3 溶液、2 1 7 9 ( o 2 5 m o i ) 丙烯酸甲酯，保持温度o 5 滴加上述多硫化钠溶液。滴加完毕，撤冰水浴， 于室温下继续反应5 6 小时结束。静置分层，分去水屡，向油层中加入1 2 0 m l i m o l l 的n a 2 s 0 3 溶液，然后在5 0 下继续反应3 h 。反应结柬。势置分层，分 去水层，浊层尉水洗涤。鼹碍糖产物经减毯蒸镶褥淡黄色的浊状甥2 6 轻，产率 为8 9 1 3 。 2 3 ，l ，3 二硫代二露酸二t 酝( d i s 2 ) 的糕备 将装存搅挎装嚣、冷凝器、温度计的5 0 0 r a l 三日浇瓶露予冰浴中，在搅拌 沟条件下依次加入2 0 0 m ll o ( w t ) n a i - i c 0 3 溶液、3 2 o g ( o 2 5 m 0 1 ) 丙烯酸丁酯，保 持温度o 5 滴加上述多硫化钠溶液。滴加完毕，撤冰水浴，于室温下继续反 应5 6 小时结束。静置分层，分去水层，向油层中加入1 2 0 r a ll m o l l 的n a 2 s 0 3 溶液，然后在5 0 下继续反应3 h ，反应结束。静置分层，分去水层，油层用水 洗涤。所褥粗产物经减压蒸馏得淡黄色的油状物3 4 。2 9 ，产率为8 5 ，o 。 2 ，3 1 4n ，n 二异丙氧基雨綦二骧代二丽酰黢( d i s 3 ) 的劁各 烙装有搅拌装置、冷凝器、湿度 十救5 0 0 m l 三日烧簸嚣于溶浴中，在搅孝半 躲条孛下依次熬入3 5 。l g ( o 。3 m 0 1 ) 7 - 辫魂氯基嚣黢、2 5 m l 三乙黢。保持温瘦o 5 c ，奁1 5 小时肉漓鸯耩完铡备好盼二硫代二丙酸二荦酪2 3 8 9 ( o 。i m o ) 。滴加完 毕，撤球水浴，在室溢下继续反应2 4 ，j 、时，反应结束，得捌红褐色固体物，水 洗、摘滤得到自色固体产物，干燥厝用无水乙醇重结晶，得白色晶体3 6 3 9 ，产 率为8 9 1 。 2 3 2 吲哚类化合物原料的制备 2 - 3 2 15 , 6 二氧吲哚的制各 此法是用邻硝基甲苯与n ，n 二甲基甲酸胺二甲基缡醛( d m f d m a ) 在非腰子 溶剂n ，n 二甲基甲酸胺( d m f ) 中发生缝会反应，生成( ) - 邻硝基一一二翠鏊氨攀苯 乙爆，秀还殿生戏晖 跺邵 2 4 】。一个改进熬l 。b 法楚在第一步酌缩会反应中加入一 军孛传胺( 努嚣氢溉咯，六氢缱乏踺等) ，可戳掇高产率 2 弱。 2 3 2 。t 12 一硝基。4 ，5 。二氯甲苯酶铹备 中国海洋大学硕_ ：毕业论文 在装有搅拌装置、冷凝器、温度计的1 0 0 0 m l 三口烧瓶中加入2 0 13 9 ( 19 m 0 1 ) 3 , 4 二氯甲苯，在搅拌的条件下，保持4 5 向烧瓶中滴加由2 5 0 9 ( 9 8 ) 浓硫酸 和1 9 0 9 ( 6 5 ) ( 19 4 m 0 1 ) 浓硝酸配成的混酸，在1 5 小时内滴完。滴加混酸的 过程中有大量热放出，溶液体系由无色变为浅黄色。混酸滴完后，将水浴升温到 6 5 ，继续反应2 小时，此过程中有红棕色n 2 0 4 气体产生。 反应结束后，将反应体系冷却至室温并静置5 小时，此时体系中出现大量黄 色固体。用砂芯漏斗将固体滤出，并用2 升水洗涤滤饼，直至滤液为中性。用无 水乙醇重结晶得2 硝基4 ，5 二氯甲苯浅黄色针状晶体1 8 9 2 9 ，产率为7 35 。 23 21 2 ( e ) 一2 - 硝基- 4 ，5 一二氯- ( 1 一 3 - 六氢毗啶基) 苯乙烯的制备 在装有搅拌装置、冷凝器、温度计的1 0 0 0 m l 三口烧瓶中依次加入5 9 6 92 一 硝基4 5 二氯甲苯、4 0 0 m l 甲苯( 干燥过) 、4 0 2 9d m f d m a 、2 8 8 9 六氢吡啶。 在n 2 保护下于1 1 5 。c 时开始搅拌反应。反应4 小时后结束反应。用旋转蒸发仪 蒸除溶剂甲苯后，得深红色油状物，冷却后变为红色固体，用乙醇重结晶粗重 9 0 2 9 。 2 32 1 _ 35 , 6 二氯吲哚的制备 r a n e y n i 催化剂制备 每1 0 0 0 m l 的23 2 12 样品需用4 0 9r a n e yn i 作催化剂来还原环化。其制备 方法参考文献 2 6 。 5 , 6 二氯吲哚的制备方法 在装有搅拌装置、冷凝器、温度计的1 0 0 0 m l 四口烧瓶中加入r a n e yn i 催 化剂、2 5 2 1 2 所得的深红色固体，然后再依次加入4 0 0 m l 乙醇、4 0 0 m l t h f 。 在n 2 保护下，升温至4 5 ，向上述体系中滴加7 2 0 98 0 的水合肼，在2 5 小 时内滴完。水合肼加入后，体系中有大量气体放出，溶液颜色由深红色变为棕色， 最终为绿色澄清溶液。水合肼滴完后，5 0 。c 保温2 小时。反应结束，冷却至室温 后再停止通n 2 。抽滤上述绿色溶液，并用乙醇洗涤滤饼两次，滤液在空气中很 快由绿色变为红棕色。所得滤液倒入3 l 水中，析出红白色片状晶体，抽滤，得 红色固体4 9 2 9 。将红色固体用异丙醇、石油醚甲苯的混合溶剂( 1 0 i = v v ) 分别重结晶并用活性炭脱色，得白色片状晶体1 1 2 9 ，收率4 1 7 ( 以3 , 4 一二氯 甲苯计) 。 2 3 2 2 芦竹碱类化合物的制备 新型吲哚类防污剂的合成及其应用性能研究 2 3 2 2 15 - 溴芦竹碱( b r g ) 的制备 参照文献【2 7 】将装有温度计和滴液漏斗的5 0 0 m l 三口烧瓶置于冰浴中，加入 已冷冻至- 54 c 以下的3 3 的二甲胺水溶液1 5 m l ( 0 1 m 0 1 ) 。保持温度5 。c 以下滴加 冰醋酸1 5 9 ( 0 2 5 m 0 1 ) ，然后滴加3 7 的甲醛1 0 9 ( 0 1 2 t 0 0 1 ) ，最后加入用乙醇溶解 的2 0 9 ( 0 1 m 0 1 ) 5 溴吲哚。在4 0 5 0 。c 下搅拌反应8 小时，溶液呈红色。反应完 毕，将反应物倒入约3 倍体积的冰水中，溶液变浑浊。以2 0 的n a o h 调p h 值 1 3 以上，冰浴冷却，有大量白色固体生成，抽滤，滤饼用蒸馏水洗至中性。将 所得的固体用乙醇重结晶，得到白色晶体2 0 2 4 9 ，产率8 0 ，熔点1 5 7 8 。c 。 2 3 2 2 25 ，6 一二氯芦竹碱( c 1 g ) 的合成 将装有温度计和滴液漏斗的5 0 0 m l 三口烧瓶置于冰浴中，加入已冷冻至5 以下的3 3 的二甲胺水溶液1 5 m l ( 0 1 m 0 1 ) 。保持温度56 c 以下滴加冰醋