抗菌劑DCOIT的制備*

譚卓華，王浩江，雷祖碧

（廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州510665）

居室環(huán)境與人體健康密切相關(guān),這已被世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的調(diào)查報告所確認。居室環(huán)境微生物污染狀況調(diào)査表明[1]:農(nóng)村細菌總數(shù)為138.94cfu/cm2,城鎮(zhèn)為72110cfu/cm2。這說明我們的居室環(huán)境中微生物污染是很嚴重的。細菌極易傳染,通過接觸、空氣傳播、食物、水和帶菌微生物均能傳染。人類的生存環(huán)境及健康受到嚴重威脅。另一方面,紙張及紡織品的霉變也給我們的生產(chǎn)生活帶來嚴重影響。珍貴的郵票因受潮霉變失去收藏價值;珍藏的古跡因發(fā)霉而損壞;重要的檔案由于紙張霉變而失去參考價值;產(chǎn)品包裝紙發(fā)霉將影響其銷路。微生物的存在還會使織物變壞,如微生物的代謝養(yǎng)分,會產(chǎn)生臭味和形成中間產(chǎn)物刺激皮膚;霉菌沾污在窗簾和帳蓬上使織物損傷變色;一些微生物以紡織物上的整理劑為食物或者一些霉菌能吃棉或膠乳也會損害織物[2]。紙張及紡織品的發(fā)霉給個人、企業(yè)和國家造成嚴重損失。因此,人們愈來愈關(guān)注抗菌防霉問題。

異噻唑啉酮是一類新型的高效廣譜抗菌劑，具有高效、低毒、環(huán)境友好等優(yōu)點。自被開發(fā)以來，逐漸替代眾多的汞類等有毒低效抗菌劑，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域的防腐防霉，如造紙工業(yè)的涂料、油漆、皮革、建材、粘合劑等。另外由于具有優(yōu)良的抗微生物性能，在油畫、文物等保護中有重要作用，應(yīng)用于化妝品可作為防腐劑，以及工業(yè)冷卻循環(huán)水的殺藻劑等。本文以正辛胺、二硫代二丙烯酸二甲酯和三氯氧磷等為主要原料，制備抗菌劑4,5-二氯-2-正辛基-3-異噻唑啉酮（DCOIT）。

1 實驗部分

1.1 原料及設(shè)備

正辛胺、二硫代二丙烯酸二甲酯、三氯氧磷、鹽酸：工業(yè)品；甲醇、正己烷、乙酸乙酯、碳酸氫鈉：化學純，廣州化學試劑廠。

熔點儀：鞏義予華儀器；核磁共振氫譜：布魯克。

1.2 實驗步驟

在圓底燒瓶中加入一定量的水和鹽酸，在10℃下緩慢加入二硫代二丙酸二甲酯和正辛胺，并在此溫度下攪拌反應(yīng)6h。離心分出固體，并用50mL水和20mL甲醇洗滌，干燥12h后得到白色粉末。

在帶有尾氣吸收裝置的圓底燒瓶中加入正己烷，然后加入上述白色粉末，在10℃下緩慢滴入100g三氯氧磷，待滴加完畢且氣體不再冒出后，撤去冰浴，升溫至25℃繼續(xù)反應(yīng)2h。反應(yīng)完畢后將反應(yīng)器降溫至5℃，緩慢滴入5%的碳酸氫鈉溶液至中性，分出水層后干燥脫除溶劑并用甲醇重結(jié)晶，最終得到白色固體，即為4,5-二氯-2-正辛基-3-異噻唑啉酮，收率89%。熔點40℃～42℃。

1.3 分析測試

采用核磁共振檢測： 目標產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與討論

2.1 二硫代二丙酸二甲酯和正辛胺用量對反應(yīng)的影響

反應(yīng)考察了二硫代二丙酸二甲酯和正辛胺投料比對產(chǎn)品收率的影響。發(fā)現(xiàn)投料比在按照反應(yīng)當量附近進行，對產(chǎn)品收率影響不大，見表1。

表1 原料用量比對反應(yīng)的影響Table 1 Effect of proportion of raw materials to the reaction

另外考慮到正辛胺過量時容易造成在產(chǎn)品中的吸附殘留，產(chǎn)品會有比較大的胺味道，雖然數(shù)據(jù)上正辛胺過量對反應(yīng)有利，但是仍然選擇按照理論反應(yīng)當量進行投料，甚至按照減少正辛胺的投料比進行。

2.2 催化劑的選擇對反應(yīng)的影響

考察催化劑對反應(yīng)的影響時，理論上最好是不加任何催化劑，該反應(yīng)為氨解反應(yīng)，具備不加催化劑反應(yīng)的條件。但從結(jié)果上看，以水為溶劑的效果普遍比以甲醇做溶劑或無溶劑的體系反應(yīng)收率要高，見表2。

表2 催化劑的選擇對反應(yīng)的影響Table 2 Effect of the catalyzers to the reaction

對各個體系，由于鹽酸的加入，都顯著降低了析出固體的時間，且收率有提升，特別是無溶劑體系在不加鹽酸時直接不反應(yīng)。以水為溶劑時，考察了同時加入相轉(zhuǎn)移催化劑十六烷基氯化銨作為助催化劑的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)收率沒有明顯的提高。考慮到盡量不引入新的雜質(zhì)、降低成本的角度，以不加助催化劑為宜。

2.3 溶劑的選擇對產(chǎn)品的影響

另外進一步考察不同溶劑對產(chǎn)品的影響。在研究中發(fā)現(xiàn)以水為溶劑時雖然收率高，但產(chǎn)品的粒度較小，不利于產(chǎn)品的過濾分離，存在堵塞砂芯、濾紙和濾布的問題，即使在改變反應(yīng)轉(zhuǎn)速的情況下仍沒有較大的改觀。而甲醇做溶劑時產(chǎn)品的粒度較大，非常容易過濾，利于工業(yè)化放大。同時由于制備產(chǎn)品的氨解反應(yīng)產(chǎn)生甲醇，所以從不引入新雜質(zhì)和以水作為最安全溶劑的角度而言，只選擇考察溶劑體系為水或甲醇或兩者混合物。同時希望結(jié)合兩者的優(yōu)點考察了混合溶劑的反應(yīng)對產(chǎn)品收率的影響，見表3。

表3 溶劑的選擇對反應(yīng)的影響Table 3 Effect of the solvents to the reaction

實驗結(jié)果表明，甲醇的存在對反應(yīng)的收率沒有明顯的幫助。以水為溶劑的反應(yīng)收率要遠遠高于含部分甲醇或大量甲醇的混合體系。因此從安全性和實用性的角度而言，以水為溶劑的反應(yīng)是最合適的。

2.4 氯化試劑的選擇對反應(yīng)的影響

研究中著重考察了三氯氧磷和氯氣作為氯化試劑的情況。從運輸和儲存穩(wěn)定性而言，前者優(yōu)勢較大，而后者運輸不方便，儲存也不穩(wěn)定。從使用和后處理看，前者需要滴液裝置，后者只需管道接口，但在后處理上比較復(fù)雜，過量的氯氣會導(dǎo)致操作人員的中毒和環(huán)境的污染。而使用三氯氧磷后處理便捷且不容易溢出。在兩者幾乎同等的使用效率來看，使用三氯氧磷作為氯化試劑是安全環(huán)保的選擇。

2.5 產(chǎn)品的核磁共振譜

圖1和圖2是最終產(chǎn)品的NMR圖譜。

圖1 產(chǎn)品的核磁氫譜Fig.1 HNMR of the product

圖2 產(chǎn)品的核磁碳譜Fig.2 CNMR of the product

由圖1、圖2可知，所得到的產(chǎn)品與文獻所示的4,5-二氯-2-正辛基-3-異噻唑啉酮一致。

3 結(jié)論

（1）以正辛胺、二硫代二丙烯酸二甲酯和三氯氧磷等為主要原料，通過環(huán)化反應(yīng)，可以得到抗菌劑4,5-二氯-2-正辛基-3-異噻唑啉酮（DCOIT）,總收率達89%。

（2）使用水作為氨解反應(yīng)的溶劑，是安全實用的試劑。

（3）使用三氯氧磷作為環(huán)化反應(yīng)的氯化試劑，比使用氯氣更為安全環(huán)保。