戊唑醇與Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)配合物的合成及其抗霉菌性能研究

黃澤彬， 馮文超， 劉麗瑜， 黃衛(wèi)軍， 楊 平， 黃小茉,3*

1.廣東迪美生物技術(shù)有限公司，廣東 廣州 510663；2.廣東省防霉抗菌工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510070；3.廣東省科學(xué)院微生物研究所，華南應(yīng)用微生物國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省菌種保藏與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510070

戊唑醇(Tebuconazole)是一種羥乙基三唑衍生物，分子式C16H22ClN3O，屬于三唑類殺菌劑，最早由拜耳公司研制并于1986年制成商品用于作物微生物災(zāi)害防治，歐盟BPR法規(guī)(Biocidal Products Regulation，Regulation(EU)528/2012)已于2015年正式認(rèn)可其用于薄膜防腐劑和建筑材料防腐劑中[1,2]。戊唑醇通過抑制菌體細(xì)胞膜的重要組成成分麥角甾醇的生物合成，導(dǎo)致細(xì)胞膜不能形成，使真菌死亡，具有高效廣譜、安全性高、耐酸堿、持效期長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用作種子處理劑和葉面噴霧[3,4]。與目前工業(yè)微生物災(zāi)害防治常用的辛基異噻唑啉酮(OIT)、4,5-二氯-2-正辛基-3-異噻唑啉酮(DCOIT)等相比，對(duì)人體刺激性低、適用面廣，但單獨(dú)使用的殺菌效果較OIT、DCOIT弱，性價(jià)比不高。

無機(jī)金屬鹽殺菌劑有較長的應(yīng)用歷史，如汞化合物、銅化合物等，銅化合物在近代植物病害防治中仍在廣泛使用，如波爾多銅溶液，為保護(hù)性殺菌劑，至今無抗藥性問題，對(duì)人畜低毒，但一般用量較高，對(duì)敏感性作物易產(chǎn)生藥害[5]。目前無機(jī)金屬鹽一般通過配位的方式作為部分殺菌組分起效。如咪鮮胺與氯化錳配位合成殺菌劑，代森錳和硫酸鋅配位合成殺菌劑等。將戊唑醇與金屬鹽形成配合物，不僅可以增加藥效持效期、環(huán)境友好性，降低原藥使用量和毒性，還可以增加原藥的藥效、穩(wěn)定性、拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，有些金屬絡(luò)合物還能解決耐藥性菌問題。

本文以戊唑醇為原料，分別與乙酸銅、硫酸銅、乙酸鋅、硫酸鋅合成配合物。通過元素分析、紅外光譜、摩爾電導(dǎo)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；通過熱重分析研究戊唑醇及其配合物的熱穩(wěn)定性變化；通過抗霉菌活性實(shí)驗(yàn)，研究對(duì)蠟葉芽枝霉、桔青霉、黑曲霉等三種霉菌的抑菌性能。目的是將具生物活性的戊唑醇與金屬離子結(jié)合，以提高戊唑醇的作用效果，探索新的應(yīng)用領(lǐng)域，為該類殺菌劑應(yīng)用研究注入新活力。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要材料與儀器

材料：戊唑醇(95%工業(yè)品，經(jīng)多次重結(jié)晶純度達(dá)99%以上)；乙酸銅、乙酸鋅、硫酸銅、硫酸鋅均為AR，采購于廣州化學(xué)試劑廠；N,N-二甲基甲酰胺(DMF，AR，上海麥克林生化科技有限公司)；無水乙醇(AR，上海化學(xué)試劑有限公司)；馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(PDA培養(yǎng)基，廣東環(huán)凱微生物科技有限公司)。

儀器：傅里葉變換紅外光譜儀(IRAffinity-1S，日本島津)、元素分析儀(Vario EL，德國)、電導(dǎo)率儀(DDS-307A，雷磁)、熱分析儀(STA449F3，德國)、生化培養(yǎng)箱、打孔器和天平等。

實(shí)驗(yàn)菌種：黑曲霉(Aspergillusniger)CGMCC 3.5487；蠟葉芽枝霉(Cladosporiumherbarum)CGMCC 3.9389；桔青霉(Penicilliumcitrinum)CGMCC 3.667 5。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1戊唑醇乙酸銅配合物的合成

稱取6.16 g(0.02 mol)戊唑醇和2.00 g(0.01 mol)乙酸銅分別溶于50 mL無水乙醇和30 mL無水乙醇中，在回流溫度下緩慢將戊唑醇的無水乙醇溶液滴入到乙酸銅的無水乙醇溶液中，磁力攪拌反應(yīng)8 h，冷卻，有淡藍(lán)色沉淀生產(chǎn)。靜置，抽濾，用無水乙醇(20 mL×2)洗滌沉淀兩次，干燥，得配合物。

戊唑醇硫酸銅配合物、戊唑醇乙酸鋅配合物、戊唑醇硫酸鋅配合物合成方法同上。

1.2.2紅外光譜

采用IRAffinity-1S型傅里葉變換紅外光譜儀，掃描范圍400 cm-1～4 000 cm-1觀察化合物結(jié)構(gòu)。

1.2.3元素分析

采用Vario EL型元素分析儀測定配合物中C、H、N的含量。

1.2.4摩爾電導(dǎo)

將化合物溶于DMF溶劑中配成1.0×10-3mol/L，用DDS-307A型電導(dǎo)率儀測得配合物在25 ℃時(shí)摩爾電導(dǎo)。

1.2.5熱重分析

采用STA449F3型熱分析儀，掃描范圍：室溫～800 ℃，升溫速率：10 ℃/min，氮?dú)鈿夥铡?/p>

1.2.6抗霉菌活性測試

將待測的金屬鹽、戊唑醇和配合物分別溶于DMF中配成4 000 mg/L的母液，用已滅菌的去離子水稀釋成目標(biāo)濃度的10倍。取2 mL含藥溶液加入18 mL PDA培養(yǎng)基將含藥溶液稀釋至目標(biāo)濃度，搖勻，冷卻，得含藥培養(yǎng)基，同時(shí)做無藥對(duì)照。

用已滅菌的打孔器在提前培養(yǎng)好的含測試菌種培養(yǎng)基中打出直徑8 mm的帶菌培養(yǎng)基塊。用鑷子將帶菌培養(yǎng)基塊移至含藥培養(yǎng)基中央，有菌絲一面貼合含藥培養(yǎng)基。將培養(yǎng)皿置于恒溫培養(yǎng)箱中，28 ℃下培養(yǎng)72 h，測量菌落直徑，以如下公式計(jì)算抑制生長率[6]。

抑制生長率(%)=(無藥對(duì)照菌落生長直徑-處理菌落生長直徑)/(無藥對(duì)照菌落生長直徑-打孔器直徑)×100%

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜表征

圖1為配體戊唑醇及相應(yīng)金屬配合物的紅外光譜圖，表1為戊唑醇及相應(yīng)金屬配合物的主要紅外光譜吸收峰。從圖1可以看出，在戊唑醇的紅外光譜吸收峰中，3 296 cm-1處為—OH特征吸收峰，戊唑醇與金屬鹽形成配合物后，該吸收峰除CuL2(CH3COO)2在3 248 cm-1外，均藍(lán)移至3 365 cm-1～3 458 cm-1。戊唑醇在3 134 cm-1處的吸收峰，為三氮唑環(huán)上=C—H特征吸收峰，形成配合物后，CuL2SO4紅移至3 130 cm-1，其他配合物均相應(yīng)藍(lán)移至3 140 cm-1～3 165 cm-1。戊唑醇在1 510處的吸收峰為三唑環(huán)骨架振動(dòng)特征吸收峰，形成配合物后，相應(yīng)藍(lán)移了13 cm-1～21 cm-1。

表1 配體及配合物主要的紅外光譜數(shù)據(jù)

圖1 戊唑醇及其配合物的紅外光譜圖

金屬配合物的紅外光譜中三唑環(huán)骨架振動(dòng)特征吸收峰均有一定藍(lán)移，這表明配體戊唑醇中的三氮唑環(huán)上的氮原子參與了配位，由于位阻效應(yīng)，4位氮原子與過渡金屬離子形成配位鍵的可能性較大[7～9]。

2.2 元素分析及摩爾電導(dǎo)

表2為戊唑醇及其配合物的元素分析數(shù)據(jù)，C、H和N含量測試值與計(jì)算值吻合，與參考文獻(xiàn)數(shù)據(jù)一致[4,6,10]。根據(jù)元素分析數(shù)據(jù)，推測配合物組成分別為CuL2(CH3COO)2、CuL2SO4、ZnL2(CH3COO)2和ZnL2SO4。將配合物溶于DMF溶劑中配成1.0×10-3mol/L，在25 ℃時(shí)測得摩爾電導(dǎo)值分別為2.01、8.29、3.24和7.84，表明配合物為非電解質(zhì)，醋酸根離子和硫酸根離子處于配合物的內(nèi)界，參與配位[11]。

表2 配體及配合物元素分析數(shù)據(jù)和摩爾電導(dǎo)

2.4 熱失重分析

圖2為戊唑醇及其配合物的熱失重曲線圖，由圖2可知，戊唑醇失重只有一個(gè)階段，起于193 ℃，終于290 ℃，失重率100%。CuL2(CH3COO)2在150 ℃開始急劇失重，至350 ℃變緩，失重率84.72%，最終殘留物為CuO，殘?jiān)?.81%(理論值為9.98%)；CuL2SO4在195 ℃開始急劇失重，至310 ℃變緩，失重率83.02%，最終殘留物為CuO，殘?jiān)?.95%(理論值為10.26%)；ZnL2(CH3COO)2在195 ℃開始急劇失重，至330 ℃變緩，失重率80.26%，最終殘留物為ZnO，殘?jiān)?.55%(理論值為10.19%)；ZnL2SO4在195 ℃開始急劇失重，至340 ℃變緩，失重率77.63%，最終殘留物為ZnO，殘?jiān)?0.01%(理論值為10.42%)。

圖2 戊唑醇及其配合物的熱失重曲線圖

戊唑醇的熱分解溫度約215 ℃，半分解溫度約266 ℃。形成配合物后，CuL2(CH3COO)2的熱分解溫度下降至約165 ℃，熱穩(wěn)定性下降23.25%；ZnL2SO4的半分解溫度上升至約300 ℃，在266 ℃時(shí)，ZnL2SO4殘留較戊唑醇多28.64%，其半分解穩(wěn)定性提高12.78%；其余配合物的熱分解溫度和半分解溫度基本與戊唑醇一致。

2.5 抗霉菌活性測試

金屬鹽、戊唑醇及配合物對(duì)三種霉菌的抑菌率如表3和表4所示。由表3和表4可知，配合物對(duì)三種霉菌的抑菌率隨著濃度增大而增大，金屬鹽在相對(duì)高的濃度對(duì)菌種也有一定的抑菌效果，乙酸銅、硫酸銅、乙酸鋅和硫酸鋅在40 mg/L的濃度下對(duì)蠟葉芽枝霉的抑菌率分別為40.91%、36.36%、22.73%和18.18%，而戊唑醇及其配合物在4 mg/L的濃度下對(duì)蠟葉芽枝霉、桔青霉、黑曲霉的抑菌率均達(dá)100%。配合物對(duì)桔青霉的抑制作用有較大提升，在2 mg/L的濃度下，CuL2(CH3COO)2和CuL2SO4對(duì)桔青霉的抑菌率分別為同濃度下戊唑醇抑菌率的4倍和1.25倍，ZnL2(CH3COO)2和ZnL2SO4在0.5 mg/L的濃度下能達(dá)到100%抑菌率；配合物對(duì)蠟葉芽枝霉和黑曲霉的抑菌率無明顯增效。

表3 金屬鹽對(duì)三種霉菌的抑菌率

表4 戊唑醇及配合物對(duì)三種霉菌的抑菌率

3 結(jié)論

成功制備了戊唑醇乙酸銅配合物、戊唑醇硫酸銅配合物、戊唑醇乙酸鋅配合物和戊唑醇硫酸鋅配合物。熱重分析表明，形成配合物后，其熱穩(wěn)定性與戊唑醇相比有所變化，CuL2(CH3COO)2的熱穩(wěn)定性下降23.25%，ZnL2SO4的半分解穩(wěn)定性提高12.78%。抗霉菌活性實(shí)驗(yàn)表明，戊唑醇金屬配合物對(duì)桔青霉的抑殺作用有所增強(qiáng)，在2 mg/L的濃度下，CuL2(CH3COO)2、CuL2SO4對(duì)桔青霉的抑菌率分別為戊唑醇在同濃度下的抑菌率的2倍和1.25倍，ZnL2(CH3COO)2和ZnL2SO4在0.5 mg/L濃度下對(duì)桔青霉的抑制作用達(dá)100%，為戊唑醇在同濃度下的抑菌率的8倍，這為戊唑醇及其配合物的新應(yīng)用提供了參考。