多功能海水防污剂异噻唑啉酮类衍生物研制及其构效关系研究

Using seawater as industrial cooling water is an effective measure to solve the shortage of freshwater resources. However, the marine organisms and high salinity can easily lead to the fouling and corrosion of piping and heat-exchange equipments, which will endanger the system directly. At present, most of antifouling agents with single performance would be compound with each other to against various fouling and corrosion, however, the antagonism often occur and reduce the effectiveness. We herein focus on the design of novel multifunction compounds containing benzisothiazolin-3-one and other special functional structures with broad spectrum of biological activities and corrosion inhibition, according to the hybridization principle. The multifunction of the target compounds will be discussed and the mechanisms will be unriddled. Meanwhile, the degradation of target compounds is also to be revealed. On this basis, the Structure-activity Relationship will be investigated and the mathematical model between structure and performance will be established. The results of this study would provide an important theoretical foundation and technology support for development of novel multi-antifouling agents.

采用海水作为冷却水是解决我国工业领域中淡水资源短缺的有效举措。但海水冷却水系统中易滋生大量的污损生物，加上盐含量高，极容易导致管道及换热设备污损与腐蚀，直接危害系统安全。而现有的防污剂性能单一，常常因多种药剂复合使用，而相互拮抗，降低药效。因此，本课题设计以绿色海水防污剂异噻唑啉酮为结构母环，基于活性亚结构拼接原理，引入具有广泛生物活性与缓蚀作用的结构片段，研制新型多功能型海水防污剂，并系统评估其抑菌、控藻、杀贝以及缓蚀等性能，解明其与各生物体之间的作用机制以及对金属材质（碳钢和铜）的缓蚀机理，同时揭示该类化合物的在海水体系中的降解规律，在此基础上，构建并评价其结构与性能之间的数学模型，为进一步指导的多功能型分子结构的设计与开发提供一定的理论依据。

海水循环水使用防污剂可有效解决其循环过程中造成设备污损与腐蚀问题。多功能药剂的开发和应用可有效避免单一药剂的广谱性差、配伍拮抗等问题，是研究循环水水质保持的重要方向之一。异噻唑啉酮类化合物一直是绿色的海水防污剂，具有良好的杀菌性以及自然友好性被广泛使用，为了进一步拓展其性能以及提升其抗药性，本课题以异噻唑啉酮为母环结构，基于活性亚结构拼接原理，引入具有广泛生物活性与缓蚀作用的异恶唑、芳基吡唑、1,3,4-噻二唑以及DNA阻断的生物碱等功能性结构片段，设计合成了四系列新型潜在多功能型海水防污剂，并推测了主要步骤的合成机理。所合成化合物均经元素分析（EA）、红外光谱（IR）、核磁共振氢谱（1H NMR）分析，确证其结构与目标化合物一致，并获得了部分目标化合物的晶体结构。在此基础上，统评价了目标化合物的杀菌、抑藻和杀贝的生物活性以及对缓蚀性能，初步探讨了其作用机理，部分化合物可作为潜在的多功能性海水防污剂。最后，计算了目标化合物的微观结构参数，结合各化合物的宏观性能，运用统计学分析方法构建了结构-活性的数学模型，以用作指导新型化合物的合成以及性能预测，本项目的实施为多功能水处理药剂的研发提供了一定的理论依据和技术支撑。