苯并异噻唑啉酮类化合物的性质及合成进展_杨俊伟

1
1. 1
苯并异噻唑啉酮类化合物的性质
苯并异噻唑啉酮类化合物的性质
苯并异噻唑啉酮类化合物包括苯环取代苯并异 噻唑啉酮和 N 取代苯并异噻唑啉酮两大类， 大多
1214 收稿日期： 2012-
B112 ） ， 011 ） 基金项目： 延长石油集团科技攻关项目（ Ycsy2011Ky陕西省石油化工研究设计院青年创新基金项目（ 2011QCX）， 作者简介： 杨俊伟（ 1972男， 高级工程师， 研究方向为防腐剂的合成与应用。
乳、发臭等一系列问题。BIT 的性质和代表性抑菌 ［4 ］ 最低抑菌浓度 分别见表 1 和表 2 。
表1 项 目 BIT 的性质 性 质
外观
白色或淡黄色针状结晶 C O
師
分子式

熔点 分子量 溶解性 热稳定性 毒性 皮肤刺激性
帪
S 151
NH
CMIT 和 MIT 同属异噻唑啉酮衍生物， 虽然 BIT、 但 BIT 有其独特的优点 （ 表 3 ） ， 相比于 CMIT 和 MIT， 这使得 BIT 拥有比“卡松 ” 更为广阔的应用领域和 。 商业前景
O C OH O OH C SOCl2 S S O C NH3 Cl2 S NH S S O C Cl Cl O C
通常认为苯并异噻唑啉酮系列化合物的杀菌机 “卡松” 理与 相同， 即异噻唑啉酮类化合物对受体细 胞膜和细胞壁具有极强的穿透能力， 在穿透细胞外 围后可与细胞内含硫的蛋白质、 酶或简单分子相互 作用， 使其 S—N 键断裂， 从而与受体形成 S—S 键， ［6 ］ 破坏细胞的正常功能 。 很明显可得出异噻唑啉 酮化合物的 S—N 键越弱越有利于抗菌， 已有研究 人员以量子化学的方法计算了异噻唑啉酮化合物的 ［7 ］ 结构与其杀菌性能的关系 。
第
卷第 年 月
期
精细与专用化学品
． · 41·
苯并异噻唑啉酮类化合物的 性质及合成进展
杨俊伟，张可青，李 辉，朱永瑞 ( 陕西省石油化工研究设计院，陕西 西安 710054 )
摘要： 苯并异噻唑啉酮是一类优异的涂料 、 塑料用防腐剂。综述了苯并异噻唑啉酮类化合物的性质、 杀菌机理及应用领域， 23比较了 1 ， 苯并异噻唑啉 酮相对于传统卡松杀菌剂的优越性， 详细介绍了苯并异噻唑啉酮类化合物的合成方法及不同合成 方法的优缺点。 关键词： 苯并异噻唑啉酮； 防腐剂； 合成； 二硫化二苯甲酸
［3 ］ 生物在有机介质中滋生具有突出作用 ， 解决了 微生物滋生引起的有机产品发霉 、发酵、变质、破
腐抗菌剂， 但甲醛具有相当大的毒性， 会引起鼻腔、 口腔、 咽喉、 皮肤、 消化道等器官的癌变， 而 BIT 无疑 是甲醛的最佳替代品。毒理和皮肤刺激性试验结果 BIT 毒性小、 均表明， 无刺激。 其大白鼠急性经口 LD50 为 1400mg / kg， 毒性分级属低毒性， 亚急性慢 致畸、 致突变性。 性毒性研究也未发现其具有致癌、 因此 BIT 可被认为对人体基本无伤害， 是安全、 无害 的绿色环保产品之一， 这使其不仅可用于高档油漆 涂料， 还可应用于药品、 食品的包装材料等的防腐防 。 BIT 霉 还具有良好的稳定性， 在广泛的 pH 值和 200℃［5］高温下可稳定存在， 杀菌效果不变。 此外， BIT 还具有使用方便， 生产中直接添加即可， 不需特 殊设备， 不产生污染， 对金属无腐蚀， 可在土壤中迅 速降解（ 半衰期小于 24 h ） ， 不会在水生生物体内聚 积等特性。 目前应用最为广泛的异噻唑啉酮类杀菌剂为 “卡松” 杀菌剂， 其为 CMIT 和 MIT 按3 ∶ 1 的比例混 合而成， 已在个人护理品、 洗涤用品、 胶水、 涂料、 皮 造纸及工业水、 油田注水等领域得到广泛应用。 革、
3
2. 1
苯并异噻唑啉酮类化合物的合成
BIT 的合成路线
该路线产率较高， 反应过程可以连续进行， 也非 ， ， 常适合于工业生产 但其需使用氯气 相对于溴会给 操作过程带来更大的危险性和难度， 且对设备的腐 蚀较上述 2 种方法更为严重， 因此并没有被广泛采 用。 合成路线 4
O C OH OH
对于 BIT 的合成方法， 归纳起来共有 4 条路线， 均以二硫化二苯甲酸为起始原料， 反应机理为以化 学法使二硫化二苯甲酸的—S—S—键断裂， 然后在 NH3 存在下合环生成 BIT。 合成路线 1 ：
浓度 / ppm 30 大肠杆菌 黑曲霉 200 铜绿色极毛杆菌 腊叶芽枝霉 30 金黄色葡萄球菌 串珠状镰刀霉 伤寒杆菌 普通变形杆菌 枯草杆菌 40 90 100 袩青霉 黑根霉 啤酒酵母
菌
种
最低抑菌
注: BIT 有效成分 32%
BIT 具有优异的抑菌活性， 由表 2 可看出， 对于 日常生活中最为常见的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌 的最小抑菌活性均达到 30ppm， 对于其他常见细菌、 霉菌的最低抑菌活性也均在 500ppm 以内。 除了优 异的杀菌 性， 绿 色 环 保 是 BIT 的 另 一 大 特 性。 在 BIT 出现以前， 传统工业大都使用甲醛作为防霉防
数具有优异的杀菌性能， 本文主要论述 N 取代苯 并异噻唑啉酮类化合物。N 原子上的取代基可以为 直链烷烃、支链烷烃、取代烷烃，甚至其他杀菌基 团，当 N 原子上取代基团为 H 原子时就是普遍应 用的 BIT。除了 BIT，迄今已经商品化的 N 取代苯 并异噻唑啉酮化合物都为直链烷烃取代基化合物 ， 23主要有 N甲 基 1， 苯 并 异 噻 唑 啉酮 （ MBIT ） 、 N23正丁基 1 ， 苯并异噻唑啉酮 （ BBIT ） 和 N正 1 ， 23（ OBIT ） 。 N 苯并异噻唑啉 酮 取代苯并 辛基 异噻唑啉酮化合物的熔点随着 N 取代基碳原子数 量的增加而降低，在上述 4 个化合物中 BIT 熔点最 高，达到 156 ～ 158℃ ； MBIT 也为固体， 但熔点只 有 50 ～ 55℃ ； BBIT 和 OBIT 在 常 温 下 均 为 液 体。 苯并异噻唑啉酮化合物难溶于水， BIT 可以与各种 无机碱形成盐从而易溶于水， 其他 N 取代苯并异 噻唑啉酮化合物均不能形成盐而获得水溶性 。 N 取 代苯并异噻唑啉酮化合物的热稳定性随着 N 取代 基碳原子数量的增加而升高，其中 BIT 的热稳定性 可达 200℃ 左右， 而 BBIT 的热稳定性可达 300℃ 。
O C OH OH O C SOCl 2 S O C NH 2 NH 2 NH 3 S O C OH S NH S S O C B r2 S Br S S O C Cl Cl O C
［9 ］
：
O C Cl SOC l2 Cl O C
O C
S
S O O C
S
S O C
Байду номын сангаасNH 3
O C NH 2
C NH 2 NH 2
年
月
杨俊伟等 苯并异噻唑啉酮类化合物的性质及合成进展
· 43·
涂料产品提供长久有效的保护。
2
苯并异噻唑啉酮类化学物的杀菌机理
21 世纪 该路线是工业合成 BIT 的最常见方法， 以前被广泛应用于生 产 BIT。 其 合 成 总 收 率 约 为 60% ～ 70% ， 较路线 1 略有提高。 该法优点为合成 收率较高， 路线相对简单； 缺点仍然为操作条件恶 劣， 投资大， 设备腐蚀较严重， 且产品纯度较差。 ［8 ］ 合成路线 3 ：
异噻唑啉酮类化合物具有抗菌能力强、 应用剂量 相容性好、 药效持续时间长、 对环境安全以及抗菌 小、 谱宽广等优良性能， 一直受到业界的高度关注， 在工 ［ 1 ］ 农业、 医药等行业得到了广泛应用 。在诸多异 业、 噻唑啉酮化合物中， 苯并异噻唑啉酮类化合物因具有 ［ 2 ］ 在防腐杀菌领域日益受 优异的耐碱和耐高温性能 ， 到关注， 已经在诸多常规防腐产品难以发挥效果的特 殊工业领域中显示出了独特的优势。目前， 在异噻唑 23啉酮类杀菌剂中 1， 苯并异噻唑啉酮 （ BIT ） 的用 243量已经仅次于 5氯甲基异噻唑啉酮 （ CMIT ） 43和 2甲基异噻唑啉酮 （ MIT ） ， 在杀菌剂领域的 地位已经越来越重要。基于近年来国内外的研究成 果， 综述了苯并异噻唑啉酮类化合物的性质和应用， 并对其合成方法进行了详尽分析。
Research progress of characterization and synthesis of benzisothiazolinone
YHANG Junwei，ZHANG Keqing，LI Hui ， ZHU Yongrui
（ Shaanxi Provincial Research and Design Institute of Petroleum and Chemical Industry，Xian 710054 ，China） Abstract： The characterization，mechanism of sterilization and application of benzisothiazolinone are reviewed． The unique advantages of 1 ， 2benzisothiazolin3one compared with the traditional product Kathon is introduced． Especially， the synthesis methods of benzisothiazolinone and the difference of each of them are discussed detailedly. Key words： benzisothiazolinone； antiseptic； synthesis； 2 ， 2dithiobis benzoic acid
O OH S
NH
S
S
该路线始于 20 世纪 90 年代， 首先在国外实现 目前少数国内企业已成功应用于工业生 工业应用， 产。其合成总 收 率 约 为 60% ～ 70% ， 与路线 2 相 当。与上述路线相比， 该法不必使用溴， 生产过程清 洁无污染， 解决了 BIT 传统生产方法中需使用卤素 且原料成本更低， 适合于大规模工业生产， 的问题， 是未来工业生产 BIT 的必然之路。 2. 2 N 取代苯并异噻唑啉酮衍生物的合成路线 国内外有关 N 取代苯并异噻唑啉酮衍生物合 成工作的报道很少， 目前所见的报道都为实验室合 成方法， 而有关工业化生产的报道尚未见到。 归纳 ， N 起来 取代苯并异噻唑啉酮衍生物的合成路线共 有 3 条。 合成路线 1 ：
表3 BIT 和传统 “卡松” 杀菌剂的区别 BIT 不同点 不含氯 不含重金属 pH 3 ～ 12 内稳定 180℃ 以下稳定 相同点 含氯
2+ 部分 产 品 以 Cu 做
156 ～ 158℃ 溶于热水， 微溶于部分有机溶剂， 其铵盐、 钠盐有较高的水溶性 180℃ 开始有失重， 至 250℃ 时失重明显 大白鼠急性经口 LD50 ： 1400mg / kg 豚鼠试验： 含 20% BIT 的杀菌剂无皮肤敏 感性 表2 BIT 的最低抑菌浓度 菌 种 最低抑菌 浓度 / ppm 300 100 500 150 450 200
· 42·
精细与专用化学品
第
卷第
期
BIT 目前已得到广泛应用，MBIT、BBIT 和 OBIT 由 于价格较高和水溶性差等问题，至今未能实现广泛 应用，但其在塑料抗菌剂等领域已经显现出潜在的 应用价值，对其大规模商业开发只是时间问题 。 1. 2 1 ， 23苯并异噻唑啉酮的性质 1， 23苯并异噻唑啉酮 （ BIT ） 最早由英国帝 国化学公司于 20 世纪 80 年代实现大规模生产。 其 具有优良的抗菌、 防霉、 防腐性能， 杀菌效率高、 杀菌谱广，对抑制细菌、霉菌、酵母菌、藻类等微
師
卡
松
稳定剂 pH 3 ～ 8. 5 内稳定 45℃ 以下稳定
与胺类物质相容 遇胺类物质失活 、 不挥发 不释放甲醛， 对细菌、 霉菌、 酵母菌都 有效， 对高等生物毒性低
“卡松” BIT 的热稳定性大 由表 3 可见， 与 相比， 幅提高（ 热分解温度达 200℃ 以上 ） ， 这使得 BIT 特 别适用于涂料生产过程， 可在打浆开始时就加入体 BIT 比 系， 对涂料体系产生更好的防护效果。 此外， “卡松” 拥有更好的耐碱性能， 在 pH 3 ～ 12 范围内 ， 可稳定存在 这使其可适用于大部分防腐剂都无法 23使用的碱性配方体系， 如 DBNPA （ 2 ， 二溴氰基 DBDCB （ 1 ， 22， 4Bro丙酰胺） 、 二溴二氰基丁烷 ） 、 nopol 以及甲醛释放体类防腐剂等不能稳定存在的 BIT 还可为 碱性体系。同时， 由于其出色的稳定性，