本發(fā)明涉及沙蠶毒素類化合物，尤其是涉及沙蠶毒素類化合物在防止海洋生物污損中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

海洋污損生物是指海洋環(huán)境中棲息或附著在船舶以及各種水下人工設(shè)施表面上微生物、植物和動(dòng)物的總稱。海洋污損生物給人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和環(huán)境生態(tài)帶來了巨大的威脅，如引起船舶航行阻力增大和能耗增加，溫室氣體排放量增大，降低設(shè)施使用性能，加速金屬腐蝕，造成外來生物入侵，破壞生態(tài)平衡甚至釀成生態(tài)災(zāi)難。在防止海洋污損生物附著、生長(防污)的技術(shù)發(fā)展過程中，使用化學(xué)防污涂料是最經(jīng)濟(jì)、有效和普遍采用的方法?；瘜W(xué)防污涂料是以化學(xué)防污劑緩慢地釋放到海洋設(shè)施表面的層流水層中，以殺死或驅(qū)避污損生物來達(dá)到防除的效果。傳統(tǒng)防污劑如有機(jī)錫、氧化亞銅、氧化汞、鉛等在達(dá)到防污目的的同時(shí)也嚴(yán)重污染了環(huán)境，危害海洋生態(tài)環(huán)境和威脅人類健康，其中有機(jī)錫防污涂料已被完全禁用。在尋找替代傳統(tǒng)高毒、難降解防污劑的路線中，一系列殺蟲劑、除藻劑等化合物，如百菌清(Chlorothalonil)、敵草隆(Diuron)、Irgarol 1051、Sea Nine-211等，逐漸被應(yīng)用于防污領(lǐng)域，但隨后發(fā)現(xiàn)這些化合物有降解速率慢、毒性高或易富集等缺點(diǎn)，對各類生物表現(xiàn)出了一系列生態(tài)毒性，這些化合物部分也已經(jīng)被禁用或限用。因此迫切需要開發(fā)出環(huán)境友好型的海洋防污劑，其中從生物來源篩選出天然防污產(chǎn)物作為海洋防污劑，是研制新型高效無毒(或低毒)防污涂料的重要途徑。天然防污產(chǎn)物具有毒性低、生物相容性好、易降解、不以殺滅污損生物為目的等優(yōu)點(diǎn)，對于無毒(或低毒)防污涂料的發(fā)展具有重要意義，并且有望開發(fā)成新一代綠色環(huán)保型防污劑，對生態(tài)環(huán)境和人類健康威脅都較低。目前研究報(bào)道從海綿、珊瑚、海藻、微生物等已經(jīng)分離得到很多天然防污產(chǎn)物，這些化合物結(jié)構(gòu)類別多樣，防污活性顯著，且毒性一般較低。然而這些化合物大部分存在量少、成本高、提取或合成工藝復(fù)雜等不足，嚴(yán)重制約著開發(fā)和應(yīng)用。

沙蠶毒素(nereistoxin)是由日本學(xué)者Nitta首次從海洋多毛類——異足索沙蠶Lumbricomerereis hateropoda體內(nèi)分離出來的一種毒素。隨后，日本武田藥品工業(yè)株式會社成功開發(fā)了人類歷史上第一個(gè)利用動(dòng)物毒素進(jìn)行仿生合成的沙蠶毒素類殺蟲劑——巴丹(cartap)，其后掀起了對該類化合物研究的熱潮，相繼開發(fā)了一系列高效的沙蠶毒素類殺蟲劑，如殺蟲磺(bensultap)、易衛(wèi)殺(thiocyclam)、殺蟲雙(bisultap)、殺蟲單(monosultap)和多噻烷(polythiacycloalkane)。目前沙蠶毒素類化合物能通過化學(xué)合成，低成本快速大量獲取，形成商業(yè)化應(yīng)用。這類化合物作為殺蟲劑，其作用機(jī)制已被廣泛研究。它們屬于煙堿乙酰膽堿受體抑制劑，作用于昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)的突觸體，阻遏神經(jīng)正常傳遞而使害蟲的神經(jīng)對外來刺激不產(chǎn)生反應(yīng)。沙蠶毒素類殺蟲劑一般具有廣譜、高效、低毒等特點(diǎn)，而且作用方式多樣，包括胃毒、觸殺、內(nèi)吸和拒食作用。這類殺蟲劑在結(jié)構(gòu)上，與先導(dǎo)化合物具有一定的相似性，因此易于被微生物降解，減少了其在環(huán)境中的殘留，避免了毒素通過生物富集和食物鏈累積而危害高等動(dòng)物，破壞生態(tài)平衡，一般被認(rèn)為是毒性低、對環(huán)境危害小的一類環(huán)境友好型殺蟲劑。2009年世界衛(wèi)生組織(World Health Organization，WHO)將巴丹、殺蟲磺和易衛(wèi)殺均列入毒副作用較低、使用相對安全的殺蟲劑范圍。此類殺蟲劑已得到了世界各主要農(nóng)業(yè)大國的大規(guī)模廣泛應(yīng)用。關(guān)于沙蠶毒素類化合物的開發(fā)和應(yīng)用，國內(nèi)外已有大量的專利和文獻(xiàn)報(bào)道。美國專利US 6221896 B1公開了將沙蠶毒素類化合物復(fù)合溴蟲腈、硫丹殺蟲劑和丁醚脲制備成復(fù)合型殺蟲劑和殺螨劑，表現(xiàn)出良好的殺蟲效果。中國專利CN 103420880 A公開了一種農(nóng)藥沙蠶毒素的衍生物及其制備合成的方法，殺蟲活性良好，甚至優(yōu)于現(xiàn)有沙蠶毒素類農(nóng)藥殺蟲單。中國專利CN 103250716 A公開了一種含螺蟲乙酯和沙蠶毒素類的殺蟲組合物，對多種害蟲均具有明顯的增效作用。但迄今為止，在海洋防污領(lǐng)域尚未發(fā)現(xiàn)沙蠶毒素類化合物的任何報(bào)道和應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一類具顯著抗海洋污損生物附著活性的沙蠶毒素類化合物或其鹽。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供沙蠶毒素類化合物或其鹽在制備海洋防污涂料中的應(yīng)用。

所述沙蠶毒素類化合物的化學(xué)通式如式I所示：

其中，A部分為開鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)部分，R₁和R₂均可各自獨(dú)立地選自－R、－SR、－OR、－COR、－SO₂R或－CSOR，或者R₁和R₂與各自連接的原子一起形成含至少2個(gè)S原子作為雜原子的5～8元雜環(huán)烷基，所述雜環(huán)烷基可以進(jìn)一步被取代；n為選自0～3的整數(shù)，優(yōu)選1；

B部分L不存在，L或者為環(huán)狀連接基團(tuán)或鏈狀連接基團(tuán)，所述環(huán)狀連接基團(tuán)可以為3～8元環(huán)烷基，所述鏈狀連接基團(tuán)可以為C₁-C₆烷基；

C部分R₃可以選自－OR、－SR、－R或－NR¹R²，R¹和R²均可各自獨(dú)立地選自R)；或者當(dāng)L不存在時(shí)，R₃可以與A部分連接的碳原子一起形成包含至少1個(gè)N原子的5～6元螺環(huán)；

其中R為H原子、羥基、C₁-C₆烷基、氨基、氰基、C₆-C₁₀芳香基或C₆-C₁₀雜芳香基，所述C₆-C₁₀芳香基或C₆-C₁₀雜芳香基可以進(jìn)一步被鹵素原子取代。

其中L優(yōu)選為(CH₂)_m，其中m為0～6的整數(shù)，優(yōu)選0或1。

本發(fā)明所述沙蠶毒素可選自表1和2中所列的化合物。

表1

注：表1中R¹、R²、R³和R⁴均各自獨(dú)立選自R，其中R可以為H原子、羥基、C₁-C₆烷基、氨基、氰基、C₆-C₁₀芳香基或C₆-C₁₀雜芳基，所述C₆-C₁₀芳香基或C₆-C₁₀雜芳基可以進(jìn)一步被鹵素原子取代。

表2

注：表2中R¹、R²、R³和R⁴均各自獨(dú)立選自R，其中R可以為H原子、羥基、C₁-C₆烷基、氨基、氰基、C₆-C₁₀芳香基或C₆-C₁₀雜芳基，所述C₆-C₁₀芳香基或C₆-C₁₀雜芳基可以進(jìn)一步被鹵素原子取代。

表1和2中的這些沙蠶毒素類化合物已經(jīng)公開(參見科技文獻(xiàn)：于觀平,王剛,王素華,李正明.沙蠶毒素類殺蟲劑研究進(jìn)展[J].農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào),2011,13(2):103-109.)，它們都可以根據(jù)本領(lǐng)域已知的方法獲得。

實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明所述沙蠶毒素類化合物能顯著抑制海洋污損生物(如藤壺)的附著和污損貝類產(chǎn)生足絲，具有高效的防污活性，同時(shí)對非靶標(biāo)生物豐年蟲呈現(xiàn)出較低的毒性，在環(huán)境友好型海洋防污劑和防污涂料方面具良好應(yīng)用潛力。

本發(fā)明提供的防污劑中含有至少一種所述沙蠶毒素類化合物。本發(fā)明防污劑不僅可單獨(dú)作為防污劑用于制備海洋防污涂料，也可與其它防污物質(zhì)復(fù)配使用。

本發(fā)明可作為海洋防污劑以常規(guī)方法制備海洋防污涂料，涂料中含有至少一種本發(fā)明所述沙蠶毒素類化合物，可通過浸漬、噴涂或涂布等常規(guī)方式施用所述防污涂料至海洋人工設(shè)施表面，這些海洋人工設(shè)施包括但不限于：船只、海上油氣平臺、浮標(biāo)、碼頭、橋墩、船塢、海水管道、海洋探測器、木樁及海水養(yǎng)殖網(wǎng)箱。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1.本發(fā)明中的沙蠶毒素類化合物以天然存在的有機(jī)化合物仿生合成獲得，毒性較低，不含有毒重金屬，在海洋環(huán)境中易降解，對環(huán)境友好，安全性高。

2.本發(fā)明中的沙蠶毒素類化合物對多種海洋污損生物均表現(xiàn)出顯著的抑制附著活性，可為海洋防污涂料或其它抗污損產(chǎn)品的開發(fā)提供有價(jià)值的先導(dǎo)化合物，有著很好的應(yīng)用前景。

3.本發(fā)明中的沙蠶毒素類化合物，目前已有多種作為商業(yè)殺蟲劑被廣泛應(yīng)用，其人工合成工藝成熟，獲取途徑簡便，成本低，適合于大規(guī)模生產(chǎn)，不受限于生物體內(nèi)的含量，具有可靠穩(wěn)定的來源，推廣應(yīng)用潛力大。

附圖說明

圖1為沙蠶毒素對白脊藤壺金星幼體附著的影響。

圖2為沙蠶毒素對白脊藤壺金星幼體存活的影響。

圖3為殺蟲單對白脊藤壺金星幼體附著的影響。

圖4為殺蟲單對白脊藤壺金星幼體存活的影響。

圖5為沙蠶毒素對沙篩貝足絲分泌的影響。

圖6為殺蟲單對沙篩貝足絲分泌的影響。

圖7為沙蠶毒素對豐年蟲無節(jié)幼體存活的影響。

圖8為殺蟲單對豐年蟲無節(jié)幼體存活的影響。

圖1～8中，ck1表示空白對照，ck2表示溶劑對照。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不以任何方式限制本發(fā)明。

實(shí)施例1沙蠶毒素類化合物對白脊藤壺金星幼體的防污活性檢測

藤壺隸屬于節(jié)肢動(dòng)物門甲殼綱蔓足亞綱，是世界范圍內(nèi)污損危害最大的一類生物，主要通過其金星幼體附著變態(tài)形成稚體藤壺，進(jìn)而形成污損。目前以藤壺金星幼體為生物模型已成為應(yīng)用最久、最廣泛、最主要的防污檢測活性模型。本實(shí)施方式選擇白脊藤壺Balanus albicostatus金星幼體作為防污活性檢測模型，通過化合物作用下對金星幼體的附著率影響來作為評估防污活性的指標(biāo)。成體于廈門市五通海域的礁石和牡蠣養(yǎng)殖架上采集獲得，其金星幼體在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)獲得。

以甲醇為溶劑，將沙蠶毒素和殺蟲單分別配制成一系列濃度梯度溶液，分別取1mL各溶液加入到培養(yǎng)皿中，另取1mL甲醇加到干凈培養(yǎng)皿中，設(shè)為相應(yīng)的溶劑對照組，待溶劑完全蒸發(fā)、化合物均勻分布在培養(yǎng)皿底面及側(cè)面后，加入10mL膜濾海水(經(jīng)孔徑為0.22μm的濾膜過濾，下同)到每個(gè)培養(yǎng)皿中?？瞻讓φ战M中不加化合物溶液或甲醇，直接加入10mL膜濾海水。各實(shí)驗(yàn)組和對照組均設(shè)3個(gè)平行組，每組加入白脊藤壺金星幼體數(shù)30只左右。26℃下置于黑暗環(huán)境中，待溶劑對照組幼體附著率達(dá)80％以上時(shí)，用體視顯微鏡觀察金星幼體的附著情況，并求出各化合物對白脊藤壺金星幼體的半抑制附著濃度EC₅₀值(指抑制50％所檢測生物附著的有效濃度，此值越低，表明防污活性越高，下同)。

防污活性檢測結(jié)果見附圖1和3，沙蠶毒素和殺蟲單對金星幼體的EC₅₀分別為0.17和0.27μg mL^-1，表現(xiàn)出高效的防污活性，表明沙蠶毒素和殺蟲單均能強(qiáng)烈地抑制藤壺金星幼體的附著。對藤壺幼體的毒性檢測結(jié)果如附圖2和4所示，沙蠶毒素和殺蟲單對金星幼體的LC₅₀/EC₅₀值分別能達(dá)到6.47和8.70，表明這兩個(gè)化合物對藤壺金星幼體的抑制附著主要是通過非急性毒性作用。

實(shí)施例2沙蠶毒素類化合物對沙篩貝的防污活性檢測

沙篩貝Mytilopsis sallei是一種典型的外來入侵污損貝類，原產(chǎn)于中美洲熱帶水域，隸屬于雙殼綱簾蛤目飾貝科，常分布水流較緩的內(nèi)灣海域，以其足絲進(jìn)行附著生活，在海洋設(shè)施形成較厚的污損層，對水產(chǎn)養(yǎng)殖以及內(nèi)灣航運(yùn)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本實(shí)施方式是通過化合物作用下對沙篩貝足絲的分泌條數(shù)影響來作為評估其防污活性的依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)所用沙篩貝稚體，殼長約10mm，通過海水洗凈其表面，剪去原有足絲。稱取沙蠶毒素和殺蟲單，以二甲亞砜(DMSO)為溶劑，分別配制成一系列濃度梯度溶液。取干凈的24孔板，在每個(gè)孔中先加入1990μL膜濾海水，再加入10μL所配溶液，設(shè)置空白對照(溶液和溶劑均不添加)和溶劑對照(僅添加溶劑)，每個(gè)梯度下設(shè)置10個(gè)平行組。將沙篩貝放入孔中，每孔一個(gè)。黑暗環(huán)境靜置24h。24h后觀察每個(gè)孔中沙篩貝足絲分泌數(shù)量。

防污活性檢測結(jié)果如附圖5～6，沙蠶毒素表現(xiàn)出強(qiáng)烈抑制沙篩貝足絲分泌的活性，EC₅₀為1.70μg mL^-1，同時(shí)殺蟲單對沙篩貝也表現(xiàn)出防污活性，EC₅₀為14.02μg mL^-1。

實(shí)施例3沙蠶毒素類化合物對非靶標(biāo)生物豐年蟲的毒性檢測

豐年蟲Artemia salina是海洋浮游動(dòng)物的重要類群之一，也是海仔魚和幼蝦的理想餌料，常被作為毒性測試的檢測生物。本實(shí)施方式是通過檢測沙蠶毒素類化合物對豐年蟲幼體的24h急性毒性作用，以幼體的死亡率作為評估毒性高低的依據(jù)。將豐年蟲卵加至膜濾海水中，曝氣，在25℃下3000～4000Lux光照條件下進(jìn)行孵化24h。24h后收集I期無節(jié)幼體，將幼體加入新鮮的膜濾海水中，曝氣，在25℃黑暗環(huán)境下培養(yǎng)24h。24h后收集II～I(xiàn)II期幼體作為實(shí)驗(yàn)材料。

以DMSO為溶劑，配制一系列濃度梯度沙蠶毒素和殺蟲單溶液。以24孔板為實(shí)驗(yàn)容器，設(shè)置空白對照(溶液和溶劑均不添加)、溶劑對照(僅添加溶劑)以及實(shí)驗(yàn)組，每個(gè)濃度設(shè)6個(gè)平行組，每個(gè)孔2mL體系(10μL溶液/海水+1990μL膜濾海水)，每個(gè)孔幼體數(shù)量控制在10～20只。在25℃黑暗環(huán)境培養(yǎng)，24h后進(jìn)行觀察幼體的狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)幼體的健康數(shù)、死亡數(shù)并記錄。

檢測結(jié)果如附圖7和8，沙蠶毒素和殺蟲單對豐年蟲II～I(xiàn)II期無節(jié)幼體作用24h后的LC₅₀(指殺死50％所檢測生物的有效濃度，此值越高，表明毒性越低)分別為5.71和20.31μg mL^-1。根據(jù)Panagoula報(bào)道(參考科技文獻(xiàn)：Panagoula B,Panayiota M,Iliopoulou-Georgudaki J.Acute toxicity of TBT and Irgarol in Artemia salina[J].International journal of toxicology,2002,21(3):231-233.)，三丁基錫和IRGAROL對豐年蟲II～I(xiàn)II期無節(jié)幼體的24h-LC₅₀分別為4.14×10^-5和1.62μg mL^-1。根據(jù)Koutsaftis報(bào)道(參考科技文獻(xiàn)：Koutsaftis A,Aoyama I.Toxicity of four antifouling biocides and their mixtures on the brine shrimp Artemia salina[J].Science of the Total Environment,2007,387(1):166-174.)，吡硫鋅(ZPT)、吡啶硫酮銅(CPT)和百菌清對豐年蟲II～I(xiàn)II期無節(jié)幼體的24h-LC₅₀分別為3.17，0.83和1.00μg mL^-1。通過比較，顯然沙蠶毒素和殺蟲單對豐年蟲無節(jié)幼體的毒性要遠(yuǎn)低于上述商業(yè)防污劑，顯示出沙蠶毒素和殺蟲單可作為環(huán)境友好型海洋防污劑的良好潛力。