戊唑醇与Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)配合物的合成及其抗霉菌性能研究

黄泽彬， 冯文超， 刘丽瑜， 黄卫军， 杨 平， 黄小茉,3*

1.广东迪美生物技术有限公司，广东 广州 510663；2.广东省防霉抗菌工程技术研究中心，广东 广州 510070；3.广东省科学院微生物研究所，华南应用微生物国家重点实验室，广东省菌种保藏与应用重点实验室，广东 广州 510070

戊唑醇(Tebuconazole)是一种羟乙基三唑衍生物，分子式C16H22ClN3O，属于三唑类杀菌剂，最早由拜耳公司研制并于1986年制成商品用于作物微生物灾害防治，欧盟BPR法规(Biocidal Products Regulation，Regulation(EU)528/2012)已于2015年正式认可其用于薄膜防腐剂和建筑材料防腐剂中[1,2]。戊唑醇通过抑制菌体细胞膜的重要组成成分麦角甾醇的生物合成，导致细胞膜不能形成，使真菌死亡，具有高效广谱、安全性高、耐酸碱、持效期长等优点，广泛用作种子处理剂和叶面喷雾[3,4]。与目前工业微生物灾害防治常用的辛基异噻唑啉酮(OIT)、4,5-二氯-2-正辛基-3-异噻唑啉酮(DCOIT)等相比，对人体刺激性低、适用面广，但单独使用的杀菌效果较OIT、DCOIT弱，性价比不高。

无机金属盐杀菌剂有较长的应用历史，如汞化合物、铜化合物等，铜化合物在近代植物病害防治中仍在广泛使用，如波尔多铜溶液，为保护性杀菌剂，至今无抗药性问题，对人畜低毒，但一般用量较高，对敏感性作物易产生药害[5]。目前无机金属盐一般通过配位的方式作为部分杀菌组分起效。如咪鲜胺与氯化锰配位合成杀菌剂，代森锰和硫酸锌配位合成杀菌剂等。将戊唑醇与金属盐形成配合物，不仅可以增加药效持效期、环境友好性，降低原药使用量和毒性，还可以增加原药的药效、稳定性、拓宽应用领域，有些金属络合物还能解决耐药性菌问题。

本文以戊唑醇为原料，分别与乙酸铜、硫酸铜、乙酸锌、硫酸锌合成配合物。通过元素分析、红外光谱、摩尔电导对其结构进行表征；通过热重分析研究戊唑醇及其配合物的热稳定性变化；通过抗霉菌活性实验，研究对蜡叶芽枝霉、桔青霉、黑曲霉等三种霉菌的抑菌性能。目的是将具生物活性的戊唑醇与金属离子结合，以提高戊唑醇的作用效果，探索新的应用领域，为该类杀菌剂应用研究注入新活力。

1 实验部分

1.1 主要材料与仪器

材料：戊唑醇(95%工业品，经多次重结晶纯度达99%以上)；乙酸铜、乙酸锌、硫酸铜、硫酸锌均为AR，采购于广州化学试剂厂；N,N-二甲基甲酰胺(DMF，AR，上海麦克林生化科技有限公司)；无水乙醇(AR，上海化学试剂有限公司)；马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA培养基，广东环凯微生物科技有限公司)。

仪器：傅里叶变换红外光谱仪(IRAffinity-1S，日本岛津)、元素分析仪(Vario EL，德国)、电导率仪(DDS-307A，雷磁)、热分析仪(STA449F3，德国)、生化培养箱、打孔器和天平等。

实验菌种：黑曲霉(Aspergillusniger)CGMCC 3.5487；蜡叶芽枝霉(Cladosporiumherbarum)CGMCC 3.9389；桔青霉(Penicilliumcitrinum)CGMCC 3.667 5。

1.2 实验方法

1.2.1戊唑醇乙酸铜配合物的合成

称取6.16 g(0.02 mol)戊唑醇和2.00 g(0.01 mol)乙酸铜分别溶于50 mL无水乙醇和30 mL无水乙醇中，在回流温度下缓慢将戊唑醇的无水乙醇溶液滴入到乙酸铜的无水乙醇溶液中，磁力搅拌反应8 h，冷却，有淡蓝色沉淀生产。静置，抽滤，用无水乙醇(20 mL×2)洗涤沉淀两次，干燥，得配合物。

戊唑醇硫酸铜配合物、戊唑醇乙酸锌配合物、戊唑醇硫酸锌配合物合成方法同上。

1.2.2红外光谱

采用IRAffinity-1S型傅里叶变换红外光谱仪，扫描范围400 cm-1～4 000 cm-1观察化合物结构。

1.2.3元素分析

采用Vario EL型元素分析仪测定配合物中C、H、N的含量。

1.2.4摩尔电导

将化合物溶于DMF溶剂中配成1.0×10-3mol/L，用DDS-307A型电导率仪测得配合物在25 ℃时摩尔电导。

1.2.5热重分析

采用STA449F3型热分析仪，扫描范围：室温～800 ℃，升温速率：10 ℃/min，氮气气氛。

1.2.6抗霉菌活性测试

将待测的金属盐、戊唑醇和配合物分别溶于DMF中配成4 000 mg/L的母液，用已灭菌的去离子水稀释成目标浓度的10倍。取2 mL含药溶液加入18 mL PDA培养基将含药溶液稀释至目标浓度，摇匀，冷却，得含药培养基，同时做无药对照。

用已灭菌的打孔器在提前培养好的含测试菌种培养基中打出直径8 mm的带菌培养基块。用镊子将带菌培养基块移至含药培养基中央，有菌丝一面贴合含药培养基。将培养皿置于恒温培养箱中，28 ℃下培养72 h，测量菌落直径，以如下公式计算抑制生长率[6]。

抑制生长率(%)=(无药对照菌落生长直径-处理菌落生长直径)/(无药对照菌落生长直径-打孔器直径)×100%

2 结果与讨论

2.1 红外光谱表征

图1为配体戊唑醇及相应金属配合物的红外光谱图，表1为戊唑醇及相应金属配合物的主要红外光谱吸收峰。从图1可以看出，在戊唑醇的红外光谱吸收峰中，3 296 cm-1处为—OH特征吸收峰，戊唑醇与金属盐形成配合物后，该吸收峰除CuL2(CH3COO)2在3 248 cm-1外，均蓝移至3 365 cm-1～3 458 cm-1。戊唑醇在3 134 cm-1处的吸收峰，为三氮唑环上=C—H特征吸收峰，形成配合物后，CuL2SO4红移至3 130 cm-1，其他配合物均相应蓝移至3 140 cm-1～3 165 cm-1。戊唑醇在1 510处的吸收峰为三唑环骨架振动特征吸收峰，形成配合物后，相应蓝移了13 cm-1～21 cm-1。

表1 配体及配合物主要的红外光谱数据

图1 戊唑醇及其配合物的红外光谱图

金属配合物的红外光谱中三唑环骨架振动特征吸收峰均有一定蓝移，这表明配体戊唑醇中的三氮唑环上的氮原子参与了配位，由于位阻效应，4位氮原子与过渡金属离子形成配位键的可能性较大[7～9]。

2.2 元素分析及摩尔电导

表2为戊唑醇及其配合物的元素分析数据，C、H和N含量测试值与计算值吻合，与参考文献数据一致[4,6,10]。根据元素分析数据，推测配合物组成分别为CuL2(CH3COO)2、CuL2SO4、ZnL2(CH3COO)2和ZnL2SO4。将配合物溶于DMF溶剂中配成1.0×10-3mol/L，在25 ℃时测得摩尔电导值分别为2.01、8.29、3.24和7.84，表明配合物为非电解质，醋酸根离子和硫酸根离子处于配合物的内界，参与配位[11]。

表2 配体及配合物元素分析数据和摩尔电导

2.4 热失重分析

图2为戊唑醇及其配合物的热失重曲线图，由图2可知，戊唑醇失重只有一个阶段，起于193 ℃，终于290 ℃，失重率100%。CuL2(CH3COO)2在150 ℃开始急剧失重，至350 ℃变缓，失重率84.72%，最终残留物为CuO，残渣率7.81%(理论值为9.98%)；CuL2SO4在195 ℃开始急剧失重，至310 ℃变缓，失重率83.02%，最终残留物为CuO，残渣率8.95%(理论值为10.26%)；ZnL2(CH3COO)2在195 ℃开始急剧失重，至330 ℃变缓，失重率80.26%，最终残留物为ZnO，残渣率9.55%(理论值为10.19%)；ZnL2SO4在195 ℃开始急剧失重，至340 ℃变缓，失重率77.63%，最终残留物为ZnO，残渣率10.01%(理论值为10.42%)。

图2 戊唑醇及其配合物的热失重曲线图

戊唑醇的热分解温度约215 ℃，半分解温度约266 ℃。形成配合物后，CuL2(CH3COO)2的热分解温度下降至约165 ℃，热稳定性下降23.25%；ZnL2SO4的半分解温度上升至约300 ℃，在266 ℃时，ZnL2SO4残留较戊唑醇多28.64%，其半分解稳定性提高12.78%；其余配合物的热分解温度和半分解温度基本与戊唑醇一致。

2.5 抗霉菌活性测试

金属盐、戊唑醇及配合物对三种霉菌的抑菌率如表3和表4所示。由表3和表4可知，配合物对三种霉菌的抑菌率随着浓度增大而增大，金属盐在相对高的浓度对菌种也有一定的抑菌效果，乙酸铜、硫酸铜、乙酸锌和硫酸锌在40 mg/L的浓度下对蜡叶芽枝霉的抑菌率分别为40.91%、36.36%、22.73%和18.18%，而戊唑醇及其配合物在4 mg/L的浓度下对蜡叶芽枝霉、桔青霉、黑曲霉的抑菌率均达100%。配合物对桔青霉的抑制作用有较大提升，在2 mg/L的浓度下，CuL2(CH3COO)2和CuL2SO4对桔青霉的抑菌率分别为同浓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的浓度下能达到100%抑菌率；配合物对蜡叶芽枝霉和黑曲霉的抑菌率无明显增效。

表3 金属盐对三种霉菌的抑菌率

表4 戊唑醇及配合物对三种霉菌的抑菌率

3 结论

成功制备了戊唑醇乙酸铜配合物、戊唑醇硫酸铜配合物、戊唑醇乙酸锌配合物和戊唑醇硫酸锌配合物。热重分析表明，形成配合物后，其热稳定性与戊唑醇相比有所变化，CuL2(CH3COO)2的热稳定性下降23.25%，ZnL2SO4的半分解稳定性提高12.78%。抗霉菌活性实验表明，戊唑醇金属配合物对桔青霉的抑杀作用有所增强，在2 mg/L的浓度下，CuL2(CH3COO)2、CuL2SO4对桔青霉的抑菌率分别为戊唑醇在同浓度下的抑菌率的2倍和1.25倍，ZnL2(CH3COO)2和ZnL2SO4在0.5 mg/L浓度下对桔青霉的抑制作用达100%，为戊唑醇在同浓度下的抑菌率的8倍，这为戊唑醇及其配合物的新应用提供了参考。