呫吨类化合物的光敏生物活性、光降解及应用研究

论文摘要

光敏化合物在环境工程上有着重要的应用潜力,在污水处理、环境友好型农用化学品和水华控制上都能发挥重要的作用。由于植物源光敏化合物不稳定、含量低、效果差等一系列固有的缺陷,本论文着重研究了一类化学合成的光敏化合物——呫吨类化合物的光敏生物活性、光降解及开发利用。呫吨类化合物已经应用于实际生产和生活中，但对其光敏生物活性和光降解机理的研究还很不系统和充分。同时,文献对光敏化合物的活性测试的方法和结论也千差万别。通过前人的研究无法全面评价该类化合物的光敏活性的构效关系以及其生物安全性,这对于全面开发呫吨类化合物形成了很大的局限性虼耍韭畚慕?研究这类化合物的分子结构规律,生物活性规律和光降解规律,为实际应用提供理论基础。同时,本论文还研究了呫吨类化合物对铜绿微囊藻的生长以及叶绿素a含量的影响,探讨了其应用为环境友好型灭藻剂的可能性。研究成果主要如下: 1.呫吨类化合物的物化性质的变化规律为：最大吸收峰在490 nm到539 nm之间,随着取代卤原子的相对原子质量的增加或者卤原子数的增加,最大吸收峰朝长波方向移动;供试呫吨类化合物亲脂性从大到小依次为FlI2>FlBr2>Na2FlBr4Cl4>Na2FlI4>Na2FlBr4>Na2Fl,其中亲脂性最大的FlI2的正辛醇-水分配能力是Na2Fl的正辛醇-水分配能力的约32倍;供试呫吨类化合物的相对单线态氧产率从大到小依次为Na2FlBr4Cl4（1）>Na2FlI4（0.92）>Na2FlBr4（0.81）>FlI2（0.69）>FlBr2（0.67）>Na2F（0.02）。2.呫吨类化合物的生物活性的变化规律为：未经光照的条件下，呫吨类化合物的对同种待测微生物的固有生物活性基本相同,说明固有毒性可能主要决定于化合物分子的母核结构,其卤素取代基团对其影响较小;经实验光源照射下,所测MLC值明显低于未经光照条件下的值,表明呫吨类化合物对三种微生物的光敏活性明显强于对其相应的固有活性;呫吨类化合物对革兰氏阳性菌能发挥较大的光敏活性。由物化性质和生物活性的测试结果可知:光敏生物活性的测试与单线态氧的测试结果保持了高度的一致性,用单线态氧的产率这个指标来评价对微生物的光敏活性比用亲脂亲水性指标更为有效。协同作用的测试结果显示:Na2Fl的对其他五种呫吨类化合物表现出了明显的协同促进作用；当亲脂性化合物与亲水性化合物共同作用时,协同作用效果也十分明显。3.呫吨类化合物的光降解规律为：在水溶液中的光降解是假一级动力学化学反应,半衰期在5小时到7小时之间,属于同一个数量级。脂溶性高的化合物比水溶性高的化合物半衰期长,较难降解。随着反应时间的增加,化合物最大吸收峰处的光吸收值逐渐减小,但没有明显的新的吸收峰出现,这说明在反应过程中部分光敏化合物发生完全降解,成为小分子化合物或离子;六种呫吨类化合物在硅胶基质的光降解也符合假一级动力学化学反应的规律,半衰期在1小时到2小时之间。在相同的实验条件下,同种呫吨类化合物在水溶液中降解的半衰期均为其在硅胶基质上降解的半衰期的4倍左右。4.对光降解中间产物和终产物的研究结果显示:光敏试验中C20H6O5Br4Na2能迅速而完全降解为小分子化合物CO2、HBr、NaBr和H2O等;以酵母菌为测试菌,证实了在降解过程中,中间产物和终产物的光敏生物活性也在不断降低。实验证实,呫吨类化合物在自然条件下能在发挥光敏生物活性的同时迅速降解为小分子化合物,残留量少,同时,其降解中间产物和终产物的光敏生物活性也迅速降低,对环境的潜在风险很小。5.呫吨类化合物对铜绿微囊藻的测试结果显示：供试样品中对供试藻种活性最强的是Na2FlBr4Cl4,其MLC值为在光照条件下为40μM,在无光条件下为90μM;通过Na2FlBr4Cl4对铜绿微囊藻的生长量以及叶绿素a含量的影响的研究发现,在较低的浓度范围内,呫吨类化合物对铜绿微囊藻的生长没有太大影响，而在中高的浓度范围内,则能产生显著的抑制效应。由于呫吨类化合物能在自然环境中迅速降解，残留度低,显示了一定的作为环境友好型灭藻剂开发的潜能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及研究现状
• 1.1.1 光敏化合物的研究意义
• 1.1.2 光敏化合物的作用机理
• 1.1.3 光敏化合物的分类
• 1.1.4 植物源光敏化合物的一些局限性
• 1.1.5 呫吨类光敏化合物的应用研究
• 1.2 本论文的研究目标及技术路线
• 参考文献
• 第二章 呫吨类化合物的光敏生物活性及构效关系研究
• 2.1 前言
• 2.2 光敏生物活性的理论基础
• 2.2.1 光敏化合物的作用机制
• 2.2.2 单线态氧的检测体系
• 2.2.3 测试光源的选择
• 2.2.4 辛醇-水分配系数
• 2.3 实验材料
• 2.3.1 供试呫吨类化合物
• 2.3.2 主要试剂
• 2.3.3 实验仪器和设备
• 2.3.4 供试菌株
• 2.3.5 光源
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 吸收光谱的测定（λmax）
• 2.4.2 相对单线态氧产率（Φ′）的测定
• 2.4.3 辛醇-水分配系数（Log P）的测定
• 2.4.4 定性光敏活性测试
• 2.4.5 定量光敏活性测试
• 2.4.6 呫吨类化合物的协同作用测试
• 2.5 实验结果与讨论
• 2.5.1 呫吨类化合物的物化性质及变化规律
• 2.5.2 呫吨类化合物的单线态氧产率实验分析
• 2.5.3 呫吨类化合物的定性光敏生物活性分析
• 2.5.4 呫吨类化合物的定量光敏生物活性分析
• 2.5.5 呫吨类化合物的协同作用分析
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 第三章 呫吨类化合物的光降解研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料和仪器
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 实验仪器和设备
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 在溶液中的降解动力学研究
• 3.3.2 在基质上的降解动力学研究
• 3.3.3 降解产物及其光敏生物活性研究
• 3.4 实验结果及讨论
• 3.4.1 在溶液中的降解动力学研究
• 3.4.2 在基质上的降解动力学研究
• 3.4.3 降解产物及其光敏生物活性研究
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 一个应用实例研究——呫吨类化合物对藻的光敏生物活性测试
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料
• 4.2.1 供试藻种
• 4.2.2 实验仪器和设备
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 定性光敏活性测试
• 4.3.2 定量光敏活性测试
• 4.3.3 剂量-效应与时间-效应测试
• 4.4 实验结果与讨论
• 4.4.1 定性光敏生物活性测试结果
• 4.4.2 定量光敏生物活性测试结果
• 4.4.3 剂量-效应关系与时间-效应关系测试结果
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论、展望与创新点
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 5.3 论文创新点
• 学术论文发表情况
• 致谢