基于环境友好型肉桂酸化合物的海洋防污涂料添加剂生态高效合成及性能研究

为应对传统含铜及增效杀菌剂防污涂料造成的港口污染问题，研究人员开展肉桂酸类化合物的绿色合成及海洋防污性能研究。通过溶剂-free热合成法和Preyssler酸催化酯化技术制备9种衍生物，其中3,4,5-三甲氧基肉桂酸和异丁基肉桂酸酯在90天实海测试中展现显著防污效果（覆盖率<2%），且对卤虫无节幼体无毒性（存活率>68.8%）。该研究为开发可生物降解、低环境风险的防污剂提供了新策略。

　　

海洋环境中，船舶和人工设施表面附着的生物污损（Biofouling）每年造成高达数十亿美元的经济损失。传统含铜（Cu₂O）和有机杀菌剂（如Diuron?）的防污涂料虽能有效抑制生物附着，却导致港口沉积物重金属累积和非目标生物中毒。随着国际海事组织（IMO）对三丁基锡（TBT）和Irgarol 1051?等物质的禁用，开发新型环保防污剂成为当务之急。

研究人员从海洋植物Zostera marina中获取灵感，发现其分泌的对位磺化肉桂酸（Zosteric acid）可通过微生物磺酸酯酶转化为具有防污活性的肉桂酸。基于这一天然防御机制，团队通过Knoevenagel缩合反应（醛与丙二酸无溶剂热合成）和Preyssler酸（SiPA）催化酯化技术，高效制备了5种肉桂酸（1-5）和4种酯类衍生物（6-9）。所有合成均遵循绿色化学原则，其中3,4,5-三甲氧基肉桂酸（4）收率达71%，仅需乙醇-水重结晶即可获得高纯度产物。

关键实验技术包括：1）90天实海测试（阿根廷马德普拉塔港，38°S），采用CPCe软件量化面板覆盖率；2）卤虫（Artemia salina）急性毒性实验（0.5% w/v浓度，24h暴露）；3）硅胶固载Preyssler酸（SiPA）催化剂的4次循环利用评估。

研究结果显示：

1. 合成优化：无溶剂条件下，肉桂酸类化合物（1-5）收率高达88-92%，熔点与文献值吻合；异丁基肉桂酸酯（6）在120°C密封管中收率提升至68%。
2. 防污效能：含化合物4、5、6的涂料（P4-P6）显著抑制藤壶（Balanus spp.）和被囊动物（Botrylloides diegensis）附着，覆盖率较对照组（44%被囊动物）降低98%（p<0.05），效果媲美氧化亚铜涂料。
3. 生态安全性：化合物4（21.0 mM）和6（24.5 mM）对卤虫的存活率分别为68.8%和69.2%，与阴性对照组（91.7%）无统计学差异（p>0.05），而4-甲基肉桂酸（5）显示潜在毒性（存活率32.8%）。

讨论指出，3,4,5-三甲氧基苯基的引入可能通过抑制乙酰胆碱酯酶（AChE）干扰幼虫附着，而异丁基肉桂酸酯的抗菌谱（文献报道对革兰±菌及酵母有效）可能破坏生物膜形成。值得注意的是，这些化合物可被微生物降解，且肉桂酸已被FDA列为GRAS（公认安全）物质，环境风险显著低于传统杀菌剂。

该研究发表于《Sustainable Chemistry for the Environment》，首次证实肉桂酸衍生物作为防污添加剂的实用价值，为开发符合IMO标准的下一代涂料提供了关键化合物库。未来需进一步阐明其分子作用机制并开展长期生态风险评估。