二溴海因消毒剂应用研究进展

朱大欣,马小燕,段玉奇,时梦瑶,倪孟侨,李哲,王奎涛,2

(1.河北科技大学 化学与制药工程学院，河北 石家庄 050018；2.河北省药用分子化学重点实验室，河北 石家庄 050018)

二溴海因，化学名称为1,3-二溴-5,5-二甲基海因或1,3-二溴-2,4-咪唑啉二酮(DBDMH)，其分子式为C5H6Br2N2O2，结构式如下：

通常其为白色或淡黄色固体，在水中溶解度低，可溶于乙醇、丙酮等有机溶剂，活性溴含量为54%左右，干燥状态下稳定、易吸潮，吸潮后部分水解；有轻微或极少刺激性气味。

从结构上看，其属于N-卤素取代乙内酰脲类有机化合物，具有氧化性，其中N—Br键易被破坏，与 NBS等溴化剂相比具有活性溴含量高、贮存稳定且价格经济等优点，已广泛用于生物活性的分子构建中。刘亚丽等[1]以β-硝基苯乙烯衍生物和二溴海因为主反应物，在双键高度区域选择性氨溴加成反应得到的产物收率高达95%左右；黄子涵等[2]用二溴海因代替溴素进行溴代丙酮酸的合成工艺优化，优化后反应产率高，过程无溴化氢气体且不腐蚀设备；陈玉梅等[3]以二溴海因为溴化剂制备重要医药中间体2-氟-5-氯-3,4-二溴硝基苯，反应条件得到优化适于工业化生产。由此可见二溴海因有更好的溴化效果，可以代替大多数常用溴化剂参与反应。

除此之外，二溴海因作为消毒剂也具有相当大的潜力。早在1861年由Baeyer发现海因后，国外就有人在探索中发现二溴海因的优良消毒效果。Elsmore，Kasai和Armon等[4-6]分别研究了含卤二甲基乙内酰脲在水体中及各类物体表面消杀效果。我国是在非典后才对其有了进一步研究，各类防治及指导消菌文件中均指定有效溴500 mg/L左右的二溴海因可用于室内外大环境或餐饮器具消毒[7]。薛广波[8-9]认为二溴海因由于其特殊的优点，未来必将有广阔的发展前景，其作为一种新型的高效消毒剂，甚至有取代含氯消毒剂的可能性。

1 消毒分解机理

研究发现[10-12]二溴海因在水中能水解成次溴酸，不断释放出活性物质，水解速度快，释放出Br离子与含氮物质反应形成卤胺类物质干扰细菌细胞代谢，从而起到杀菌作用；次溴酸与其分解出的新生态氧会增加细胞膜通透性起到杀菌作用。其反应如下：

陈荣凤等[13]通过从蛋白质变化、DNA链断裂以及超微结构研究了二溴海因对枯草杆菌黑色变种芽孢的杀灭机理，通过检测发现该物质在二溴海因溶于水释放出有效溴后蛋白质合成受阻、壳质降解，同时DNA双链断裂，使细菌死亡。同时，还通过悬液定量杀菌法证明在不同有效溴的含量下对大肠埃希菌、金葡菌、枯草杆菌黑色变种芽孢以及HBsAg的抗原性均有良好杀灭和破坏效果[14]。

黄鑫等[15]研究二溴海因在水中紫外光照射下分解和副产物形成的机理，紫外辐照5 min后可产生质量浓度较大的溴酸根离子(>25.9 μg/L)；溴酸根离子是次溴酸光促歧化反应的中间产物，且pH对分解过程影响可忽略。有效溴包括次溴酸和溴氨，实验中当紫外光波长越短且水中存在NH3-N时，在有效溴分解后会和氨氮生成溴氨抑制溴酸根生成[16]，达到一种动态平衡，剩余的二甲基海因可以继续分解为二氧化碳等对环境无污染的物质。

2 消毒效果及对比研究

在病毒灭活方面，陈倩等[17]考察了MS2噬菌体和脊髓灰质炎病毒 I型(PV-I)对二溴海因消毒剂的抵抗力情况，实验证明二者均可以被有效杀灭，且MS2噬菌体比PV-I更易被二溴海因杀死。冷红英等[18]在对脊髓灰质炎病毒灭活时以牛血清白蛋白为有机干扰物，发现其对二溴海因的灭杀效果具有一定影响。

杀菌方面陈越英等[19-20]研究了对嗜肺军团菌的杀灭效果和影响因素，研究结果发现200 mg/L作用10 min即可全部杀灭，另外温度(10 ℃)对其效果有轻微影响，有机物与pH(5.0～9.0)基本无影响。通过微孔滤膜法抽滤法对实验室和现场实验水体中大肠杆菌群落进行了杀菌效果测定，结果发现即使有效溴比较低，在任何水体中都有相当可观的杀菌效果，同时证明对于大肠杆菌来说，水温、pH及有机物对其杀菌效果影响很轻。

同时研究人员也与现有常用消毒剂作了大量对比，王铮等[21]使用溴含量55.9%的二溴海因与10%次氯酸钠溶液在原水中进行除藻实验；王跃斌等[22]使用二溴海因与三氯异氰尿酸对海蜇幼体进行急性毒性实验；陈叶俊[23]进行了二溴海因与过硫酸氢钾复合盐对牙椅细菌种类最复杂的左侧扶手的消毒对比；罗玫玲等[24]将二溴海因超声波雾化与紫外线空气消毒进行对比，均证明了二溴海因比其他消毒剂具有更好的消毒效果和安全性。

徐燕等[25]更是将二溴海因、次氯酸钠等4种消毒剂按消毒技术规范对脊髓灰质炎病毒和大肠埃希菌分别灭杀，结果表明二溴海因在有效溴200 mg/L作用5 min对埃希菌有很好的杀死作用，在有效溴500 mg/L作用15 min可对脊髓灰质炎病毒灭活，是四类消毒剂中最好的。

3 消毒剂质量性能评价

王晓蕾等[26]对二溴海因消毒剂进行了消毒性能研究发现其对于金属腐蚀性也极低，在高浓度长时间的浸泡中对不锈钢基本无腐蚀，对铜、铝有轻度腐蚀，对碳钢中度腐蚀。吕瑞芳等[27]对二溴海因消毒片进行了探究，发现片剂密封包装储存于37 ℃ 90 d后，仍能保证其有效杀菌含量，表明二溴海因片剂储存性能稳定安全。王康等[28]通过75 ℃热稳定性实验、二溴海因放热分解情况分析、爆炸性及家兔皮肤刺激性等一系列实验，证明二溴海因其稳定的性质，是非易燃易爆品，并未发现对皮肤的不可逆损伤。

随着二溴海因的开发应用，与人类接触越来越密切，无论是动植物还是人，使用是否会对我们造成损伤都值得研究。姜霞[29]和张明月等[30]分别对二溴海因进行了急性毒性以及亚急性毒性研究，结果小鼠生长活动、血液脏器等指标均正常，表明其无明显急性毒性和亚急性毒性。孙博[31]对二溴海因在罗非鱼体内分解变化及损伤过程检测后发现，整体存在一种类似剂量-时间效应关系，其含量与不可逆损伤程度成正比，所以建议在应用过程中要注意浓度控制。

4 应用研究

目前二溴海因最主要用于水产养殖业，对养殖水体进行消毒。除此以外在除藻方面也取得了不错的进展。张兴魁等[32]通过对海水中不同种类的混合水藻样本进行杀灭，发现2 d后除藻效果最佳。即使当有效溴为6 mg/L时，最低除去率也达到了86.15%。鞠伟琴等[33]将二溴海因用于水培花卉的研究中，通过对营养液和植株生长情况观察其对水培绿藻的抑制作用，发现酸碱环境最佳抑制浓度有所不同，且对营养液电导率产生一定影响。而袁博等[34]又将50 mg/L二溴海因与2 g/L活性炭复配使用，复配后的溶液不仅具有最佳除藻效果，对植物生长影响小，同时对营养液电导率变化也最优。

复配使用方面，秦娟等[35]以二溴海因或溴氯海因为主药、硬脂酸单甘酯及吐温-80为辅料制备的复合保鲜剂用于蜜桔生长实验研究，结果表明二溴海因和溴氯海因复合保鲜剂可以在长期储存中使好果率达到80%以上。由于其优良的配伍性，除了将其和同类型的溴氯海因复方使用外，易佳琳等[36]将二溴海因与邻苯二甲醛(OPA)复方使用，在较低浓度配比下使得大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌化学键出现不同程度断裂，膜电位变化、ATP迅速下降，进而达到消毒效果。

其他应用领域上，石瑞常等[37]以二溴海因为主成分制成蚕用熏烟消毒剂鲁烟1号，对家蚕核型多角体等病毒以及苏云金芽孢杆菌等细菌的消杀均取得了理想效果。宁培勇等[38]将二溴海因消毒剂应用于衣物消毒，并与市售部分衣物消毒剂对比发现，二溴海因对铜绿假单胞菌和白色念珠菌的平均杀灭对数值均>3.00，而其他洗护用品<1.00，效果明显较优。

李俊[39]通过将二溴海因分别与亲水性和疏水性二氧化硅微粒子反应，制备出具有抗菌效果的有机/无机抗菌复合微粒子，研究发现二溴海因通过物理或化学作用包裹在SiO2粒子表面，形成一种有机抗菌材料包覆无机载体结构的可溶性微粒。SiO2粒子的亲水程度可能会导致抗菌微粒的溶解差异，此类功能性复合二氧化硅微粒子的研究对涂料、橡胶、药物等各领域均有广阔的研究前景。

5 总结与展望

通过以上对二溴海因消毒机理、消毒效果对比、安全性能评价以及应用研究总结发现其比其他类型消毒剂对大多数常见微生菌、病毒杀死或抑制作用更强，同时兼具杀芽孢作用，杀菌范围广；没有明显刺激性气味，稳定性高且对金属腐蚀较小，对人无毒无刺激；消毒后自然分解，对环境无污染；是一种环境友好型高效氧化类消毒剂。目前国内尚未形成大规模应用，可能与其难溶、贮存、特定场合使用效果不佳等因素有关，这些存在问题亟待解决。

二溴海因具有诸多优势，关于其合成、开发及复配使用，逐渐成为近年研究热点。随着市场的日益变化，二溴海因消毒剂的使用和需求也会大大增加，而通过物理化学或制剂等方法解决其溶解问题等不足的各类新剂型消毒剂也会应运而生，以溴代氯的趋势将成为必然，二溴海因的生产、应用及发展都会在未来具有十分重要的意义与无限前景。