Дядюченко Людмила Всеволодовна, к.х.н., доцент

Всероссийский научно-исследовательский институт биологической защиты растений, Краснодар, Россия

Дмитриева Ирина Геннадиевна, к.х.н., доцент

Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия

С целью разработки новых гербицидных антидотов для вегетирующих растений подсолнечника синтезирована группа новых химических соединений, относящихся к производным изоксазолопиридинов, и изучена их антидотная активность в лабораторном и полевом опыте. Найдены соединения с высоким антидотным эффектом

Ключевые слова: СИНТЕЗ, ИЗОКСАЗОЛОПИРИДИНЫ, ГИДРОКСИЛАМИН, КАРБОКСАМИДЫ,

ЯМР СПЕКТРЫ, МАСС-СПЕКТРЫ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

Doi: 10.21515/1990-4665-122-034

Среди важнейших задач, стоящих перед современными агрономическими, химическими и экологическими науками приоритетными являются разработка простых и технологичных методов синтеза новых, экологически безопасных органических соединений с целью расширения ассортимента химических средств защиты растений и, в частности, антидотов - веществ, снижающих фитотоксическое действие гербицидов на чувствительные сельскохозяйственные культуры.

Задача наших исследований состоит в поиске эффективных средств защиты подсолнечника от фитотоксического воздействия гербицида 2,4-Д. Подсолнечник в высокой степени чувствителен к вышеназванному гербициду и в случаях непреднамеренного попадания последнего на культуру возможны существенные потери урожая. Нами проводится синтез новых соединений и отбор потенциальных антидотов, способных снизить эти потери.

Азотсодержащие гетероциклы представляют собой весьма интересный класс соединений по причине своей разнообразной и высокой биологической активности. Яркими их представителями являются производные пиразолопиридинов, на основе которых создано и широко применяется большое количество лекарственных средств [1], они проявляют также свойства регуляторов роста подсолнечника [2], сахарной свёклы [3], а также антидотов [4]. В настоящей работе нами осуществлён синтез и изучены антидотные свойства кислородсодержащих аналогов пиразолопиридинов - производных изоксазолопиридинов.

Изоксазоло[5,4-b]пиридины в научной литературе представлены лишь единичными публикациями [5]. Для их синтеза используют реакцию 2-хлорникотинонитрилов с гидроксиламином в присутствии основания, приводящую к образованию на первой стадии соответствующего амидоксима:

Схема 1

Ранее нами было изучено взаимодействие 4,6-диметил-2,5-дихлорникотинонитрила (соединение 1, схема 2) с гидроксиламином в среде водного этанола в присутствии бикарбоната натрия в качестве основания [6]. Установлено, что независимо от условий проведения реакции: водный этанол (кипячение в течение 18 ч), водный метанол (кипячение, 28 ч), водный метанол (нагревание 40-45 С, 45 ч), во всех случаях из реакционной массы выделены два продукта, один из которых - целевой амидоксим 2, второй - 4,6-диметил-2,5-дихлорникотиноиламид 3:

Схема 2

синтез изоксазолопиридин гербицидный антидотный

Следовательно, наряду с присоединением гидроксиламина по цианогруппе, протекает конкурирующая реакция - щелочной гидролиз цианогруппы до амидной, причём последняя осуществляется преимущественно, т.к. соотношение продуктов 2 и 3 составляло 1 - 2,2…2,5.

В данной работе, чтобы исключить возможность гидролиза, реакцию проводили в безводных условиях. Для этого в качестве растворителя использовали безводный метанол, в качестве основного катализатора - метилат натрия. Реакция протекает при комнатной температуре, причём не останавливается на стадии образования 4,6-диметил-2,5-дихлорпиридил-3-амидоксима 2, а осуществляется внутримолекулярное замещение атома хлора в положении 2 гидроксильной группой с гетероциклизацией (схема 3):

Схема 3

Время протекания реакции 8 часов, выход 3-амино-4,6-диметил-5-хлоризоксазоло[5,4-b]пиридина составил 70 %.

Далее взаимодействием изоксазолопиридина 4 с хлорангидридами карбоновых кислот нами получена серия производных 5а-g (Схема 4). Реакция осуществляется при комнатной температуре или при нагревании в среде безводного бензола в присутствии акцептора хлороводорода (Et3N) за 5-8 ч:

Схема 4

Где 5а R = 3-нитро-4-хлорфенил; 5b R = 3-хлорфенил; 5с R = 4-метилфенил; 5d R = циклопропил; 5е R = бромметил; 5f R = 2(циклопентил)этил; 5g R = изопропил.

Структура всех синтезированных соединений подтверждена элементным анализом, данными масс-спектрометрии и ЯМР 1Н-спектроскопии.

В таблице 1 приведены физико-химические характеристики синтезированных 3-амино-4,6-диметил-5-хлоризоксазоло[5,4-b]пиридина 4 и карбоксамидов 5а-g на его основе.

Таблица 1 - Физико-химические константы соединений 4, 5а-g

В спектрах ЯМР 1Н соединений присутствуют все необходимые сигналы протонов в характерных для них областях (таблица 2).

Таблица 2 - Данные ЯМР 1Н спектров соединений 4, 5а-g

3-Амино-4,6-диметил-5-хлоризоксазоло[5,4-b]пиридин 4 устойчив под действием электронного удара, в его масс-спектре пик молекулярного иона имеет максимальную интенсивность. Пики молекулярных ионов карбоксамидов 5а-g в масс-спектрах тоже проявляются, их интенсивность варьирует от 10 до 65 %. Для первичной фрагментации характерно расщепление связи HN - C(O) c миграцией атома водорода от б-углеродного атома на группу HN:

Последующая более глубокая фрагментация отражена в таблице 3.

Таблица 3 - Данные масс-спектров соединений 4, 5а-g

Следующим этапом нашей работы было изучение антидотной активности синтезированных соединений на подсолнечнике по отношению к 2,4-Д.

Первичную оценку антидотной активности проводили на проростках подсолнечника. Для этого проросшие семена подсолнечника с длиной зародышевого корешка 2-4 мм помещали на 1 ч в раствор 2,4-Д в концентрации 10-3 % в расчёте получения 40-60 % ингибирования роста гипокотиля. После гербицидного воздействия проростки промывали водой и помещали в растворы испытуемых на антидотную активность веществ в концентрациях 10-2, 10-3, 10-4 и 10-5 % (вариант гербицид+антидот). Спустя 1 ч семена промывали водой и дальнейшее проращивание семян проводили в термостате в течение 3 суток при температуре 28 оС.

Семена варианта «гербицид» (эталон сравнения) выдерживали 1 ч в растворе 2,4-Д в концентрации 10 -3 % и 1 ч в воде. Семена контрольного варианта 2 часа выдерживали в воде. Повторность опыта трехкратная. В каждой повторности использовали по 20 штук семян.

Защитный (антидотный) эффект определяли по увеличению длины гипокотиля и корня в варианте гербицид+антидот относительно названных величин в варианте «гербицид» (эталон). Отобранные в ходе лабораторного опыта активные соединения продолжили исследовать в полевых условиях.

В полевых экспериментах растения подсолнечника в наиболее чувствительной фазе (10-16 листьев) обрабатывали 2,4-Д в дозах, обеспечивающих 40-60 % снижение его урожайности. Через сутки после воздействия гербицидом на растения наносили антидоты в дозе 30 г/га. Площадь опытной делянки 2,8 м2, повторность пятикратная. Антидотную активность оценивали по увеличению урожая семян подсолнечника в варианте гербицид + антидот в сравнении с эталоном.

Из 8 синтезированных соединений высокую антидотную активность проявило вещество 5b. Полученные результаты приведены в табл. 4.

Таблица 4. Антидотная активность cоединения 5b в дозе 30 г/га по отношению к 2,4-Д на растениях подсолнечника

*Различия между вариантами достоверны при Р = 0,90

Таким образом, проведённое исследование позволило выявить вещество, способное снижать потери урожайности подсолнечника от воздействия гербицида в чрезвычайных ситуациях и заслуживающее в дальнейшем более детального изучения.

Экспериментальная часть

Элементный анализ на C, H, N синтезированных соединений выполнен на анализаторе Carlo-Erba (мод. 1106). Масс-спектры электронного удара записаны на приборе «Finnigan MAT INCOS 50» (энергия ионизирующего излучения -- 70 эВ). Для спектров ЯМР 1Н использовали прибор Jeol 400 MГц. Температуры плавления определены на нагревательном приборе Stuart SMP 30.

Синтез 3-амино-5-хлор-4,6-диметилизоксазоло[5,4-b]пиридина (4)

К приготовленному раствору метилата натрия из 1,05 г (18 ммоль) металлического натрия и 60 мл безводного метанола, добавляют 1,26 г (18 ммоль) солянокислого гидроксиламина и перемешивают 0,5 ч при комнатной температуре, затем вносят в реакционную смесь 3,63 г (18 ммоль) 4,6-диметил-2,5-дихлорникотинонитрила 1 и продолжают перешивание ещё 8 ч. Образовавшийся осадок отфильтровывают, после перекристаллизации из этанола получают 2,5 г (70 %) целевого соединения 4 с т. пл. = 215-216 °С.

Общая методика синтеза N-{5-хлор-4,6-диметилизоксазоло[5,4-b]пиридил-3-}-карбоксамидов (5а-g)

Смесь эквимолярных количеств 3-амино-5-хлор-4,6- диметилизоксазоло[5,4-b] пиридина 4, триэтиламина и соответствующего хлорангидрида карбоновой кислоты в среде безводного бензола перемешивают при комнатной температуре или нагревают в течение 6-9 ч. Из реакционной массы осадок отфильтровывают, сушат. После перекристаллизации получают целевое соединение 5а-g.

Литература

1. Gouda M.A. Unifity of 3-Amino-4,5-dimethyl-1H- pyrazolo[3,4-b]pyridine in Heterocyclic Synthesis / M.A. Gouda // J. Heterocyclic Chem. 2011. V 48. № 1. р. 1-10.

2. Дмитриева И.Г., Дядюченко Л.В., Стрелков В.Д., Макарова Н.А. Пат. РФ, № 2357966. N-замещённые пиразоло-[3,4-b]пиридил-3-сульфониламиды, проявляющие рострегулирующую активность. Опубликовано 10.06.2009 г.

3. Назаренко Д.Ю., Стрелков В.Д., Дядюченко Л.В., Дмитриева И.Г. Пат. РФ, № 2338377. Способ стимулирования роста сахарной свеклы регулятором роста. Опубликовано 20.11.2008 г.

4. Стрелков В.Д. Антидоты гербицида 2,4-Д на подсолнечнике / В.Д. Стрелков, Л.И. Исакова, Л.В. Дядюченко., Т.И., Д.Ю. Назаренко // Защита и карантин растений. 2011. № 5. с. 29-31.

5. Dunn A.D. The Addition of Hydroxylamine to Derivatives and Halopyridine Carboxylic Acids / A.D. Dunn // Z. Chem. 1987. V. 27. № 1. р. 337-338.

6. Дмитриева И.Г. Особенности взаимодействия некоторых 2-хлорникоти-нонитрилов с гидроксиламином. Синтез 3-(1,2,4-оксадиазолил-3)-пири-динов и их фрагментация под действием электронного удара / И.Г. Дмитриева, Л.В. Дядюченко, Е.А. Кайгородова // Изв. Вузов. Химия и хим. технол. 2005. Т. 48. № 11. c. 14-17.

Размещено на Allbest.ru