CC BY
51
К-(2-(1Н-бензо[ё]имидазол)фенил)-2-метоксиацетамид: Выход 42%, Тпл 211—214°С, № 0,77. Спектр ЯМР !Н, 5, м.д., J, Гц: 13,48 с (1H-NH); 12,97 с (1Н, -NHCO); 7,25 т (2Н, Н5, Н6, 3J=7,6); 7,66 д (Н7, 3J=7,6); 7,55 (Н4, 3J=7,6); 8,07 д (Н3', 3J=8,1); 8,79 д (Н6', 3J=8,1); 7,45 т (Н4', 3J=8,1); 7,22 т (Н5', 3J=8,1); 4,07 с (2Н, -СН2-); 3,60 с (3Н, -ОСН3).
^(2-(1Н-бензо[ё]имидазол)фенил)-2-(4-метоксифенил)ацетамид: Выход 91%, Тпл 299—301°С, Rf 0,88. Спектр ЯМР 'Н, 5, м.д., J, Гц: 13,07 с (1Н, -NH); 12,98 с (1Н, -NHCO); 7,26 т (2Н, Н5, Н6, 3J=6,8); 7,70 д (Н7, 3J=6,8); 7,54 (Н4, 3J=6,8); 8,05 д (Н3', 3J=7,8); 8,67 д (Н6', 3J=7,8); 7,41 т (Н4', 3J=7,8); 7,19 т (Н5', 3J=7,8); 7,36 д (2Н, Н2*-6*, 3J= 8,6); 6,85 д (2Н, Н3*5*, 3J= 8,6); 3,73 с (2Н, -СН2СО); 3,71 с (3Н, -ОСН3).
^(2-(1Н-бензоИимидазол)фенил)-2-п-толилацетамид: Выход 93%, Тпл 287-289°С, Rf 0,86. Спектр ЯМР !Н, 5, м.д., J, Гц: 13,14 с (1Н, -NH); 13,11 с (1Н, -NHCO); 7,24 дд (2Н, Н5, Н6, 3J=6,6); 7,62 ш.с. (Н7, Н4, 3J=6,8); 8,06 д (Н3', 3J=8,6); 8,66 д (Н6', 3J=8,6); 7,41 т (Н4', 3J=8,6); 7,17 т (Н5', 3J=8,6); 7,33 д (2Н, Н2*'6*, 3J= 8,1); 7,11 д (2Н, Н3*5*, 3J= 8,1); 3,76 с (2Н, -СН2СО); 2,28 с (3Н, -ОСН3).
Список использованных источников
1. Справочник Видаль. Лекарственные препараты в России. М.: АстраФармСервис, 2009.1760 с.
2. Starcevic K., Kralj M., Ester K., Sabol I., Grce M., Pavelic K., Karminski-Zamola G. Synthesis, antiviral and antitumor activity of 2-substituted-5-amidino-benzimidazoles. // Bioorg. Med. Chem. 2007. V. 15(13). P. 4419-4426.
3. Ramla M.M., Omar M.A., Tokuda H., El-Diwani H.I. Synthesis and inhibitory activity of new benzimidazole derivatives against Burkitt's lymphoma promotion. // Bioorg. Med. Chem. 2007. V. 15(19). P. 6489-6496.
4. Navarrete-Vazqueza G., Rojano-Vilchisb M.M., Yepez-Muliac L., Melendezd V., Gerenae L., Hernandez-Camposb A., Castillob R. and Hernandez-Luisb F. Synthesis and antiprotozoal activity of some 2-(trifluoromethyl)-1H-benzimidazole bioisosteres. // Eur. J. Med. Chem. 2006. V. 41. P. 135-141.
5. Rope M., Isensee R.W., Joseph L. Derivatives of 2-phenylbenzimidazole // J. Am. Chem. Soc. 1952. V. 74 (4), P. 1095-1096.
6. Hein D.W., Alheim R. J., Leavitt J.J. The use of polyphosphoric acid in the synthesis of 2-Aryl—and 2-Alkyl-substituted benzimidazoles, benzoxazoles and benzothiazoles // J. Am. Chem. Soc. 1957. V. 79 (2), P. 427-429.
7. Grimmett, M.R. Best synthetic methods. Imidazole and benzimidazole synthesis / M.R. Grimmett.—San Diego: Academic Press Inc. 1997. 265 p.
8. Lipinski C.A., Lombardo F., Dominy B.W., Feeney P. Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings // Adv. Drug. Deliv. Rev. 1997. V. 23. P. 3-25.
Изучение химико-биотических взаимодействий макрофитов (Utricularia gibba, Echinodorus quadricostatus, Synnema triflorum, Hydrotriche hottoniiflora, Lilaeopsis sp.) с тяжелыми металлами (Zn, Cu, Pb, Cd), загрязняющими окружающую среду
Поклонов В. А.
аспирант МНЭПУ, работает в лаборатории физико-химии биомембран биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
Остроумов С. А.
д.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории физико-хи-мии биомембран биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
Шестакова Т. В.
к.х.н., старший научный сотрудник кафедры геохимии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
Введение
В ряде водных объектов Российской Федерации имеет место загрязнение воды тяжелыми металлами, что приводит к превышению предельно-допустимых концентраций (ПДК) (1). Для понимания особенностей распределения металлов в водных объектах и разработки технологий ремедиации загрязненной среды необходимо изучение химико-биотических взаимодействий с участием металлов, различных аспектов миграции элементов в водных экосистемах, что исследуется с помощью различных подходов, в том числе с использованием экспериментальных микрокосмов (2—7).
Биогенная миграция элементов в водных экосистемах связана с самоочищением воды и формированием ее качества, что представляет большой теоретический и практический интерес. (8).
В гидросфере, в водных пресноводных и морских экосистемах имеют место сложные взаимосвязи между биотой и качеством воды, функционируют комплексные механизмы самоочищения воды, в которых существенная роль принадлежит биоте (8) . В состав биоты водных экосистем входят макрофиты, которые в настоящее время исследуются с перспективой разработки экотехнологий очищения компонентов окружающей среды (фиторемедиации) (3—7).
Для выяснения роли макрофитов как факторов фиторемедиации необходимо изучение систем со многими загрязняющими веществами, в том числе с такими приоритетными поллютантами, как тяжелые металлы. Многие тяжелые металлы и их соединения оказывают негативное воздействие на организмы (3, 9) и ферменты (10). Тяжелые металлы накапливаются в клетках и тканях многих изученных видов (9, 11—13), опасны для здоровья человека, проявляют токсичность в различных тест-системах например, (14—16), в том числе в ряде систем проявляют генотоксичное и мембранотропное действие. Цель работы—изучить динамику концентраций этих тяжелых металлов, а на этой основе—получить
Всероссийский журнал научных публикаций, ноябрь 2010
информацию о фиторемедиационном потенциале водных макрофитов ранее не исследованных в этом отношении видов, а также проанализировать фитотоксичность. В данной работе сообщается о измерении концентраций тяжелых металлов в ходе инкубации водных макрофитов в микрокосмах, вода которых содержала добавленную смесь четырех тяжелых металлов ^п, Си, РЬ, Сё). В результате опытов обнаружено вызванное присутствием макро-фитов пяти видов ускорение снижения измеряемых концентраций четырех металлов. Методы
В качестве метода определения металлов в воде использовали метод инверсионной вольтамперометрии (2,3,4). Выбор видов макрофитов был продиктован стремлением расширить таксономический состав растений, апробированных с точки зрения их фиторемедиационного потенциала. Были взяты виды, представляющие семейства высших растений, малоизученные в плане их взаимодействий с тяжелыми металлами.
До проведения опытов эти виды макрофитов содержались в условиях оранжереи, в больших резервуарах с водой, прошедшей обработку фильтрацией через мембраны.
Использован исходный раствор 4-х металлов, содержащий цинка 40 мг/л: меди 40 мг/л: свинца 2 мг/л; кадмия 0,1 мг/л. рН этого раствора составлял 6,0.
В состав микрокосмов входили следующие компоненты: отстоенная водопроводная вода (ОВВ) по 500 мл; раствор 4-х металлов (4М) (по 25 мл): макрофиты как указано в таблице ниже (5).
Таблица 1 Состав микрокосмов. 6А и 6В—контроль без макрофитов. Пояснения в тексте.
Номер микрокосма Вилы макрофитов Биомасса Сырой Вес, граммы ОВВ, мл Объем добавки раствора 4М, мл
1А Utricularia gibba 14,1 500 25
1В Utricularia gibba 13,2 500 25
2А Echinodorus quadricostatus 11,7 500 25
2В Echinodorus quadricostatus 10,0 500 25
ЗА Lilaeopsis sp. 14,0 500 25
ЗВ Lilaeopsis sp. 12,9 500 25
4А Synnema triflorum 12,7 500 25
4В Synnema triflorum 13,2 500 25
5А Hydrotriche hottoniiflora 14,7 500 25
5В Hydrotriche hottoniiflora 14,1 500 25
6А без макрофитов (контроль) 0,0 500 25
6В без макрофитов (контроль) 0,0 500 25
Инкубация была начата 20.11.09. Инкубировали в лабораторных условиях при температуре 16±2°С при естественной фотопериодичности.
Длительность инкубации для большинства микрокосмов составила 10 дней, в течение которых вели практически ежедневный визуальный мониторинг состояния макрофитов.
После отбора из микрокосмов пробы воды консервировались следующим образом: к 10 мл воды добавляли 1 мл 1 М соляной кислоты. Затем проводили определение металлов (5,6).
Результаты и обсуждение
Как результат, в данной работе было установлено следующее. Сочетание четырех тяжелых металлов (Zn, Cu, Pb, Cd) в апробированной концентрации и при использованных условиях опыта (инкубация в течение свыше 144 ч) вызывало гибель четырех видов—Utricularia gibba, Echinodorus quadricostatus, Synnema triflorum, Hydrotriche hottoniiflora. Такое же воздействие этих четырех металлов не оказывало летального или визуально заметного воздействия на Lilaeopsis.
Таблица 2 Измерение концентраций металлов, мг/л. Результаты анализа экспериментальных проб, полученных 20.11.09 (1серия), 23.11.09 (2серия) и 26.11.09 (3серия).
№ пробы 1 серия 20.11.09 2 серия 23.11.09 3 серия 26.11.09
Zn ^ РЬ Cd Zn ^ РЬ Cd Zn ^ РЬ Cd
1А 0,5 1 0,09 0,02 0,3 0,35 0,03 0,009 0,07 0,27 0,013 0,007
1B 0,9 0,8 0,06 0,02 0,5 0,3 0,02 0,008 0,05 0,25 0,01 0,006
2А 2 1,8 0,06 0,03 0,9 1,43 0,02 0,01 0,4 0,65 0,02 0,007
2В 1,9 1,6 0,07 0,02 0,8 1,3 0,02 0,01 0,35 0,6 0,017 0,008
ЗА 0,5 1,2 0,06 0,02 <0,05 0,4 0,04 0,006 0,05 0,04 0,025 <0,005
ЗВ 0,8 1,1 0,07 0,02 <0,05 0,4 0,02 0,006 <0,05 0,035 0,02 <0,005
4А 1,1 1,2 0,16 0,02 <0,05 0,45 0,04 0,008 <0,05 0,26 0,01 <0,005
4В 1,2 1,4 0,12 0,02 <0,05 0,42 0,02 0,007 <0,05 0,24 0,01 <0,005
5А 1,8 2,1 0,1 0,02 0,8 1,2 0,02 0,005 0,59 0,49 0,02 <0,005
5B 1,9 2,2 0,14 0,02 0,8 1,6 0,04 0,006 0,67 0,5 0,028 <0,005
6А 1,9 1,9 0,16 0,05 1,9 1,9 0,09 0,02 1,4 1,67 0,06 0,01
6В 1,8 1,9 0,14 0,04 1,7 1,6 0,07 0,02 1,45 1,8 0,05 0,009
Как показывают результаты биотестирования, после инкубации в течение 96 час (4 сут) проявляются заметные признаки неблагополучия, причем большинство растений по-видимому, к этому времени погибли. После 144 час (6 сут) инкубации регистрируется гибель макрофитов всех видов, кроме Lilaeopsis sp. Этот результат воздействия тяжелых металлов (гибель макрофитов) подтвердили наблюдения через 240 ч инкубирования.
В результате опытов обнаружено вызванное присутствием макрофитов пяти видов ускорение снижения измеряемых концентраций четырех металлов.
Фиторемедиационный эффект проявлялся ярче для цинка, меди и свинца.
В случае кадмия фиторемедиационный эффект значительно отличался у разных видов макрофитов. В микрокосме 1 и 2 к концу опыта существенного отличия от контроля не отмечено. В микрокосмах 3, 4, 5 концентрации кадмия к концу опыта были существенно ниже, чем в контроле (6).
Результаты согласуются с ранее проведенными нами опытами, в которых показано летальное воздействие той же смеси четырех тяжелых металлов в аналогичных условиях (микрокосмы, те же начальные номинальные концентрации металлов) на другие виды макрофитов—элодею Elodea canadensis (3) и роголистник Ceratophyllum demersum (2).
Полученные результаты позволяют сравнить эффективность различных видов макрофитов как потенциальных факторов фиторемедиации (3—7, 17). Кроме того, накопленный методический опыт может использоваться при методической разработке вариантов биотестирования и расширении арсенала методик для того, чтобы оценить фитотоксичность загрязняющих веществ (15), а также при оценке допустимых нагрузок загрязняющих веществ на макрофиты. Новая информация в этих направлениях необходима для разработки новых фитотехнологий очищения воды (17).
Список использованных источников
1. Государственный доклад «О состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2007году».—М.: НИА-Природа, 2008.—408 с.
2. Остроумов С.А., Шестакова Т.В., Котелевцев С.В., Соломонова Е.А. Головня Е.Г., Поклонов В.А. Присутствие макро-фитов в водной системе ускоряет снижение концентраций меди, свинца и других тяжелых металлов в воде. // Водное хозяйство России. 2009. No. 2. с. 58-67.
3. Остроумов С.А.. Котелевцев СВ., Шестакова ТВ., Колотилова Н.Н., Поклонов В А., Соломонова Е.А. Новое
о фиторемедиационном потенциале: ускорение снижения концентраций тяжелых металлов (Pb, Cd, Zn, Cu) в воде в присутствии элодеи. // Экологическая химия. 2009, 18(2): с.111-119.
4. Ostroumov S.A., Shestakova T.V. Decreasing the measurable concentrations of Cu, Zn, Cd, and Pb in the water of the experimental systems containing Ceratophyllum demersum: the phytoremediation potential // Doklady Biological Sciences. 2009, vol. 428, no. 1, p. 444-447.
5. Остроумов С.А., Поклонов В. А., Шелейковский В.Л., Шестакова Т.В., Котелевцев С.В., Козлов Ю.П. Методические вопросы и оценка фитотоксичности смеси тяжелых металлов (Zn, Cu, Pb, Cd ) для пяти видов макрофитов в условиях микрокосмов (Utricularia gibba и другие). // Экология: Инновации, т. 15, 2010. 87-91.
6. Остроумов С.А., Поклонов В. А., Шелейковский В.Л., Шестакова Т.В., Котелевцев С.В., Козлов Ю.П. Фитореме-диационный потенциал пяти видов макрофитов (Utricularia gibba и другие) в условиях микрокосмов и внесения в воду смеси тяжелых (Zn, Cu, Pb, Cd). //Экология: Инновации,
т. 15, 2010. 91-94.
7. Остроумов С.А., Колесов Г.М., Поклонов В.А., Котелевцев С.В. Водный макрофит как фактор потенциального концентрирования: взаимодействие с наночастицами металла. Экологическая химия. 2009, 18(4): с.222-228.
8. Остроумов С.А. О биотическом самоочищении водных экосистем. Элементы теории //ДАН. 2004, т. 396, № 1, С.136-141.
9. Моисеенко Т.И. Водная экотоксикология: теоретические и прикладные аспекты. 2009. М.: Наука , 978 c.
10. Саратовских Е. А., Л. А. Коршунова, О. С. Рощупкина, Ю. И. Скурлатов. Ингибирование NАDН-оксидоредуктазы соединениями металлов. // Химическая физика.—2007. Том 26, № 8, С. 46-53.
11. Зимнюков В.А., Остроумов С.А., Соломонова Е.А. Металлы в пресноводных экосистемах Европейской части России,
в том числе в воде и нескольких видах рыб. // Вода: технология и экология. 2009. № 3. С. 61-67.
12. Ермаков В. В., Тютиков С.Ф. Геохимическая экология животных.—М.: Наука, 2008.
13. Wojcik M., Vangronsveld J., D'Haen J., Tukiendorf A. Cadmium tolerance in Thlaspi caerulescens // Environmental and Experimental Botany. 2005. 53: 163-171.
14. Остроумов С.А. Введение в биохимическую экологию. М.: Изд-во Московского ун-та. 1986.
15. Остроумов С.А. Некоторые аспекты оценки биологической активности ксенобиотиков // Вестник Московского ун-та, серия 16. Биология. 1990. № 2. С.27-34.
16. Lin D., Xing B. Root uptake and phytotoxicity of ZnO nanopar-ticles // Environ. Sci.Technol. 2008. 42: 5580-5585.
17. Rai P.K. Heavy metal pollution in lentic ecosystem of sub-tropical industrial region and its phytoremediation // Int. J. Phytoremediation. 2010 ; 12(3):226-242.
