CC BY
24
УДК 547.828.3; 632.95 UDC 547.828.3; 632.95
02.00.00 Химические науки Chemical sciences
СИНТЕЗ ЗАМЕЩЕННЫХ ИЗОКСАЗОЛО [5,4- SYNTHESIS OF SUBSTITUTED й]ПИРИДИНОВ И ИХ АНТИДОТНАЯ ISOXAZOLO[5,4-A]PYRIDINE AND THEIR
АКТИВНОСТЬ1 ANTIDOTE ACTIVITY
Дядюченко Людмила Всеволодовна к.х.н., доцент
РИНЦ SPIN-код 1135-3336 [email protected] Всероссийский научно-исследовательский институт биологической защиты растений, Краснодар, Россия
Dyadyuchenko Lyudmila Vsevololovna
Cand. Chem. Sci, associate professor
RSCI SPIN-code 1135-3336
All-Russian Research Institute of Biological Plant
Protection, Krasnodar, Russia.
Дмитриева Ирина Геннадиевна к.х.н., доцент
РИНЦ SPIN-код 6882-9695 [email protected]
Заводнов Вячеслав Сергеевич к. х. н., доцент
РИНЦ SPIN-код 2448-3231 [email protected]
Dmitrieva Irma Gennadievna Cand. Chem. Sci, associate professor RSCI SPIN-code 6882-9695 [email protected]
Zavodnov Vaycheslav Sergeevich Cand. Chem. Sci, associate professor RSCI SPIN-code 2448-3231 [email protected]
Макарова Наталья Анатольевна Старший преподаватель РИНЦ SPIN-код 8364-2019 [email protected] 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
Makarova Natalya Anatolievna Senior lecturer RSCI SPIN-code: 8364-2019 [email protected]
Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia.
To develop the novel herbicide antidotes for the sunflower vegetative plants, the group of chemical compounds, belonging to the derivatives of isoxalopyrazolopyridines was synthesized and their antidote activity both in the laboratory and field experiments was studied. The compounds with a high antidote effect were found
Keywords: SYNTHESIS, ISOXAZOLOPYRIDINE, HYDROXYLAMINE, CARBOXAMIDES, NMR SPECTRUM, MASS-SPECTRUM, BIOLOGICAL ACTIVITY
Среди важнейших задач, стоящих перед современными агрономическими, химическими и экологическими науками приоритетными являются разработка простых и технологичных методов
1 Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 16-44-230215 р_а и администрации Краснодарского Края
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-£]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
NH,
base
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
о
(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
1 2 3
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
еы
+ ки2оы
СН30№
и3е
N С1 1
еы ыи„
N—ОН
и3е
N е1 2
еН
Н3е
N о 4
Время протекания реакции 8 часов, выход 3-амино-4,6-диметил-5-хлоризоксазоло[5,4-£]пиридина составил 70 %.
Далее взаимодействием изоксазолопиридина 4 с хлорангидридами карбоновых кислот нами получена серия производных 5а^ (Схема 4). Реакция осуществляется при комнатной температуре или при нагревании в среде безводного бензола в присутствии акцептора хлороводорода (Б!^) за 5-8 ч:
Схема 4
ын,
С1 н3СГ ^кг ^сг
Где 5а Я = 3-нитро-4-хлорфенил; 5Ь Я = 3-хлорфенил; 5с Я = 4-метилфенил; 5d Я = циклопропил; 5е Я = бромметил; 5Г Я = 2(циклопентил)этил; 5g Я = 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-£]пиридина 4 и карбоксамидов 5а^ на его основе.
Таблица 1 - Физико-химические константы соединений 4, 5а^
Сое ди-нение Брутто-формула Найдено Вычислено Тпл., °С Выход, %
С, % Н, % К, %
4 С8Н8С1КзО 48,зз 48,62 4,16 4,08 21,45 21,26 215-216 69
5а С15Н10С12К4О4 47,40 47,27 2,58 2,64 14,91 14,70 2з6-2з7 69
5Ь С^НцС^КзО, 5з,з6 5з,59 з,18 з,з0 12,71 12,50 185-186 65
5с С1бН14С1КзО2 60,70 60,86 4,51 4,47 1з,44 1з,з 1 171-172 74
5а С12Н12С1КзО2 54,11 54,25 4,49 4,55 15,68 15,81 168-169 70
5е СюВДгСЩ^ з7,45 з7,70 2,79 2,85 1з,з6 1з,19 179-180 62
5Г С16Н20СШ3О2 59,94 59,72 6,48 6,26 1з,з7 1з,06 189-190 54
5ё С12Н14С1КзО2 5з,61 5з,84 5,40 5,27 15,88 15,70 164-165 61
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^
Соединение Спектр ЯМР 1Н (500МГц, БМ8О-ё6), 5, м. д. (I, Гц)
4 2,61 (зН, с, 4-СНз); 2,65 (зН, с, 6-СНз); 6,24 (2Н, уш. с, КН2).
5а 2,5з (зН, с, 4-СНз); 2,68 (зН, с, 6-СНз); 7,25 (1Н, уш. с, КН); 7,68...8,72 (зН, м, Аг-Н).
5Ь 2,5з (зН, с, 4-СНз); 2,68 (зН, с, 6-СНз); 7,25 (1Н, уш. с, КН); 7,з8...8,21 (4Н, м, Аг-Н).
5с 2,з5 (зН, с, 4-СНзАг); 2,48 (зН, с, 4-СНз); 2,60 (зН, с, 6-СНз); 7,18 (1Н, уш. с, КН); 7,26.7,71 (4Н, м, Аг-Н).
5а 1,09. 1,25 (4Н, м, 2СН2 циклопропана); 2,00 (зН, с, 4-СНз); 2,29 (зН, с, 6-СНз); 2,56.2,59 (1Н, м, 1Н циклопропана); 6,19 (1Н, уш. с, КН).
5е 2,60 (зН, с, 4-СНз); 2,75 (зН, с, 6-СНз); 4,12 ((2Н, с, СН2); 8,45 (1Н, уш. с, КН).
5Г 1,18 (4Н, м, 2,5-СН2 циклопентана); 1,41 (2Н, м, СН2СН2); 1,96 (4Н, м, з,4-СН2 циклопентана); 2,26 (2Н, м, СН2СН2); 2,з8 (зН, с, 4-СНз); 2,52 (зН, с, 6-СНз); 7,80 (1Н, уш. с, КН).
5ё 1,01 (6Н, 1, СН(СН3)2); 2,40 (зН, с, 4-СНз); 2,58 (зН, с, 6-СНз); з,28 (1Н, м, СН(СНз)2); 7,69 (1Н, уш. с, КН).
3-Амино-4,6-диметил-5-хлоризоксазоло[5,4-£]пиридин 4 устойчив под действием электронного удара, в его масс-спектре пик молекулярного иона имеет максимальную интенсивность. Пики молекулярных ионов карбоксамидов 5а^ в масс-спектрах тоже проявляются, их интенсивность варьирует от 10 до 65 %. Для первичной фрагментации характерно расщепление связи ИМ - С(О) с миграцией атома водорода от а-углеродного атома на группу ИМ:
И
+
И3С N О М
N
О
+
МИ-2
И3С N О
Последующая более глубокая фрагментация отражена в таблице 3. Таблица 3 - Данные масс-спектров соединений 4, 5а^
к
Соединение (относительная интенсивность, %)
4 197 [М]+ (100); 167 [М-Ш]+ (49); 133 [167-С1]+ (19); 119 [133-СИ3]+ (11)/
5а 380 [М]+ (14); 197 [Б1]+ (21); 183 [М- Б1]+ (100); 153 [183-МО]+ (34); 137 [183-МО2]+.
5Ь 335 [М]+ (10); 182 [Б1-СИ3]+ (9); 139 [М- Б1]+ (100); 111 [139-СО]+ (33)/
5с 315 [М]+ (19); 197 [Б1]+ (25); 118 [М- Б1]+ (100); 103 [118- СИ3]+ (21).
5а 265 [М]+ (65); 224 [М-циклопропил]+ (14); 197 [Б1]+ (58); 182 [Б1- СИ3]+ (15); 68 [М-Б1]+ (100).
5е 318 [М]+ (56); 238 [М-Вг]+ (46); 224 [М-СИ2Вг]+ (68); 197 [Б1]+ (100); 167 [М-МО]+ (21); 133 [167-С1]+ (16).
5Г 321 [М]+ (57); 252 [М-циклопентил]+ (25); 197 [Б1]+ (63); 182 [Б1- СИ3]+ (16); 97 [М-Б1]+ (100).
5ё 267 [М]+ (38); 224 [М-С3Н7]+ (18); 197 [Б1]+ (59); 70 [М-Б1]+ (100).
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 % 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 5Ь. Полученные результаты приведены в табл. 4.
Таблица 4. Антидотная активность соединения 5Ь в дозе 30 г/га по отношению к 2,4-Д на растениях подсолнечника
Антидот Доза антидота, г/га Варианты опыта
2,4-Д (гербицид) 2,4-Д + антидот
урожай ность, ц/га урожай ность, ц/га антидотная активность
ц/га %
|Нз h i^l il N 0 Соединение 5b 30 14,9 20,5 5,6 38*
Контроль - 33,6 - - -
* 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 МГц. Температуры плавления определены на нагревательном приборе Stuart SMP 30.
Синтез 3-амино-5-хлор-4,6-диметилизоксазоло[5,4-0]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 ^{5-хлор-4,6-диметилизоксазоло[5,4-¿]пиридил-3-}-карбоксамидов (5a-g)
Смесь эквимолярных количеств 3-амино-5-хлор-4,6-диметилизоксазоло[5,4-£] 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 5a-g.
Литература
1. Gouda M.A. Unifity of 3-Amino-4,5-dimethyl-1#- pyrazolo[3,4-£]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-й]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.
References
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. r. 1-10.
2. Dmitrieva I.G., Djadjuchenko L.V., Strelkov V.D., Makarova N.A. Pat. RF, № 2357966. N-zameshhjonnye pirazolo-[3,4-b]piridil-3-sul'fonilamidy, projavljajushhie rostregulirujushhuju aktivnost'. Opublikovano 10.06.2009 g.
3. Nazarenko D.Ju., Strelkov V.D., Djadjuchenko L.V., Dmitrieva I.G. Pat. RF, № 2338377. Sposob stimulirovanija rosta saharnoj svekly reguljatorom rosta. Opublikovano 20.11.2008 g.
4. 81хе1коу У.Б., Ьакоуа Ы., Б]аё]исЬепко Ь.У., СЬиЬеико Т.1., Ка2агепко Б.1и. Ап11ёо1у gerbicida 2,4-Б па роёво1песЬп1ке // 2а8ЬЬ11а 1 кагапйп гаБ1еп1]. 2011. № 5. б. 29-
з1.
5. Бипп А.Б. ТЬе Addition оГ Hydroxy1amine 1» БепуайуеБ and Ha1opyridine СагЬоху11с Acids / А.Б. Бипп // Ъ. СЬет. 1987. У. 27. № 1. г. зз7-зз8.
6. Бткпеуа Ю. Osobennosti vzaimodejstvija nekotoryh 2-h1ornikotinonitri1ov б gidroksi1aminom. Sintez 3-(1,2,4-oksadiazo1i1-3)-piridinov ! ih fragmentacija pod dejstviem je1ektronnogo udara / 1.О. Dmitrieva, Ь.У. Djadjuchenko, Е.А. Kajgorodova // Уuzov. Himija i him. tehno1. 2005. Т. 48. № 11. а 14-17.
