CC BY
34
УДК 547.7/8; 661.163
Г. Е. Чикишева (к.т.н., доц., в.н.с.)1 , Р. К. Мударисова (к.х.н., доц., с.н.с.)2, Е. И. Коптяева (асп.)1 , В. Г. Яковлев (к.б.н., с.н.с., зав.лаб.)1, Г. К. Земченкова (с.н.с.)1, Л. И. Буслаева (с.н.с.)1
Влияние моносахаридов на фунгицидную активность метилового эфира 2-бензимидазолилкарбаминовой кислоты
1 Научно-исследовательский технологический институт гербицидов и регуляторов роста растений
Академии наук Республики Башкортостан, 450029, г. Уфа, ул. Ульяновых, 65; тел. (347) 2428352 2Институт органической химии Уфимского научного центра Российской академии наук, 450054, г. Уфа, пр. Октября, 71; тел. (347) 2356066, e-mail: [email protected]
G. E. Chikisheva1, R. K. Mudarisova2, E. I. Koptyaeva1, V. G. Yakovlev1, G. K. Zemchenkova1, L. I. Buslaeva1
Influence of monosaccharides on fungicidic activity of methyl ether of 2-benzimidazocarbamine acid
1 Scientific-Research Technological Institute of Herbicides and Plant Growth Regulators
of AS of Republic Bashkortostan 65, Uljanovykh, Str, 450029, Ufa, Russia; ph. (347)2428352 2Institution of Organic Chemistry of Ufa Scientific Centre of the RAS, 71, Oktyabrya Pr., 450054, Ufa, Russia; ph. (347)2356066, e-mail: [email protected]
На основе сравнения спектральных характеристик эквимолярной смеси метилового эфира 2-бензимидазолилкарбаминовой кислоты (БМК) и его эквимолярной смеси с глюкозой сделан вывод об образовании комплексных соединений. Показано, что высокая фунгицидная активность эквимолярных смесей глюкозы, фруктозы, ксилозы с БМК позволит снизить нормы расхода последнего при протравливании зерен пшеницы в 2—3 раза.
On the basis of spectral characteristic of equi-molar mixture of methyl ester 2-benzimidazolil-carbamine (BMK) acid with glucose and individual compounds the conclusion on formation of complex compounds is drawn. Fungicidic activity of equimolar mixtures of glucose, fructose, xylose and BMK leading to decrease in norm of the expense of the last at wheat grains sterilization in 2—3 times is investigated.
Key words: glucose; IR-; UV-spectral characteristics; xylose; methyl ether 2-benzimidazolil-carbamine acid; monosaccharides; fructose; fungi-cidic activity.
Ключевые слова: глюкоза; ИК-; УФ-спект-ральные характеристики; ксилоза; метиловый эфир 2-бензимидазолилкарбаминовой кислоты (БМК); моносахариды; углеводы; фруктоза; фунгицидная активность.
В последнее время тщательные исследова-1
ния проходят комплексы дорогостоящих медицинских препаратов с природными и синтетическими полимерами гиалуроновой и поли-Ь-глутаминовой кислотами, полиалкил-амидами, поливинилпирролидоном, а также олигосахаридами. Последние, обычно не обладая базовой активностью, служат для того, чтобы, связываясь в комплекс с фармаконом, обеспечить ему защиту от метаболизма, более совершенный транспорт и повышенное сродство к рецепторам.
Дата поступления 07.06.10
В этом плане интересные работы 2 проведены с тритерпеновым гликозидом глицирри-зиновой кислотой — главным метаболитом корня солодки, который использовался в качестве комплексообразователя фармаконов. При использовании эффекта гликозидного клатри-рования (молекулярное соотношение глико-зид : фармакон от 1 : 1 до 8 : 1), во-первых, происходит снижение терапевтической дозы препаратов, например, для противовоспалительных средств в 1.5—2 раза. Во-вторых, благодаря уменьшению дозы снижены побочные токсические эффекты, специфические для различных групп фармаконов.
Известно, что метиловый эфир 2-бензими-дазолилкарбаминовой кислоты (БМК, карбен-дазим) и его производные являются перспективными антигельминтиками, но имеют слишком низкую растворимость, снижающую его эффективность. Показано, что совместная механическая обработка БМК с натуральными и синтетическими полимерами (пектин и мета-криловая кислота) 3 ведет к комплексообразо-ванию. Имеет место реакция аминогрупп БМК и С=0 и ОН — групп полимеров. Молекулярная масса полиметакриловой кислоты уменьшается с 8000 до 820 4. Степень растворения этих препаратов в условиях среды желудка составляет 90%.
Производные бензимидазола — широкий и разнообразный класс химических соединений, их биологическая активность не ограничивается воздействием на гельминты, а распространяется также на патогенные грибы, вирусы и бактерии 5-8.
Влияние комплексообразования на фун-гицидную активность препаратов в настоящее время практически не изучено, хотя подобных эффектов следовало ожидать, поскольку в состав препаратов иногда вводят пленкообразующие полисахариды (напр. карбоксиметил-целлюлозу) с целью увеличения удерживания фунгицида на поверхности семян.
Для исследования влияния углеводов на фунгицидную активность БМК нами выбраны доступные простейшие моносахариды — фруктоза, глюкоза и ксилоза. Было изучено их влияние на растворимость карбендазима в воде. Для этого готовили водные растворы сахаров с концентрацией 0.278 моль/л, что соответствует примерно 5% растворам. Насыщенный раствор БМК в воде имеет концентрацию 8.0 мг/л (0.044 ммоль/л), его концентрация в водных растворах глюкозы составила 9.5 мг/л (0.053 ммоль/л), фруктозы — 12.5 мг/л (0.069 ммоль/л), ксилозы — 38.5 мг/л (0.213 ммоль/л). Наблюдается увеличение растворимости карбендазима в рас-творах моносахаридов. Однако увеличение растворимости не может однозначно свидетельствовать об образовании комплексов. Межмолекулярное взаимодействие функциональных групп БМК и глюкозы можно наблюдать при сравнении ИК спектров индивидуальных соединений и их эквимолярной смеси. Смесе-вой образец предварительно был подвергнут механохимической обработке в лабораторной планетарно-шаровой мельнице в течение 15 мин.
ИК-спектр БМК характеризуется полосами поглощения основных функциональных групп, свойственных для бензимидазолов и карбаматов. Валентные колебания КИ-группы проявляются одной интенсивной полосой поглощения 3319 см-1. Полоса средней интенсивности 1709 см-1 обусловлена колебаниями карбонильной (-С=0) группы. Поглощение бензимидазольного кольца и амидной группы проявляется двойной интенсивной полосой 1630, 1595 см-1. Высокая интенсивность полосы обусловлена сопряжением бензольного и имидазольного колец. Интенсивные полосы 1267, 1286, 1095 см-1 характеризуют валентные колебания С-К и С-О-С групп.
Наличие в структуре молекулы глюкозы нескольких гидроксильных групп приводит к появлению в ее ИК-спектре интенсивной широкой полосы полиассоциатов в области 33803213 см-1. Интенсивные полосы 1049, 1024, 1014 см-1 обусловлены валентными колебаниями эфирных групп пиранозного кольца С-О-С.
ИК-спектр эквимолярной смеси БМК-глюкоза несколько отличается от спектров индивидуальных соединений. В области валентных колебаний О-И, КИ наблюдается широкая полоса с четко проявляющимися максимумами 3408 и 3319см-1, что позволяет предположить об ослаблении ассоциации молекул глюкозы и возможности образования новой структуры. Полоса поглощения карбони-ла в БМК 1708 см-1 смещается на 2 см-1 до 1710 см-1, а полоса поглощения бензимида-зольного кольца - на 6 см-1 до 1601 см-1, при этом меняется относительная интенсивность полос 1630, 1595, 1633, 1601 см-1. Причем в ИК-спектре смеси БМК - глюкоза интенсивность полосы 1633 см-1 возрастает, а полосы 1601 см-1 снижается. Кроме того, наблюдается смещение полосы валентных колебаний эфирной группы гликозидов в длинноволновую область до 10-13 см-1. Таким образом, можно предположить, что главными активными центрами в комплексе БМК - глюкоза являются аминогруппы бензимидазольного кольца, а также гидроксильные и эфирная группы глюкозы.
В ультрафиолетовой области спектра при концентрации 0.01 г/л в 10% уксусной кислоте раствор глюкозы не имеет поглощения. УФ-спектр БМК (в том же растворителе) имеет два максимума поглощения - 268 нм и 274 нм. При добавлении к раствору БМК равного по массе количества глюкозы интенсивность полос
поглощения падает, что также свидетельствует об образовании комплексного соединения 9.
На основе эквимолярных смесей БМК и моносахаридов были приготовлены 30% препаративные формы в виде пленкообразующих текучих паст, которыми обрабатывали семена пшеницы.
Фунгицидную активность препаратов определяли по снижению пораженности семидневных проростков зерен корневыми гниля-ми и плесневыми грибами. Корневые гнили вызываются комплексом патогенных несовершенных грибов, относящихся к разным родам (Helmintosporum, Fuzarium и др.), они способны заражать ювенильные ткани и молодые корешки. Непатогенные плесневые грибы, главным образом Pénicillium и Asperqillus, развиваясь на поверхности зародышей, в конечном итоге также приводят к снижению урожайности. Для испытаний препаратов на фунгицидную активность отбирается зараженное зерно. Данный метод позволяет оценивать фи-тотоксичночть и рострегулирующую активность испытуемых соединений по повышению всхожести семян и веса проростков по отношению к контролю.
Результаты лабораторных испытаний приведены в таблице, из которой следует, что использование эквимолярных добавок фруктозы и глюкозы к БМК приводит к снижению нормы расхода последнего в 2 раза и прибли-
зительно в 3 раза при использовании ксилозы. Следует также отметить снижение по сравнению не только с контролем, но и свободным БМК пораженности проросших зерен непатогенными плесневыми грибами при использовании смесевых препаратов БМК с моносахаридами.
Кроме того, наблюдается корреляция между фунгицидной активностью и растворимостью карбендазима в водных растворах сахаров.
Полученные данные создают предпосылки для создания новых экономичных протравителей на основе комплексных соединений с меньшей нормой расхода по действующему веществу.
Экспериментальная часть
Спектральные исследования. Вещества исследовали методами ИК, УФ спектроскопии. ИК спектры порошков в вазелиновом масле записывали на спектрофотометре «IRPrestige-21 Fourier transform infrared spectrophotometer Shimadzu» в области 700— 3600 см-1. УФ спектры растворов снимали на спектрофотометре «UV-VIS SPECORD M-40» в области 220-900 нм. Растворитель — 10% уксусная кислота.
Механохимическая обработка образцов. Механохимическая обработка исследуемой смеси проводилась на планетарно-шаровой
Препарат Норма расхода кг/т по преп. Содержание БМК, % мас. Энергия прорастания, % Всхожесть семян,% Поражен- ность корневыми гнилями, % Эффективность, % Пораженность плесневыми грибами Pénicillium, % Эффективность, % Вес 100 проростков, гр.
Контроль
Карбен- 14
дазим, 30%т.п. 0.8 100 83 89 86 95 18 8 55.5 3 2 1 78.6 11.7 12.1
-//- 1.0 -//- 88 95 7 61.1 85.7 12.1
БМК: 1.7 -//- 86 93 5 72.2 1 1 92.9 12.3
фруктоза -//- 0.8 51.48 87 94 7 61.1 92.9 12.0
1.0 -//- 90 96 6 66.7 - 92.9 11.9
1.7 -//- 88 97 6 66.7 100 11.9
БМК: глюкоза -//--//- 0.8 1.0 51.48 -//- 89 90 95 98 8 7 55.5 61.1 - 100 100 12.2 11.9
1.7 -//- 90 96 6 66.7 100 12.4
БМК: Д-ксилоза -//- 0.8 1.0 1.7 56.02 -//--//- 988 —^ CD CD 96 96 96 5 7 2 72.2 61.1 88.9 — 100 100 100 12.1 12.1 12.3
-//-
Таблица
Фунгицидная активность эквимолярных смесей БМК с различными сахарами
мельнице-активаторе MAC 1-2-0.1. Диаметр используемых стальных шаров — 5 мм. Масса шаров (шаровая нагрузка) составляет около 80% от общей загрузки. Скорость вращения контейнеров — 1500 оборотов в мин. Центробежные силы, действующие на шары и реагенты, превышают силу тяжести в десятки раз, что и приводит к механохимической активации веществ, способных в нашем случае взаимодействовать с образованием комплекса без использования растворителя.
Приготовление текучих паст протравителей семян. При приготовлении препаративной формы взвешивали необходимые количества компонентов. Смешение и помол препарата осуществляли в диссольвере или с помощью электромагнитного измельчителя.
В состав текучих паст входят следующие компоненты:
1. действующее вещество 30%
2. пленкообразователь 0.5—1.4 %
3. пластификатор (этиленгликоль) 3.5— 12.0 %
4. поверхностно-активное вещество 0.5— 1.0 %
5. диспергатор 5.0—7.0 %
6. умягчитель жесткости воды 0.5—1.0 %
7. стабилизатор (защитный коллоид) 1.0-2.5 %
8. вода
Протравливание семян. В круглодонную колбу объемом 100 мл помещали 10 г зерен, вносили расчетную на данное количество зерна дозу препаративной формы и добавляли 0.1 мл воды. Колбу с семенами встряхивали в течение 2-3 мин до полного распределения препарата на поверхности семян.
Лабораторные испытания проводили на пшенице сорта «Воронежская». Семена выдер-
живали три дня до проращивания, раскладывали в чашки Петри на смоченную (6—7 мл воды) фильтровальную бумагу и инкубировали в термостате при температуре 24 °С. По-вторность опытов трехкратная.
Всхожесть семян и пораженность их болезнями определяли через 7 дней от начала проращивания. Фунгицидную активность определяли по известной формуле Эббота 10
Литература
1. Толстикова Т. Г., Толстиков А. Г., Толстиков Г. А. // Вестник Российской академии наук.— 2007.— Т. 77, № 10.- С. 867.
2. Толстикова Г. А., Балтина Л. А., Кондратенко Р. М. и др. // Новосибирск: НП Академическое изд-во «Гео», 2007.
3. Мельников Н. Н., Новожилов К. Б., Белан С. Р. Справочник. Пестициды и регуляторы роста растений.- М.: Химия, 1995.- С. 239, 241, 251, 300.
4. Халиков С. С., Кутлымурытов А. П., Ари-пов Х. Н./ Тез. докл. Междунар. конф. «Новые материалы и приборы». Ташкент.- 1995.-С. 221.
5. Халиков С. С. // Химия природных соединений.— 1995.- №4.- С. 556.
6. Кадыров Ч. Ш., Лившиц Н. Д., Хасанов С. А., Атакузиев А. А., Гордеева А. В., Акбарова М. Химия и фунгицидная активность бензимидазо-лов и их производных. // Фунгициды: сб. -Ташкент.- 1980.- С.5.
7. Бессонов А. С. // Ветеринария.- 1990.- №4.-С. 3.
8. Марш Р. Б., Берд Р. Дж. Системные фунгициды.- М: Мир, 1975.- 290 с.
9. Булатов М. И., Калинкин И. П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа.- Л.: Химия, 1986.- С. 239.
10. Методические рекомендации по испытанию химических веществ на фунгицидную активность.- Черкассы: НИИТЭХИМ.- 1990.- С.5.
