Результат интеллектуальной деятельности: Фунгицид на основе аддуктов фуллеренов

Изобретение относится к органической химии и химическим средствам защиты растений и может быть использовано для создания водорастворимых биологически-активных препаратов для защиты растений от грибковых заболеваний, в частности от фузариоза.

Основной проблемой использования фуллеренов для получения водорастворимых композиций биологически-активных веществ является их практически полная нерастворимость в воде [Ruoff R.S., Tse D.S., Malhotra R., Lorents D.C. Solubility of fullerene (C60) in a variety of solvents. J. Phys. Chem., 1993; 97: 3379-3383; Безмельницын В.H., Елецкий А.В., Окунь М.В. Фуллерены в растворах. Успехи физ. наук, 1998; 168: 1195-1120], что неприемлемо для препаратов, относящихся к химическим средствам защиты растений.

Наиболее эффективным способом преодолеть этот недостаток является синтез гидрофильных аддуктов фуллеренов, растворимых в воде. Так, известны способы образования комплексов фуллеренов с гидрофильными веществами: Andersson Т., Nilsson К., Sundahl М., Westman G., Wennerstrom О. С60 embedded in y-cyclodextrin: a water-soluble fullerene. J. Chem. Soc, Chem. Commun., 1992; 604-605; Пиотровский Л.Б., Киселев О.И. Фуллерены в биологии. СПб: Росток; 2006; Yamakoshi Y.N., Yagami Т., Fukuhara K., Sueyoshi S., Miyata N. Solubilization of fullerenes into water with polyvinylpyrrolidone applicable to biological tests. J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1994; 517-518; Nakanishi Т., Ariga K., Morita M., Kozai H., Taniguchi N., Murakami H., Sagara Т., Nakashima N. Electrochemistry of fullerene C60 embedded in Langmuir-Blodgett films of artificial lipids on electrodes. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2006; 284-285: 607-612. Однако эти комплексы не являются индивидуальными веществами, не обладают достаточной стабильностью при хранении и манипуляциях, а также их устойчивость зависит от среды, в которой они находятся.

Наиболее известными реакциями в химии фуллерена являются реакции циклоприсоединения (Дильса-Альдера), где С₆₀ всегда является диенофилом и позволяет вводить в свое ядро ряд функциональных групп [Юровская М.А. Методы получения производных фуллерена С₆₀ - Соросовский образовательный журнал, 2000; 5:26-30; Сидоров Л.Н., Юровская М.А., Борщевский А.Я. Трушков И.В., Иоффе И.Н. Фуллерены (учебное пособие для вузов), М: Экзамен; 2005], реакции одностадийного и прямого присоединения первичных и вторичных аминов, аминокислот и дипептидов (Hirsch A., Li Q., Wudl F. Globe-trotting hydrogens on the surface of the fullerene compounds C₆₀H₆N[(CH₂CH₂)₂O]₆. Angew. Chem. Int. Ed., 1991). (Романова B.C, Цыряпкин B.A., Ляховецкий Ю.А., Парнес З.H., Вольпин М.Е.) (Известия РАН, сер. химическая, 1994; 1154-1155). Однако эти реакции идут сложно, образуют побочные продукты полиприсоединения.

Целью предлагаемого изобретения является получение фунгицида с действующим веществом на основе производных фуллерена и производных бензимидазола, имеющим превосходящую фунгицидную активность по сравнению с фунгицидами на основе производных только бензимидазола.

Технический результат настоящего изобретения состоит в получении высокоэффективных фунгицидов путем синтеза аддуктов фуллеренов с производными бензимидазола и получение препаративной формы синтезируемого вещества в виде водного раствора определенной концентрации.

Техническая задача изобретения решается тем, что действующие вещества для получения фунгицидов синтезируется следующим образом:

- смешиваются растворы производных бензимидазола, в качестве которого рассматривается Т-[1-(бутилкарбомоил)- бензоимидазолил-2]-0-метилкарбомат, смесь углеродных фуллеренов фракции С₅₀-С₉₂ и промотор реакции (метиленгликоль или параформальдегид) в соответствующих органических растворителях;

- указанная смесь растворов подогревается при постоянном перемешивании до температуры кипения смеси. Реакция проводится при постоянном возврате растворителей через обратный холодильник, далее в реакционную смесь добавляется катализатор (концентрированная серная кислота) до полного прекращения выделения газов из реакционной смеси. Окончание реакции сопровождается изменением цвета системы и образованием темно-коричневой смеси продуктов синтеза;

- выделение продуктов синтеза из полученного раствора проводится при добавлении необходимого количества подогретой до 80°С дистиллированной воды и разделении полученной системы в делительной воронке на фракции.

Технические решения изобретения можно проиллюстрировать следующими примерами:

Пример 1. Подготавливают компонент А, для чего растворяют 0,1 г смеси фуллеренов С₅₀-С₉₂ (фракционный состав С₅₀-С₅₈ (14.69%), С₆₀ (63,12%), С₆₂-С₆₈ (5.88%), С₇₀ (13.25%), С₇₂-С₉₂ (3.06%)) в 100 г метилбензола при постоянном помешивании при температуре 25±5°С. Подготавливают компонент В, для чего растворяют 4,6 г N-[1-(бутилкарбомоил)-бензоимидазолил-2]-0-метилкарбомата в 400 г диметилкетона при постоянном помешивании при температуре 25±5°С. Компоненты А и В перемешивают, подогревают до температуры 40±2° и вводят промотор, в качестве которого в рассматриваемом примере используют 0,8 г метиленгликоля. Смесь нагревают до температуры 50°С и при продолжающемся нагреве и постоянном помешивании по каплям вводят серную кислоту концентрацией 98%, плотностью 1,84 г/мл объемом 10 мл до изменения окраски системы и полного прекращения выделения реакционных газов. Далее выделяют продукт синтеза, который является аддуктом N-[1-(бутилкарбомоил)-бензоимидазолил-2]-0-метилкарбомата с фуллеренами С₅₀-С₉₂, путем добавления в образовавшуюся смесь 500 г дистиллированной воды, нагретой до температуры 80°С. Полученную смесь охлаждают, помещают в делительную воронку и сливают водный раствор образовавшейся смеси продуктов синтеза.

Пример 2. Подготавливают компонент А, для чего растворяют 0,2 г смеси фуллеренов С₅₀-С₉₂ в 200 г метилбензола при постоянном помешивании при температуре 25±5°С. Подготавливают компонент В, для чего растворяют 4,6 г N-[1-(бутилкарбомоил)-бензоимидазолил-2]-0-метилкарбомата в 400 г диметилкетона при постоянном помешивании при температуре 25±5°С. Компоненты А и В перемешивают, подогревают до температуры 40±2° и вводят промотор, в качестве которого в рассматриваемом примере используют смесь, состоящую из 0,2 г метиленгликоля и 0,5 г параформальдегида. Смесь нагревают до температуры 60°С и при продолжающемся нагреве и постоянном помешивании по каплям вводят серную кислоту концентрацией 98%, плотностью 1,84 г/мл объемом 10 мл до изменения окраски системы и полного прекращения выделения реакционных газов. Далее выделяют продукт синтеза, который является аддуктом N-[1-(бутилкарбомоил)-бензоимидазолил-2]-0-метилкарбомата с фуллеренами С50-С92, путем добавления в образовавшуюся смесь 500 г дистиллированной воды, нагретой до температуры 80°С. Полученную смесь охлаждают, помещают в делительную воронку и сливают водный раствор образовавшейся смеси продуктов синтеза.

Состав полученных фунгицидов и прототипа для сравнительных исследований представлен в таблице 1.

Фунгицидная активность соединений, представленных в таблице 1 определялась на жизнедеятельность грибов рода Fusarium, а именно Fusarium solani и Fusarium culmorum. Для выявления фунгицидной активности полученные растворы продуктов А, В и С в рабочей концентрации 0,1 г/л вносили в агаризованную среду Чапека, разливали в чашки Петри и инокулировали культурой грибов рода Fusarium. Результаты представлены на рис. 1-4 (фотографии наблюдений анаморфных плесневых грибов рода Fusarium, выращенных в часках Петри).

На рис. 1 представлена фотография контрольного образца плесневого гриба Fusarium solani при воздействии водного раствора N-[1-(бутилкарбомоил)-бензоимидазолил-2]-0-метилкарбомата, в концентрации 0,1 г/л. Показано, нормальное развитие плесневого гриба.

На рис. 2 представлена фотография контрольного образца плесневого гриба Fusarium culmorum при воздействии водного раствора N-[1-(бутилкарбомоил)-бензоимидазолил-2]-0-метилкарбомата, в концентрации 0,1 г/л. Показано, нормальное развитие плесневого гриба.

На рис. 3 представлена фотография образца плесневого гриба Fusarium solani при воздействии водного раствора аддукта N-[1-(бутилкарбомоил)-бензоимидазолил-2]-0-метилкарбомата с фуллеренами С₅₀-С₉₂ (продукт синтеза по примеру №1), в концентрации 0,1 г/л. Показано, практически полное подавление плесневого гриба. Полное ингибирование жизнедеятельности гриба происходит при указанной концентрации действующего вещества.

На рис. 4 представлена фотография образца плесневого гриба Fusarium culmorum при воздействии водного раствора аддукта N-[1-(бутилкарбомоил)-бензоимидазолил-2]-0-метилкарбомата с фуллеренами С₅₀-С₉₂ (продукт синтеза по примеру №2), в концентрации 0,1 г/л. Показано, практически полное подавление плесневого гриба Полное ингибирование жизнедеятельности гриба происходит при указанной концентрации действующего вещества.

Таким образом, результаты испытаний дают возможность утверждать, что заявляемые соединения аддукта N-[1-(бутилкарбомоил)-бензоимидазолил-2]-0-метилкарбомата с фуллеренами С₅₀-С₉₂ обладают фунгицидной активностью. Достаточно высокая активность (в 10 раз больше, чем у прототипа N-[1-(бутилкарбомоил)-бензоимидазолил-2]-0-метилкарбомата) у заявляемых веществ по отношению к анаморфным плесневым грибам позволяет считать их перспективными в плане практического использования в качестве фунгицидов.