Результат интеллектуальной деятельности: Применение α-тиоцианированных производных β-дикарбонильных соединений в качестве фунгицидных средств и фунгицидная композиция на их основе

Настоящее изобретение относится к области органической химии, а именно, к применению α-тиоцианированных производных β-дикарбонильных соединений, таких как β-дикетонов, β-кетоэфиров и диэтилмалоната общей формулы:

где при R=CH₃, C₆H₅ или CH₂Ph, R₁=R₂=OEt; при R=(CH₂)₅CH₃ или 4-NO₂C₆H₄CH₂, R₁=CH₃, R₂=OEt; при R=C₉H₁₉, R₁=R₂=CH₃, в качестве фунгицидных средств и фунгицидным композициям на их основе. Соединения общей формулы I могут найти применение в сельском хозяйстве в составе композиций для борьбы с грибковыми заболеваниями растений.

Исходя из анализа литературных данных можно заключить, что тиоцианаты и их производные обладают широким спектром биологической активности: противоопухолевой [R.G. Mehta, J. Liu, A. Constantinou, С.F. Thomas, M. Hawthorne, M. You, , J.M. Pezzuto, R.С. Moon, R.M. Moriarty. Cancer chemopreventive activity of brassinin, a phytoalexin from cabbage // Carcinogenesis. - 1995. - T. 16. - C. 399-404; T.R. Kelly, M.H. Kim, A.D.M. Curtis. Structure correction and synthesis of the naturally occurring benzothiazinone BMY 40662 // The Journal of Organic Chemistry. - 1993. - T. 58. - С. 5855-5857; М.P. Fortes, Р.В.N. da Silva, Т. G. da Silva, Т.S. Kaufman, , С.C. Silveira. Synthesis and preliminary evaluation of 3-thiocyanato-lH-indoles as potential anticancer agents // European Journal of Medicinal Chemistry. - 2016. - T. 118. - C. 21-26], антифолатной, антимикробной [V.A. Kokorekin, A.O. Terent'ev, G.V. Grammatikova, G.M. Rodionova, A. I. Ilovaiskii. Synthesis and Antifungal Activity of Arylthiocyanates // Pharmaceutical Chemistry Journal. - 2013. - T. 47. - C. 422-425], антигельминтной, пестицидной [H. Мельников. Пестициды. Химия, технология и применение // М.: Химия. - 1987. - С. 712], являются ингибиторами ДНК-топоизомеразы [J. Rudolph, Н. Theis, R. Hanke, R. Endermann, L. Johannsen, F.-U. Geschke. seco-Cyclothialidines: New Concise Synthesis, Inhibitory Activity toward Bacterial and Human DNA Topoisomerases, and Antibacterial Properties // Journal of Medicinal Chemistry. - 2001. - T. 44. - C. 619-626] и могут использоваться для борьбы с моллюсками и нематодами.

Из литературы известно, что 2,4-динитрофенилтиоцианат проявляет фунгицидную активность по отношению к Lumber mold и Aspergillus niger [Патент US 2433106 А (1947)].

Из литературы известно, что 2-гало-n-ксилол дитиоцианаты общей формулы II, где X=Cl, Br, F, I, проявляют фунгицидную активность по отношению к фитопатогенным грибам Alternaria oleracea, Alternaria solani, Monilinia fructicola и Phytophthora infestans. [Патент US 2965537 A (1960)

Фунгицидную активность проявляют тиоцианатопиразолы общей формулы (III), где R¹=Н, 4-SCNC₆H₄, 4-ClС₆Н₄, 4-NO₂C₆H₄, 2-NO₂C₆H₄, 3-NO₂C₆H₄, С₆Н₅, R²=Н, CH₃, R³=Н, SCN, R⁴=Н, CH₃, SCN, по отношению как к фитопатогенным, так и к патогенным для человека и животных грибам Pyricularia oryzae, Phytophthora infestans, Colletotrichum lagenarium, Gibberella fujikuroi, Glomerella cingulata, Ustilago zeae, Alternaria kikuchiana и Candida albicans.[J. Kinugawa, M. Ochiai, C. Matsumura, H. Yamamoto. Studies on Fungicides. VII. Synthesis and Antifungal Activity of Some Pyrazole Derivatives // CHEMICAL & PHARMACEUTICAL BULLETIN. - 1964. - T. 12. - C. 182-191]

4-Тиоцианато-5-амино-пиразолы общей формулы (III), где R¹=CH₃, R²=CH₃, C₆H₅, R³=SCN, R⁴=NH₂, обладают, хотя и достаточно низкой, фунгицидной активностью по отношению к патогенным для человека и животных грибам Candida albicans, Trichophyton mentagrophytes, Trichophyton rubrum, Trichophyton violaceum, Epidermophyton floceosum и Microsporum cookei.[G. L. Vannini, G. Dall'Olio, P. Giori. On the fungitoxicity of some new thiocyanatopyrazole derivatives: Electron microscopical study in trichophyton mentagrophytes // Mycopathologia. - 1976. - T. 58. - C. 39-47]. Известно, что фунгицидной активностью обладают арилсульфонил-, арилсульфенил и арилтио-алкил тиоцианаты общей формулы (IV), где R¹=СН₂, (СН₂)₂, R²=Н, 4-CH₃, 4-С(CH₃)₃, 4-ОCH₃, 4-СОCH₃, 4-SO₂CH₃, 4-СООН, 4-NO₂, 4-SO₂CH₂SCN, 2,4-Cl₂, 2,5-Cl₂, 3,4-Cl₂, 2,4,5-Cl₃, 2,3,5,6-Cl₄, Cl₅, 2-С1 5-CF₃, 2,4-Cl₂3-CN, 2,5-Cl₂ 4-NO₂, 4,5-Cl₂ 2-CH₃, 2,4-(NO₂)₂, n=0, 1, 2, обладает активностью по отношению к фитопатогенным грибам Fusarium culmorum, Venturia inaequalis, Phytophthora infestans, Podosphaera leucotricha и Sphaerotheca fuligenea.[H. Dolman, A. Tempel, H. Koopman, K. Wellinga, D. Hamminga. The chemistry and fungicidal and phytotoxic properties of arylsulfonyl-, arylsulfinyl-, and arylthio-alkyl thiocyanates // Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas. - 1969. - T. 88. - C. 417-425].

Известно, что 3-метил-5(ацил/алкил)аминоизоксазол-4-тиоцианаты общей формулы (V), где R=Н, СОCH₃, СОС₆Н₅, COCF₃, СН₂CH₃, СН₂ С₆Н₅, CH₂CF₃, обладают фунгицидной активностью по отношению к фитопатогенным грибам Fusarium culmorum, Botrytis cinerea, Phoma betae, Sclerotinia minor, Corticium solani. [C.B. Vicentini, V. Brandolini, T. Poli, M. Guarneri, P. Giori. Fungitoxicity of 5-aminoisoxazole-4-thiocyanate derivatives // Pesticide Science. - 1992. - T. 34. - C. 127-131].

Известно, что 3-метил-5-аминоизоксазол-4-тиоцианат формулы (V), где R=Н, обладает фунгицидной активностью по отношению к дерматофитным грибкам Nanizzia gypsea, Epidermophyton floccosum, Microsporum cookei, Trichophyton mentagrophytes, Trichophyton rubrum, Trichophyton violaceum, патогенным для человека и животных [С. Romagnoll, С.В. Vicentini, D. Mares. Antifungal effects of the 3-methyl-5-aminoisoxazole-4-thiocyanate on some dermatophytes // Letters in Applied Microbiology. - 1995. - T. 20. - C. 5-6].

Выделенные из растений Hornungia petraea (Двусемянник каменистый) арилтиоцианаты с общей формулой (VI), где R¹=Н, ОCH₃, R²=Н, ОCH₃, R³=Н, ОCH₃, обладают фунгицидной активностью по отношению к патогенным для человека и животных грибам Candida albicans и Aspergillus fumigatus [. Antimicrobial volatile glucosinolate autolysis products from Hornungia petraea (L.) Rchb. (Brassicaceae) // Phytochemistry Letters. - 2012. - T. 5. - C. 351-357].

Известно, что N-метилпиррол дитиоцианат (VII) и N-фенилпиррол дитиоцианат обладают фунгицидной активностью по отношению к патогенным для человека и животных грибам Candida albicans, Candida krusei, Candida tropicalis и Aspergillus niger, сравнимой с таковой у флуконазола и амфотерицина [V.A. Kokorekin, А.О. Terent'ev, G.V. Ramenskaya, , G. М. Rodionova, A. I. Ilovaiskii. Synthesis and Antifungal Activity of Arylthiocyanates // Pharmaceutical Chemistry Journal. - 2013. - T. 47. - C. 422-425; Патент RU 2523012 C1 (2014)].

Такие фунгициды, как 2,4-динитрофенилтиоцианат [Патент US 2433106 A (1947)] и 2-тиоцианатометилтиобензотиазол [Патент US 0211574 А1 (2006)], нашли применение в сельском хозяйстве.

4-Тиоцианатоанилин, 2-(тиоцианатометил)бензотиазол, бис(тиоцианато)метан и 1,2-бис(тиоцианато)этан применялись для протравливания некоторых сельскохозяйственных культур в СССР [Н. Мельников. Пестициды. Химия, технология и применение // М.: Химия. -1987. - С. 712]. Недостатками этих соединений является то, что они сравнительно высокотоксичны для млекопитающих и оказывают раздражающее воздействие на кожу и слизистые оболочки.

В литературе описан борнилтиоцианатоацетат (танит) (VIII) [Н. Мельников. Пестициды. Химия, технология и применение // М.: Химия. - 1987. - С. 712] и 3-циклопентилпропил тиоцианатидокарбонат (IX) [Патент JP S5695105 (А) (1981)]. Однако в литературе отсутствуют данные о фунгицидной активности этих соединений. Их предлагают использовать в качестве инсектицидных препаратов.

Из литературы известен способ получения α-тиоцианированных производных β-дикарбонильных соединений общей формулы I, где R=алкил, фенил, незамещенный или замещенный бензил, R₁ и R₂=CH₃ или OEt, при котором α-замещенные β-дикарбонильные соединения взаимодействуют с тиоцианатом натрия в присутствии сильного одноэлектронного окислителя церий (IV) аммоний нитрата и процесс проводят в среде органического растворителя при температуре 20-25°C и мольном соотношении α-замещенное β-дикарбонильное соединение: тиоцианат натрия: церий (IV) аммоний нитрат 1: 2-4: 2-4 соответственно. Процесс протекает 3 часа. В результате образуются α-тиоцианированные производные β-дикарбонильных соединений общей формулы I с выходом от 80 до 96% [Terent'ev А.О., Sharipov М.Y., Glinuskin А.P., Krylov I.В., Gaidarenko D.V., Nikishin G.I. Difference in α-thiocyanation of malonates, β-oxo esters and β-diketones with sodium thiocyanate and cerium (IV) ammonium nitrate // Mendeleev Communications. - 2016. - T. 26. - №. 3. - C. 226-227]. Однако в данной статье и в литературе вообще отсутствует информация о фунгицидной активности α-тиоцианированных производных β-дикарбонильных соединений общей формулы I.

Техническая задача, решаемая данным изобретением, состоит в увеличении эффективности средств борьбы с фитопатогенными грибами, при этом, учитывая способность микроорганизмов к выработке резистентности, еще актуальнее становится задача расширения ассортимента эффективных фунгицидных средств в отношении фитопатогенных грибов. Поставленная техническая задача достигается применением α-тиоцианированных производных β-дикарбонильных соединений общей формулы:

где при R=CH₃, С₆Н₅ или CH₂Ph, R₁=R₂=OEt; при R=(СН₂)₅CH₃, или 4-NO₂C₆H₄CH₂, R₁=CH₃, R₂=OEt; при R=C₉H₁₉, R₁=R₂=CH₃, в качестве фунгицидных средств и фунгицидными композициями на их основе. Предлагаемые соединения формулы I являются фунгицидами по отношению к фитопатогенным грибам и позволяют эффективно бороться с вредоносными грибами, наносящими вред сельскохозяйственным культурам при их выращивании и хранении.

α-Тиоцианированные производные β-дикарбонильных соединений общей формулы I получают по реакции взаимодействия β-дикарбонильного соединения с тиоцианатом натрия в присутствии сильного одноэлектронного окислителя церий (IV) аммоний нитрата и процесс проводят в среде органического растворителя при температуре 20-25°C по следующей схеме:

В приведенной схеме R, R₁ и R₂ имеют такие же значения, что и в формуле I.

Техническим результатом изобретения является создание нового класса эффективных фунгицидных средств и разработка фунгицидных композиций, состоящих из α-тиоцианированных производных β-дикарбонильных соединений общей формулы I в концентрации 0,1-99% и вспомогательных веществ, которые могут быть применены для борьбы с грибковыми заболеваниями сельскохозяйственных культур при их хранении и выращивании. По результатам фунгицидных испытаний in vitro α-тиоцианированные производные β-дикарбонильных соединений общей формулы I превосходят используемый в качестве эталона известный фунгицид - триадимефон (3,3-диметил-1-(1,2,4-триазол-1-ил)-1-(4-хлорфенокси)-2-бутанон) в отношении к испытанным видам грибов-патогенов: Venturia inaequalis (возбудитель парши яблони, класс аскомицеты), Rhizoctonia solani (возбудитель черной парши картофеля, класс базидомицеты), Fusarium moniliforme (возбудитель фузариоза зерновых, «болезни дурных побегов» риса, класс аскомицеты), Helminthosporium sativum (возбудитель корневой гнили, пятнистости листьев, «черного зародыша» и других болезней зерновых, класс дейтеромицеты), Sclerotinia sclerotiorum (возбудитель белой гнили различных культур, класс аскомицеты) в концентрации 30 мг/л.

Предлагаемые фунгицидные композиции включают α-тиоцианированные производные β-дикарбонильных соединений общей формулы I в концентрации 0,1-99% и вспомогательные вещества, например такие, как алкилбензолсульфокислоты, кальциевая соль (АБСК), эмульгатор, циклогексанон, ксилол, нефтяной сольвент, которые могут быть применены для борьбы с грибковыми заболеваниями сельскохозяйственных культур при их хранении и выращивании.

Изобретение иллюстрируется примерами получения предлагаемых соединений общей формулы I, их применения в качестве фунгицидов и фунгицидными композициями на их основе.

Пример 1. Получение этил 2-(тиоцианато)-2-(4-нитробензил)-3-оксобутаноата, R=4-NO₂C₆H₄CH₂; R₁=CH₃; R₂=OEt

В круглодонную колбу с магнитной мешалкой загружали этил-2-(4-нитробензил)-3-оксобутаноат (0,531 г; 2 ммоль), 10 мл этилацетата. При перемешивании добавляли тиоцианат натрия (0,486 г; 6 ммоль) и церий (IV) аммоний нитрат (CAN) (3,29 г; 6 ммоль). Реакционную массу перемешивали в течение 3 часов при температуре 20-25°C. Далее к смеси добавляли СН₂Сl₂ (10 мл), выливали в воду (30 мл), перемешивали и экстрагировали СН₂Сl₂ (3×15 мл), объединенные органические экстракты промывали насыщенным водным раствором NaHCO₃ (30 мл), затем водой (30 мл). Сушили над MgSO₄, фильтровали, упаривали растворитель в вакууме водоструйного насоса. Продукт выделяли методом колоночной хроматографии на SiO₂ с использованием в качестве элюента системы петролейный эфир-этилацетат с увеличением доли последнего от 0 до 20%. Выход 80% (0,516 г). Т_{плавления}=92-94°C. R_f=0.64 (ПЭ:ЭА=3:1). ¹Н NMR (300 MHz, δ ppm, J Hz, CDCl3): 1.32 (t, J=7.1, 3H - CH3), 2.42 (s, 3H -CH3), 3.58 (d, J=15.0, 1H - CH2), 3.72 (d, J=15.0, 1H - CH2), 4.22-4.43 (m, 2H - CH2CH3), 7.40 (d, J=8.6, 2H - 2CH), 8.18 (d, J=8.6, 2H - 2CH). ¹³C NMR (75.47 MHz, CDCl3): 14.0, 25.6, 38.1, 64.7, 72.5, 109.2, 123.9, 131.2, 141.1, 147.9, 165.8, 194.6.

Пример 2. Получение диэтил 2-бензил-2-тиоцианатомалоната. R=CH₂Ph; R₁ и R₂=OEt

Аналогично примеру 1 получают диэтил 2-бензил-2-тиоцианатомалонат с использованием исходного диэтил 2-бензилмалоната. Выход 96% (0,590 г). R_f=0.33 (ПЭ:ЭА=10:1). ¹Н NMR (300 MHz, δ ppm, J Hz, CDCl3): 1.35 (t, J=7.1, 6 H - 2CH3), 3.67 (s, 2 H - CH2), 4.21-4.46 (m, 4 H - 2CH2), 7.25 - 7.38 (m, 5 H - Ph). 13C NMR (75.47 MHz, CDCl3): 14.0, 39.5, 63.8, 67.2, 110.0, 128.2, 128.7, 130.3, 133.2, 165.9.

Пример 3. Получение диэтил 2-фенил-2-тиоцианатомалоната; R=С₆Н₅; R₁ и R₂=OEt

Аналогично примеру 1 получают диэтил 2-фенил-2-тиоцианатомалонат с использованием исходного диэтил 2-фенилмалоната. Выход 90% (0,528 г). R_f=0.46 (ПЭ:ЭА=95:5). ¹Н NMR (300 MHz, δ ppm, JHz, CDCl₃): 1.32 (t, J=7.1, 6 H - 2CH3), 4.28-4.47 (m, 4 H - 2 CH₂), 7.40-7.55 (m, 5 H - Ph). ¹³C NMR (75.47 MHz, CDCl₃): 13.9, 64.1, 69.6, 110.0, 128.3, 128.9, 129.7, 132.9, 166.0.

Пример 4. Получение 3-(тиоцианато)-3-нонилпентан-2,4-дион, R=(CH₂)₈CH₃, R₁ и R₂=CH₃

В круглодонную колбу с магнитной мешалкой загружали 3-нонил-2,4-пентандион (0,453 г; 2 ммоль), 10 мл уксусной кислоты. При перемешивании добавляли тиоцианат натрия (0,486 г; 6 ммоль) и церий (IV) аммоний нитрат (CAN) (3,29 г; 6 ммоль). Реакционную массу перемешивали в течение 3 часов при температуре 20-25°C. Далее к смеси добавляли СН₂Сl₂ (10 мл), выливали в воду (30 мл), перемешивали и экстрагировали СН₂Сl₂ (3×15 мл), объединенные органические экстракты промывали насыщенным водным раствором NaHCO₃ (30 мл), затем водой (30 мл). Сушили над MgSO₄, фильтровали, упаривали растворитель в вакууме водоструйного насоса. Продукт выделяли методом колоночной хроматографии на SiO₂ с использованием в качестве элюента системы петролейный эфир-этилацетат с увеличением доли последнего от 0 до 20%. Выход 85% (0,482 г).

R_f=0.64 (ПЭ:ЭА=10:1). 1Н NMR (300 MHz, δ ppm, J Hz, CDCl3): 0.86 (t, J=6.6, 3 H - CH3), 1.14-1.47 (m, 16 H - 8 CH2), 2.28 (s, 6 H - 2CH3). 13C NMR (75.47 MHz, CDCl3): 14.2, 22.7, 24.0, 26.1, 29.3, 29.5, 29.5, 31.9, 32.2, 82.7, 110.3, 199.0.

Пример 5. Получение этил 2-ацетил-2-тиоцианатооктаноата. R=(CH₂)₅CH₃, R₁=CH₃; R₂=OEt

Аналогично примеру 3 получают этил 2-ацетил-2-тиоцианатооктаноат с использованием исходного этил 2-ацетилоктаноата. Выход 85% (0,461 г). R_f=0.59 (ПЭ:ЭА=5:1). 1Н NMR (300 MHz, δ ppm, J Hz, CDCl3): 0.88 (t, J=7.1, 3 H - CH3), 1.2-1.45 (m, 11 H), 2.15-2.28 (m, 2 H - CH2), 2.31 (s, 3 H - CH3CO), 4.33 (q, J=7.1, 2 H - CH2O). 13C NMR (75.47 MHz, CDCl3): 14.1, 22.6, 24.1, 25.4, 29.0, 31.5, 33.0, 63.9, 73.6, 109.8, 166.9, 197.1.

Пример 6. Получение диэтил 2-метил-2-тиоцианатомалоната. R=CH₃, R₁ и R₂=OEt

В круглодонную колбу с магнитной мешалкой загружали диэтил 2-метилмалонат (0,348 г; 2 ммоль), 10 мл ацетона. При перемешивании добавляли тиоцианат натрия (0,649 г; 8 ммоль) и церий (IV) аммоний нитрат (CAN) (3,29 г; 6 ммоль). Реакционную массу перемешивали в течение 3 часов при температуре 20-25°C. Далее к смеси добавляли СН₂Сl₂ (10 мл), выливали в воду (30 мл), перемешивали и экстрагировали СН₂Сl₂ (3×15 мл), объединенные органические экстракты промывали насыщенным водным раствором NaHCO₃ (30 мл), затем водой (30 мл). Сушили над MgSO₄, фильтровали, упаривали растворитель в вакууме водоструйного насоса. Продукт выделяли методом колоночной хроматографии на SiO₂ с использованием в качестве элюента системы петролейный эфир-этилацетат с увеличением доли последнего от 0 до 20%. Выход 86% (0,398 г). R_f=0.38 (ПЭ:ЭА=10:1). 1H NMR(300 MHz, δ ppm, J Hz, CDCl3): 1.29 (t, J=7.1, 6 H - 2СН3), 1.95 (s, 3 Н - СН3), 4.29 (q, J=7.1, 4 Н - 2CH2). 13C NMR (75.47 MHz, CDCl3): 13.9, 22.5, 60.8, 63.7, 109.5, 166.6.

Пример 7. Фунгицидная композиция следующего состава

1. Действующее вещество (α-тиоцианированное производное β-дикарбонильного соединения общей формулы I) - 10 г

2. Алкилбензолсульфокислоты кальциевая соль (АБСК) - 2 г

3. Эмульгатор - 8 г

4. Циклогексанон - 30 г

5. Ксилол - 15 г

6. Нефтяной сольвент - 37 г

Испытания на фунгицидную активность соединений общей формулы I проводили in vitro [Методические рекомендации по испытанию химических веществ на фунгицидную активность. Черкассы: НПО «Защита растений», ВНИИ ХСЗР, 1990. - 68 с.]. Для этого готовили растворы веществ в ацетоне с концентрацией 3 мг/мл. Полученные растворы добавляли в разогретый до 50°C сахарозно-картофельный агар в количестве 0,9 мл на 90 мл агара. Таким образом, концентрация испытуемого вещества в среде составляла 30 мг/л. Приготовленные таким образом среды разливали по 15 мл в чашки Петри с внутренним диаметром 9 см. В качестве эталона использовали триадимефон - высокоэффективный фунгицид системного действия (X).

Поверхность охлажденной до комнатной температуры среды инокулировали кусочками мицелия трехдневной культуры грибов и выдерживали при 25°C в течение 72 часов. Затем измеряли диаметр колоний микроорганизмов и вычисляли подавление роста мицелия в процентах к необработанному контролю по Эбботу.

Для биологических испытаний были использованы фитопатогенные грибы различных таксономических классов: Venturia inaequalis (возбудитель парши яблони, класс аскомицеты), Rhizoctonia solani (возбудитель черной парши картофеля, класс базидомицеты), Fusarium oxysporum (возбудитель трахеомикозного увядания различных культур, класс дейтеромицеты), Fusarium moniliforme (возбудитель фузариоза зерновых, «болезни дурных побегов» риса, класс аскомицеты), Helminthosporium sativum (возбудитель корневой гнили, пятнистости листьев, «черного зародыша» и других болезней зерновых, класс дейтеромицеты), Sclerotinia sclerotiorum (возбудитель белой гнили различных культур, класс аскомицеты). Результаты приведены в таблице.

Приведены данные испытаний на фунгицидную активность соединений Iа-If. Как видно из таблицы, все полученные соединения общей формулы I являются фунгицидными средствами, так как проявляют высокую фунгицидную активность и, в некоторых случаях по отношению к различным фитопатогенным грибам, превосходят контроль - триадимефон. Применение соединений общей формулы I в композициях позволяет более эффективно бороться с грибковыми заболеваниями сельскохозяйственных культур по сравнению с таким широко используемым фунгицидом, как триадимефон.