КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 18-73-00315

НазваниеНестандартные методы синтеза органических пероксидов. Новое поколение средств защиты растений.

РуководительВиль Вера Андреевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2018 - 06.2020 

Конкурс№29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-103 - Синтез, строение и свойства природных и физиологически активных веществ; медицинская химия и прогнозирование различных видов биоактивности

Ключевые словаСредства защиты растений, пероксиды, окисление, фунгициды, регуляторы роста, биологическая активность, пероксидирование, карбонильные соединения

Код ГРНТИ31.21.19

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение проблемы синтеза принципиально нового класса агрохимических препаратов, и состоит из двух взаимосвязанных частей: сельскохозяйственной и химической. В основе проекта лежит сделанное совместными усилиями ИОХ РАН и ВНИИ Фитопатологии открытие высокоактивных фунгицидов и рострегуляторных препаратов на основе 5-, 6- и 7-членных циклических пероксидов. Химическая часть проекта направлена на решение проблемы селективного синтеза различных классов органических пероксидов из ди-, три- и гетероатом-содержащих карбонильных соединений и гидропероксидов. Карбонильные соединения и гидропероксиды являются экономически доступными и технологически применимыми исходными соединениями для синтеза пероксидов. Также планируется развить методы модификации пероксидов с сохранением O-O фрагмента. В проекте будет детально изучен недавно обнаруженный нашим коллективом уникальный способ получения ранее неизвестных пероксидов (и, на первый взгляд, нестабильных циклов) на основе кетоэфиров с использованием кислотно-катализированных реакций и оригинальных катализаторов. Полученные пероксиды представляют интерес в качестве потенциальных антипаразитарных препаратов и средств защиты растений. В представлении сельскохозяйственной части следует сказать о том, что современное растениеводство невозможно представить без применения химических средств защиты растений. Фитопатогены, такие как грибы и оомицеты, бактерии, насекомые, нематоды, могут значительно снижать урожай, его качество и угрожать продовольственной безопасности страны. Одной из основных проблем химической защиты растений является выработка резистентности у фитопатогенных организмов. Применение принципиально новых и в то же время простых в технологическом исполнении и малоотходных подходов к синтезу новых типов органических соединений для защиты растений, циклических пероксидов, открывает перспективу создания эффективных агропрепаратов, которые существенно отличаются по структуре от существующих препаратов и могут быть использованы самостоятельно или в композициях с целью замедления развития резистентности.

Ожидаемые результаты
Проект направлен на решение проблемы синтеза принципиально нового класса агрохимических препаратов, и состоит из двух взаимосвязанных частей: сельскохозяйственной и химической. В основе проекта лежит сделанное совместными усилиями ИОХ РАН и ВНИИ Фитопатологии открытие высокоактивных фунгицидов и рострегуляторных препаратов на основе 5-, 6- и 7-членных циклических пероксидов. Химическая часть проекта направлена на решение проблемы селективного синтеза различных классов органических пероксидов из ди-, три- и гетероатом-содержащих карбонильных соединений и гидропероксидов. Карбонильные соединения и гидропероксиды являются экономически доступными и технологически применимыми исходными соединениями для синтеза пероксидов. Также планируется развить методы модификации пероксидов с сохранением O-O фрагмента. В проекте будет детально изучен недавно обнаруженный нашим коллективом уникальный способ получения ранее неизвестных пероксидов (и, на первый взгляд, нестабильных циклов) на основе кетоэфиров с использованием кислотно-катализированных реакций и оригинальных катализаторов. Полученные пероксиды представляют интерес в качестве потенциальных антипаразитарных препаратов и средств защиты растений. В представлении сельскохозяйственной части следует сказать о том, что современное растениеводство невозможно представить без применения химических средств защиты растений. Фитопатогены, такие как грибы и оомицеты, бактерии, насекомые, нематоды, могут значительно снижать урожай, его качество и угрожать продовольственной безопасности страны. Одной из основных проблем химической защиты растений является выработка резистентности у фитопатогенных организмов. Применение принципиально новых и в то же время простых в технологическом исполнении и малоотходных подходов к синтезу новых типов органических соединений для защиты растений, циклических пероксидов, открывает перспективу создания эффективных агропрепаратов, которые существенно отличаются по структуре от существующих препаратов и могут быть использованы самостоятельно или в композициях с целью замедления развития резистентности.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Разработан подход к синтезу нового класса циклических органических пероксидов - β-алкокси-β-пероксилактонов, путем BF3-катализируемой трехкомпонентной конденсации β-кетоэфиров, H2O2 и спиртов. Обнаружено, что пероксидирование по Карашу протекает как с использованием медного катализатора, так и в отсутствие металлов. Несмотря на возможность протекания различных термически-инициируемых побочных процессов окисления, α-трет-бутилперокси барбитураты были селективно получены из замещенных барбитуровых кислот и трет-бутилгидропероксида. Проведены фунгицидные испытания in vitro 11 полученных в рамках выполнения Проекта органических пероксидов по отношению к шесть культурам фитопатогенных микроорганизмов.

 

Публикации

1. Битюков О.В., Виль В.А., Сазонов Г.К., Кириллов А.С., Лукашин Н.В., Никишин Г.И., Терентьев А.О. Kharasch reaction: Cu-catalyzed and non-Kharasch metal-free peroxidation of barbituric acids Tetrahedron Letters, Tetrahedron Lett. 2019, 60 (13), 920-924 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1016/j.tetlet.2019.02.042

2. Виль В.А., Терентьев А.О., Мулина О.М. Bioactive natural and synthetic peroxides for the treatment of helminth and protozoan pathogens: synthesis and properties Current Topics in Medicinal Chemistry, - (год публикации - 2019)

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
На данном этапе Проекта разработка метода синтеза циклических пероксидов на основе дикарбонильных соединений и пероксида водорода была направлена на решение как задачи создания эффективного метода синтеза ранее неизвестного класса органических пероксидов – γ-гидроперокси-γ-пероксилактонов, так и на исследование фундаментальных основ внутримолекулярной стабилизации органических пероксидов с точки зрения стереоэлектронных эффектов. Был разработан селективный метод синтеза γ-гидроперокси-γ-пероксилактонов из γ-кетоэфиров и пероксида водорода. Широкий спектр γ-гидроперокси-γ-пероксилактонов с метильным заместителем в положении C6 и различными заместителями в положении C5 были получены с умеренным или хорошим выходом. Попытки получить первичные алкил или фенилзамещенные в С6-положении γ-гидроперокси-γ-пероксилактоны привели к продуктам перегруппировки Байера-Виллигера. В результате обработки γ-гидроперокси-γ-пероксилактона Ph3P произошло селективное восстановление гидропероксильной группы с образованием γ-гидрокси-γ-пероксилактона. Хотя последний довольно нестабилен и превращается в смесь γ-кетокислоты и, возможно, γ-кетоперкислоты, мы смогли выделить и охарактеризовать это соединение. Этот циклический пероксид является первым примером шестичленного интермедиата Криге. Проведены фунгицидные испытания in vitro соединения-лидера по отношению к 15 культурам фитопатогенных микроорганизмов, а также полевые испытания соединения-лидера как средства защиты растений на культурах пшеницы и гороха. По результатам полевых и лабораторных испытаний органические пероксиды класса пероксилактонов могут считаться перспективными для дальнейших исследований и создания на их основе средств защиты растений.

 

Публикации

1. Виль В.А., Барсегян Я.А., Кухн Л., Екимова М.В., Семенов Е.А., Корлюков А.А., Терентьев А.О., Алабугин И.В. Synthesis of unstrained Criegee intermediates: inverse α-effect and other protective stereoelectronic forces can stop Baeyer-Villiger rearrangement of γ-hydroperoxy-γ-peroxylactones Chemical Science, - (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1039/D0SC01025A

2. Виль В.А., Терентьев А.О., Мулина О.М. Bioactive Natural and Synthetic Peroxides for the Treatment of Helminth and Protozoan Pathogens: Synthesis and Properties Current Topics in Medicinal Chemistry, 2019, 19, 1201-1225 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.2174/1568026619666190620143848

3. Екимова М.В., Виль В.А., Терентьев А.О. Acid-catalyzed peroxidation of β-ketoesters Успехи синтеза и комплексообразования, book of abstracts of the Fifth International Scientific Conference. Российский университет дружбы народов. 2019, Успехи синтеза и комплексообразования, book of abstracts of the Fifth International Scientific Conference. Российский университет дружбы народов. 2019, стр. 126 (год публикации - 2019)

4. - Global Women's Breakfast 2020 at Institute of Bioorganic Chemistry RAS Yampolsky Lab YouTube Chanel, - (год публикации - )

Возможность практического использования результатов
Динамичное и экспоненциальное развитие сельскохозяйственной отрасли Российской Федерации сегодня невозможно представить без применения химических средств защиты растений. Упреждение угрозы продовольственной безопасности страны на фоне постоянно растущего населения является одной из приоритетных задач. Недобор сельскохозяйственной продукции зерновых культур от вредных организмов (грибы, оомицеты, бактерии, насекомые, нематоды) в России ежегодно составляет 25%. И одним из важнейших направлений Стратегии НТР РФ является разработка и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективная переработка сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания. В связи с этим актуален поиск новых методов синтеза химических соединений, обладающих высокой биологической активностью, которые могут быть эффективно использованы в агро- и аквахозяйстве. В основе проекта лежит комплекс научных результатов, полученных одновременно как в области органического синтеза, так и в области агрохимии путем испытаний полученных соединений в лабораторных и в полевых условиях. Большая часть проекта посвящена решению проблем селективного синтеза различных классов циклических органических пероксидов из дикарбонильных соединений и пероксида водорода. Поскольку карбонильные соединения и пероксид водорода являются экономически доступными и технологически применимыми исходными соединениями для синтеза пероксидов основное внимание было сосредоточено на использовании именно этих соединений в качестве исходных структур. В результате был разработан метод получения нового класса органических пероксидов - γ-гидроперокси-γ-пероксилактонов. Проведенные фунгицидные испытания in vitro соединения-лидера по отношению к 15 культурам фитопатогенных микроорганизмов, а также полевые испытания соединения-лидера как средства защиты растений на культурах пшеницы и гороха показали что органические пероксиды класса пероксилактонов могут считаться перспективными для дальнейших исследований и создания на их основе средств защиты растений нового поколения.