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 17-73-10364
НазваниеРазработка средств защиты растений на основе кислород-, азот- и серасодержащих гибридных молекул.
РуководительЯрёменко Иван Андреевич, 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 | 07.2017 - 06.2019 |
Конкурс№23 - Конкурс 2017 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, 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений
Ключевые словаАзолы, карбаматы, стробилурины, средства защиты растений, кислород,- азотсодержащие гетероциклы, серасодержащие соединения, карбонильные соединения, фунгициды, регуляторы роста.
Код ГРНТИ31.21.00
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на решение проблемы разработки и применения гибридных средств защиты растений, в которых будут содержаться два биологически активных фрагмента с отличными друг от друга механизмами действия и связанных между собой линкером посредством химической связи. Активные фрагменты будут разработаны на основе кислород-, азотсодержащих гетероциклических и серасодержащих циклических и ациклических систем. Проект имеет междисциплинарный характер и включает в себя как химическую составляющую, так и сельскохозяйственную.
Химическая часть проекта направлена на решение проблемы селективного синтеза кислородсодержащих гетероциклических систем из карбонильных соединений, на решение проблемы создания способов введения линкеров для объединения двух биологически активных частей в одной молекуле, на решение проблемы совмещения в одной молекуле кислород-, и азотсодержащих гетероциклических систем, а также кислородсодержащих гетероциклических и серасодержащих ациклических систем.
Проблема селективного синтеза кислородсодержащих гетероциклических систем из карбонильных соединений заключается в том, что возможно образование сложной смеси продуктов, состоящей из большого числа как циклических, ациклических, так и полимерных кислородсодержащих систем. Поиск систем управления селективного синтеза кислородсодержащих гетероциклических систем является крайне важной задачей как в фундаментальном, так и в прикладном значении. Владея такими системами управления открываются широкие горизонты для создания продуктов с ценными прикладными свойствами, в частности открываются возможности создания нового поколения средств защиты растений. В проекте будет изучен открытый нами уникальный способ получения кислородсодержащих гетероциклических систем. Будут разработаны способы модификации этих систем путем введения функциональных групп с целью создания гибридных молекул различного строения. Также будут предложены подходы к созданию новых кислород- и азотсодержащих гетероциклических систем.
Проблема создания гибридных молекул обусловлена тем, что в условиях их синтеза могут происходить окисление или деградация активного фрагмента. Решением проблемы будет разработка таких подходов к синтезу линкеров и гибридных молекул, с использованием которых два активных фрагмента в одной молекуле будут сохранены.
В результате реализации проекта будут разработаны новые методы получения кислородсодержащих гетероциклических систем, а также будет развито направление по применению кислород-, азот- и серасодержащих гибридных молекул в качестве фунгицидов и регуляторов роста нового поколения.
Сельскохозяйственная составляющая проекта направлена на решение проблемы химической защиты растений – выработка резистентности у фитопатогенных грибов к ныне применяемым агропрепаратам. Фитопатогены могут значительно снижать урожай, его качество и угрожать продовольственной безопасности страны. Недобор сельскохозяйственной продукции зерновых культур от вредных организмов в России ежегодно составляет 25%. В среднем по России потери урожая от вредных организмов превышали 100 млн. т. продукции в перерасчете на зерно. Даже несмотря на рекордный урожай пшеницы в 2016 году (73,3 млн. тонн) появился дефицит продовольственной пшеницы 3-го класса, которая является одной из важнейших культур для производства массовых сортов хлеба в России. Доля пшеницы третьего класса в валовом сборе в 2012 году составила чуть более 49.8%, в 2013 году - 38,8 %, в 2014 году - 34,4 %, в 2015 году - 36 %, в 2016 году – 17 %. Качество зерна снижается год от года. В 2016 отмечена наивысшая доля фуражного зерна (5-го самого низкого класса) 24,2 % и зерна 4-го класса 59 %. Доля первого и второго классов исчезающе мала – почти 0 %. Применение принципиально новых и в то же время простых в технологическом исполнении и малоотходных подходов к синтезу гибридных средств защиты растений основе кислород-, азот- и серасодержащих гибридных молекул открывает перспективу создания эффективных агропрепаратов, которые существенно отличаются по структуре от существующих препаратов и обладают сочетанным механизмом действия. Предварительными исследованиями показана высокая фунгицидная активность гибридных молекул по отношению к таким фитопатогенам как возбудители фузариозов F. graminarum, F. heterosporum, F. culmorum, F. gibbosum, F. nivale, F. sporotrichiella, F. oxysporum, F., корневых гнилей и листовых пятнистостей Venturia inaequalis, Rhizoctonia solani, Helminthosporium sativum, Pythium graminicola, Alternaria alternate, Stemphylium sarcineforme, Bipolaris sorokiniana, Phoma eupyrena, Sclerotinia sclerotiorum, Alternaria sp., Phoma exigua, Phytophtora infestans, Stagonospora nodorum. Подавление роста мицелия составляло 90-100%.
Ожидаемые результаты
Проект направлен на разработку и внедрение в агрохимию новых типов действующих веществ - гибридных молекул, обладающих повышенной активностью к фитопатогенам, отсутствием резистентности и низкой токсичностью к другим растениям и животным. Проект основан на результатах совместных исследований ИОХ РАН, РХТУ им. Д.И. Менделеева и ВНИИ Фитопатологии кислород-, азот- и серасодержащих гибридных молекул. Полученные гибридные молекулы показали свою высокую эффективность как фунгициды и регуляторы роста на различных сельскохозяйственных культурах.
Будут предложены методы селективного синтеза кислородсодержащих гетероциклических систем из карбонильных соединений, будут предложены способы введения линкеров для объединения двух биологически активных частей в одной молекуле, будут предложены подходы совмещения в одной молекуле кислород-, и азотсодержащих гетероциклических систем, а также кислородсодержащих гетероциклических и серасодержащих ациклических систем.
В рамках сельскохозяйственной части проекта будут изучены фунгицидные свойства полученных гибридных молекул по отношению к широкому диапазону фитопатогенных грибов рода Fusarium, Venturia, Rhizoctonia, Helminthosporium, Alternaria, Stemphylium, Bipolaris, Sclerotinia, Alternaria, и другим. Рост-регуляторная активность будет оценена при воздействии на однодольные и двудольные культуры.
В результате реализации проекта будут разработаны новые методы получения кислород-, азот- и серасодержащих гибридных молекул для сельскохозяйственного применения, а также будет изучен их потенциал в качестве фунгицидов и регуляторов роста.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2017 году
1. Разработан метод синтеза кислородсодержащих гетероциклических систем главным образом мостиковых 1,2,4-триоксоланов (мостиковых озонидов) из карбонильных соединений и пероксида водорода в гетерогенных условиях.
2. Установлена принципиальная возможность сборки озонидного цикла из 1,5-дикетонов различного строения и пероксида водорода.
3. Установлено, что в условиях гетерогенного катализа на поверхности фосфорномолибденовой кислоты нанесенной на силикагель происходит селективная сборка мостиковых озонидов без образования пероксидов других классов и продуктов распада пероксидов.
4. Разработаны методы синтеза гибридных средств защиты растений, путем совмещения в одной молекуле кислород-, и азотсодержащих гетероциклических систем, а также кислородсодержащих гетероциклических и серасодержащих систем.
5. Установлено, что озонидный цикл устойцив к LiAlH4 при -78 °C, основаниям, аминам, этилхлорформиату, азидам.
6. Разработан метод синтеза винилсульфонов из сульфонилгидразинов и стиролов путем электрохимического окислительного сульфонилирования последних, который позволяет обеспечить быстрый синтез винилсульфонов в масштабе граммов с выходами от 50 до 95% на выделенный продукт.
7. Проведен анализ литературы по биологической активности пероксидов.
8. Синтезированные кислородсодержащие гетероциклические системы и кислород-, азот- и серасодержащих гибридных молекул обладают фунгицидной активность по отношению к фитопатогенным грибам растений, а в некоторых случаях сравнимы или превосходят эталон триадимефон.
Публикации
1. Терентьев А.О., Мулина О.М., Пиргач Д.А., Иловайский А.И., Сыроешкин М.А., Капустина Н.И., Никишин Г.И. Electrosynthesis of vinyl sulfones from alkenes and sulfonyl hydrazides mediated by KI: Аn electrochemical mechanistic study Tetrahedron, 73 (49), 6871-6879 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1016/j.tet.2017.10.047
2. Ярёменко И.А., Гомес Г.д.П., Радулов П.С., Белякова Ю.Ю. Виликотский А.Е., Виль В.А., Корлюков А.А., Никишин Г.И., Алабугин И.В., Терентьев А.О. Ozone-Free Synthesis of Ozonides: Assembling Bicyclic Structures from 1,5-Diketones and Hydrogen Peroxide The Journal of Organic Chemistry, 83 (8), 4402–4426 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1021/acs.joc.8b00130
3. Виль В.А., Ярёменко И.А., Иловайский А.И., Терентьев А.О. Peroxides with Anthelmintic, Antiprotozoal, Fungicidal and Antiviral Bioactivity: Properties, Synthesis and Reactions Molecules, 22 (11), 1881 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.3390/molecules22111881
Аннотация результатов, полученных в 2018 году
1. Установлены границы применимости разработанного метода синтеза мостиковых озонидов в гетерогенных условиях.
1.1. Проведено пероксидирование 1,5-дикетонов с алкильными заместителями.
1.2. Проведено пероксидирование 1,5-дикетонов, содержащих заместители с функциональными группами.
2. Осуществлен синтез кислородсодержащих гетероциклических систем главным образом мостиковых 1,2,4,5-тетраоксанов (мостиковых тетраоксанов) из карбонильных соединений и пероксида водорода в гетерогенных условиях.
2.1. Установлены оптимальные условия синтеза мостиковых 1,2,4,5-тетраоксанов (мостиковых тетраоксанов) из карбонильных соединений и пероксида водорода в гетерогенных условиях.
2.2. Проведено пероксидирование 1,3-дикетонов с алкильными заместителями.
2.3. Проведено пероксидирование 1,3-дикетонов, содержащих заместители с функциональными группами.
3. Осуществлен синтез гибридных средств защиты растений, путем совмещения в одной молекуле двух фармакофорных фрагментов.
4. Разработан селективный синтез циклических трипероксидов из 1,1’-дигидропероксиди(циклоалкил)пероксидов и кеталей с использованием SnCl4.
5. Проведены предварительные модельные химические превращения кислородсодержащих гетероциклических систем под действием сульфата железа (II)
6. Проведены испытания полученных кислородсодержащих гетероциклических систем и гибридных молекул на наличие фунгицидной активности по отношению к фитопатогенным грибам, поражающих зерновые, зернобобовые, овощные и другие культуры.
Публикации
1. Радулов П.С., Белякова Ю.Ю., Демина А.А., Никишин Г.И., Ярёменко И.А., Терентьев А.О. Селективный синтез циклических трипероксидов из 1,1´-дигидропероксиди(циклоалкил)пероксидов и кеталей с использованием SnCl4 Известия Академии наук Серия химическая, - (год публикации - 2019)
Возможность практического использования результатов
Полученные в результате выполнения проекта результаты вносят значительный вклад как в создание отечественных средств защиты растений, так и в обеспечение продовольственной безопасности страны. В результате выполнения проекта разработан новый класс фунгицидов для защиты растений не имеющий в мире аналогов. В настоящем проекте заложен фундамент для развития направление применения кислородсодержащих гетероциклических систем в комбинациях с азот- и серасодержащими системами как принципиально новых средств защиты растений. Полученные результаты позволили выйти на уровень опытно полевых испытаний.