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 21-73-10016

НазваниеСредства защиты растений на основе органических пероксидов, тиоцианатов и сульфо-производных: разработка методов синтеза и супрамолекулярных систем контролируемого высвобождения

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 07.2021 - 06.2024 

Конкурс№61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» 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 словаСредства защиты растений, пероксиды, органические тиоцианаты, средства доставки лекарств, окисление, фунгициды, биологическая активность, пероксидирование, карбонильные соединения

Код ГРНТИ31.21.19

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение проблемы создания принципиально нового класса агрохимических препаратов и состоит из трех взаимосвязанных направленностью Проекта частей: синтетической, супрамолекулярной и сельскохозяйственной. В основе проекта лежит концепция создания нестандартных методов сборки пероксидных и гетероциклических каркасов, окислительного сочетания, и селективного окисления органических соединений. Необычность разрабатываемых подходов заключается в применении, помимо традиционных каталитических систем, гетерогенных катализаторов, методов электро- и фотохимии. Полученные в Проекте соединения будут служить основой для создания агрохимикатов нового поколения с системой контролируемого высвобождения на основе супрамолекулярных композиций. В качестве действующих веществ будут исследованы как коммерческие фунгициды, так и новейшие соединения с высокой фунгицидной активностью, разработанные в ИОХ РАН и ВНИИ Фитопатологии: 5-, 6- и 7-членные циклические пероксиды, тиоцианаты, нитро- и сульфо-гетероциклические соединения. В результате выполнения синтетической части проекта будут предложены новые методы синтеза и получен ряд разнообразных потенциальных фунгицидов и регуляторов роста, практически не имеющих структурных аналогов в современном сельском хозяйстве - органических пероксидов, гетероциклических соединений, тиоцианатов, и т.д. — потенциальных фунгицидов и регуляторов роста. Супрамолекулярная часть проекта направлена на создание направленных систем доставки агрохимикатов, что позволит решить проблемы передозировки или, напротив, недостаточной эффективности агрохимикатов, избыточного расходования действующего вещества при производстве и применении, биодеградации активных молекул, а также низкой биодоступности вследствие гидрофобной природы действующих веществ. 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. Актуальность разработки новых химических средств защиты растений обусловлена постоянно вырабатывающейся резистентностью к используемым агропрепаратам у фитопатогенных микроорганизмов и, как следствие, низкой эффективностью их применения, а также дороговизной импортных препаратов. Использование средств защиты растений с адресной системой доставки действующего вещества позволит преодолеть эту проблему, тем самым повысить урожайность важнейших сельскохозяйственных культур, таких как пшеница, картофель, горох.

Ожидаемые результаты
Методы синтеза новых классов органических пероксидов на основе доступных стартовых реагентов – карбонильных соединений и пероксида водорода – одно из наиболее востребованных направлений развития медицинской и синтетической химии органических пероксидов. В проекте планируется развить обнаруженные закономерности с целью селективного синтеза недоступных ранее пероксидов. Практическая актуальность этой работы обусловлена не только стабильной потребностью в органических пероксидах в качестве окислителей и инициаторов свободно-радикальных процессов, открытия последних лет позволяют считать органические пероксиды принципиально новым перспективным типом биологически активных соединений для создания на их основе не только антипаразитарных и противоопухолевых средств, а также средств защиты растений. В ходе настоящего проекта будут разработаны нестандартные стратегии создания связи C-O, основанные на применении в качестве реагентов и интермедиатов O-электрофилов (пероксидов) в сочетании с различными С-реагентами – бороновыми кислотами, гетероциклами и алкиларенами. Тематика окислительного сочетания и селективного окисления, CH-функционализации, является новой и востребованной на мировом уровне. Разрабатываемые процессы окислительного С-О сочетания позволяют сократить число стадий синтеза, повысить атомную эффективность процессов и снизить количество отходов. В проекте будут исследованы реакции сочетания с образованием C-S и S-N связей с использованием в качестве окислителей кислорода и электрического тока. Интерес представляет как фундаментальная сторона этих процессов – их механизмы очень сложны и малоизучены, так и практическая – кислород и электрический ток неисчерпаемы и экологичны. Синтез с их использованием лежит в основе современных тенденций лабораторной и промышленной «Зеленой химии». Полученные в Проекте соединения будут служить основой для создания средств защиты растений с новым механизмом действия/доставки и пониженной вероятностью возникновения резистентности фитопатогенов к новым веществам. В основе проекта лежит концепция создания агрохимикатов нового поколения на основе супрамолекулярных композиций контролируемого высвобождения, управляемого гидрофильно-гидрофобного взаимодействия с поверхностями живых систем. Применение средств доставки активных веществ позволит решить ряд серьезных проблем в области агрохимии, связанных с гидрофобной природой действующих веществ, низкой биодоступностью, биодеградацией активных молекул, негативным влиянием пестицидов на почву, растения, животных и человека.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В рамках настоящего Проекта обнаружен электрохимический процесс тиоцианирования барбитуровых кислот NH4SCN в неразделенной ячейке в условиях постоянного тока. Электросинтез наиболее эффективен при рекордно высокой плотности тока (janode ≈ 50-70 мА/см2). NH4SCN выполняет двойную роль - источника группы SCN и электролита. Настоящий подход основан на анодном генерировании (SCN)2 из тиоцианат-аниона. Присоединение диродана к двойной связи енольного таутомера барбитуровой кислоты приводит к тиоциано-производным барбитуровой кислоты. Получен широкий ряд тиоцианированных барбитуровых кислот с различными функциональными группами с выходами 18-95%. Было показано, что полученные соединения проявляют многообещающую фунгицидную активность. Проведен анализ литературных данных, посвященных фото- и электро-инициируемым процессам тиоцианирования. Наибольшее внимание уделено анализу литературы с 2010-х годов по настоящее время. Указанный период характеризуется бурным развитием фото- и электрохимических подходов к тиоцианированию. Разработано Mn(OAc)3-опосредованное сульфонилирование винилазидов с использованием сульфинатов натрия. В результате с высокими выходами образуются N-незамещенные енаминосульфоны. Реакция протекает через образование сульфонильного радикала, его присоединение к двойной связи винилазида, что приводит к отщеплению молекулы N2 и образованию иминильного радикала, который на последней стадии превращается в целевой продукт. Одной из основных особенностей разработанного процесса является использование субстехиометрического количества Mn(OAc)3 за счет участия образующегося иминильного радикала в окислении исходного сульфината.

 

Публикации

1. Битюков О.В., Кириллов А.С., Сердюченко П.Ю., Кузнецова М.А., Демидова В.Н., Виль В.А., Терентьев А.О. Electrochemical thiocyanation of barbituric acids Organic & Biomolecular Chemistry, 2022, 20, 3629-3636 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1039/D2OB00343K

2. Мулина О.М., Доронин М.М., Терентьев А.О. Mn(OAc)3-Mediated Sulfonylation of Vinyl Azides Resulting in N-Unsubstituted Enaminosulfones ChemistrySelect, 2021, 6, 10250– 10252 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1002/slct.202102372

3. O. M. Мулина, O. В. Битюков, В. А. Виль, A. O. Терентьев Фото- и электроинициируемые процессы тиоцианирования Журнал органической химии, 2022 (год публикации - 2022)

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В рамках настоящего Проекта разработан электрохимический метод тиоцианирования 1,3-дикарбонильных соединений. Высокая эффективность процесса обеспечивается использованием уксусной кислоты (АсОН) в качестве среды для протекания реакции. Электролиз проводился в неразделенной ячейке в условиях постоянного тока без добавления дополнительных галогенсодержащих электролитов. В качестве источника SCN-группы и электролита использовался тиоцианат аммония (NH4SCN). Электрохимическое тиоцианирование 1,3-дикарбонильных соединений начинается с образования диродана - (SCN)2 из SCN-аниона, последующее присоединение диродана по двойной связи енольной формы 1,3-дикарбонильного соединения приводит к целевому продукту. Получены различные тиоциано-производные 1,3-дикарбонильных соединений с выходами 37-82%. Было показано, что синтезированные соединения проявляют высокую фунгицидную активность. В рамках выполнения Проекта был создан подход к окислительному сочетанию С(sp3)-H субстратов с циклическими диацилпероксидами. Показано, что взаимодействие ацетата Ni(II) с диацилпероксидами приводит к получению высоковалентных Ni частиц, способных катализировать окислительное ацилоксилирование C(sp3)-H связей в эфирах, кетонах и алканах. Желаемые эфиры были получены с выходом 20-82%. Установлено, что карбоксилатный радикал, образующийся из диацилпероксида, действует как L-лиганд с определенными высокоспиновыми центрами переходных металлов. Такая координация сохраняет O-радикальный характер, необходимый для активации C-H через стадию отрыва атома водорода. Захват нового С-радикала металлом и последующее восстановительное элиминирование приводит к ацилоксилированию С-субстрата. Декарбоксилирование RCO2 радикала сводится к минимуму благодаря эффектам гибридизации, вносимым спиро-циклопропильным фрагментом.

 

Публикации

1. Виль В.А., Барсегян Я.А., Кун Л., Терентьев А.О., Алабугин И.В. Creating, Preserving, and Directing Carboxylate Radicals in Ni-Catalyzed C(sp3)–H Acyloxylation of Ethers, Ketones, and Alkanes with Diacyl Peroxides Organometallics, 2023, ASAP (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1021/acs.organomet.2c00663

2. Кириллов А.С., Семенов Е.А., Битюков О.В., Кузнецова М.А., Демидова В.Н, Рогожин А.Н., Глинушкин А.П., Виль В.А., Терентьев А.О. An environmentally benign way to synthesize 2-thiocyano-1,3-dicarbonyl compounds with high antifungal activity: a key role of solvent Org. Biomol. Chem., 2023, 21, 3615-3622 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1039/D3OB00474K

3. Кун Л., Виль В.А., Барсегян Я.А., Терентьев А.О., Алабугин И.В. Carboxylate as a Non-innocent L-Ligand: Computational and Experimental Search for Metal-Bound Carboxylate Radicals Org. Lett., 2022, 24, 21, 3817–3822 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1021/acs.orglett.2c01356