Российские ученые с помощью электрического тока создали соединение, которое является сильным фунгицидом — веществом для борьбы с грибковыми болезнями растений. Высокая противогрибковая активность нового синтезированного вещества установлена и подтверждена в лабораторных условиях. Коллектив изучит действие фунгицида в реальных условиях на опытном поле в Подмосковье в 2022 году, а разработанная технология его получения будет запатентована в ближайшее время.
Александр Терентьев во время полевых испытаний новых соединений, весна 2020 г. Изображение предоставлено авторами исследования
Коллектив исследователей Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева (РХТУ), Института органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук (ИОХ РАН) и Всероссийского научно-исследовательского института фитопатологии (ВНИИФ) создал новое соединение, которое найдет применение в сельском хозяйстве в качестве средства для борьбы с грибковыми болезнями растений. В работе российских ученых описана перспективная лабораторная методика этого сложного соединения класса тетрагидрохинолинов из относительно простого и доступного сырья. Впервые установлена и подтверждена в лабораторных условиях противогрибковая активность синтезированного вещества. Результаты исследования, проведенного при финансовой поддержке РНФ, представлены в журнале Advanced Synthesis and Catalysis.
Как отмечает научный руководитель коллектива, директор Высшего химического колледжа РАН (факультета РХТУ) и заместитель директора ИОХ РАН Александр Терентьев, открытие противогрибковых свойств у тетрагидрохинолиновых структур само по себе является большой находкой для науки и сельского хозяйства. По словам ученого, коллектив провел комплексную работу, включающую фундаментальную химическую часть, электрохимию и совместные опыты, в которых были задействованы специалисты РХТУ, ИОХ РАН и ВНИИФ.
«Общее название средств для защиты растений — пестициды. В их число входят и уничтожители грибковых культур фунгициды, они занимают львиную долю рынка, ведь фитопатогенные грибы являются причиной большинства болезней сельскохозяйственных культур — картофеля, моркови, свеклы, злаков. Тетрагидрохинолины уже используются, например, в медицине для лечения малярии и неврологических заболеваний, теперь же мы выяснили, что этот класс соединений может применяться в качестве фунгицидов», — поясняет Александр Терентьев.
«Русская смекалка»
Сложное соединение российские химики получили после сочетания доступных реагентов: анилина, альдегидов и простых эфиров (широко применяемых растворителей). Под воздействием электрического тока эти базовые соединения органического синтеза в результате целого ряда последовательных превращений образовали искомый фунгицид.
«Применив то, что называется обычно русской смекалкой, мы получили очень сложное вещество из базовых соединений. Заранее никто бы не дал гарантии, что оно у нас получится. К счастью, сработала интуиция и помог опыт. Дальние “родственники” нашей реакции известны. Концептуальные основы таких химических превращений были разработаны в ИОХ РАН Леонардом Сергеевичем Поваровым», — объясняет другой автор работы, аспирант РХТУ Сергей Гришин.
Коллектив успешно испытал в лаборатории синтезированное соединение: им обработали высаженные в чашке Петри паразитические грибковые культуры и тем самым подавили их рост. Эффективность нового фунгицида оказалась примерно на одном уровне со сложными в производстве коммерческими пестицидами, такими как, например, широко использующийся в сельском хозяйстве триадимефон.
Полученное соединение обладает рядом преимуществ в сравнении с другими фунгицидами, уверены ученые. Болезнетворные грибки становятся всё более стойкими, то есть менее восприимчивыми к часто применяемым препаратам, и этот процесс можно сравнить с антибиотикорезистентностью в медицине, отмечает Александр Терентьев. Создание нового класса фунгицидов позволяет обойти подобное препятствие. К тому же, заявляют авторы работы, открытие перспективно с точки зрения реализации политики импортозамещения.
«У России колоссальная зависимость от зарубежных технологий производства фунгицидов. В основном такие препараты к нам идут уже фасовкой, и для их создания необходим многостадийный синтез из реагентов, которые в стране не производятся. У нас развит лишь базовый синтез, позволяющий из сырья получать основные продукты первого и второго переделов, тогда как среднего синтеза у нас практически нет. Как правило, для производства высокотехнологичных продуктов, состоящих из сложных молекул, нам за редким исключением приходится импортировать реагенты, относящиеся к среднему синтезу. Настоящей удачей можно считать наше открытие, которое позволяет создавать сложное соединение высокого класса из базовых продуктов органического синтеза», — говорит Александр Терентьев.
«Зеленая» химия
Авторы отмечают и другой немаловажный, «зеленый» аспект своей работы — экологичность процесса получения фунгицида. Использование электрического тока сделало производство практически безотходным и позволило обойтись без дополнительных реагентов. В качестве электролита в процессе применяются добавки — соли, дающие минимальный объем отходов.
Бояться вредоносного действия нового соединения на организм также не стоит, считают Александр Терентьев и его коллеги. Для обработки одного гектара сельскохозяйственных угодий норма расходов фунгицида составляет всего несколько граммов, а потенциальная токсичность препарата не выходит за рамки статистической погрешности, уверены ученые. Яды, которые вырабатываются самими болезнетворными грибками, на порядок опаснее тех, что содержат фунгициды. Более того, противогрибковое соединение может впоследствии найти применение не только в сельском хозяйстве, но и в медицине, однако для этого потребуется провести весь необходимый комплекс доклинических и клинических испытаний, отмечают исследователи.
В настоящее время ученые получают патент на новый фунгицид и способ его производства. Практическое использование полученных результатов ожидается уже в текущем году на подмосковных полях Всероссийского научно-исследовательского института фитопатологии. Весной химики обработают несколько килограммов семенного материала, который высадят в грунт. Первые полевые испытания дадут также возможность проверить влияние соединения на урожайность растений, обработанных экспериментальным веществом.
Исследование проведено при финансовой поддержке РНФ сотрудниками ИОХ РАН им. Н.Д. Зелинского, РХТУ им. Д.И. Менделеева и ВНИИФ.
Статья: Vil', Vera, et al. Electrochemical Synthesis of Tetrahydroquinolines from Imines and Cyclic Ethers via Oxidation/Aza‐Diels‐Alder Cycloaddition. Advanced Synthesis & Catalysis (Q1). DOI: 10.1002/adsc.202101355
Информация и фото предоставлены отделом научной коммуникации РХТУ им. Д.И. Менделеева
