Разработку «Сравнительный анализ фунгицидной активности замещенных бензойных кислот»,

Исследовательская работа

Тема:

Сравнительный анализ фунгицидной активности замещенных бензойных кислот

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Бензойная кислота обладает высокой бактерицидной, бактериостатической и фунгицидной (противогрибковой) активностью. Диплом напишись, напишись. Диплом сдайся. Получи отлично

В настоящее время зарегистрировано более 140 видов фитопатогенов, резистентных к 50 различным фунгицидам. Однако надежной количественной статистики данных о резистентных формах патогенов к фунгицидам различных химических групп ни у нас, ни за рубежом нет.

Устойчивость грибов возникает в результате изменения чувствительности мишени к действию фунгицида, изменения проницаемости клеток гриба к нему, повышения активности детоксицирующих ферментов или других механизмов, например, появление белков, выводящих фунгицид из мицелия грибов. Все будет хорошо и отлично. Все сдадим. Отличница

Современное производство сельскохозяйственной продукции невозможно без применения химических средств защиты растений. Поскольку фитопатогенные грибы вызывают большие потери урожая и при выращивании, и при хранении, а применяемые препараты со временем теряют эффективность за счет возникновения резистентных к ним штаммов микроорганизмов, разработка новых фунгицидов неизменно актуальна.

Объектами наших научных исследований были выбраны производные бензойной кислоты. Все будет хорошо. Диплом с отличием. Выпуск 2022

Предметом исследования являются грибы-фитопатогены.

Гипотеза: известно, что бензойная кислота обладает фунгицидными

свойствами, в связи, с чем она используется в качестве консерванта (Е210). Можно предположить, что и производные бензойной кислоты также будут проявлять фунгицидную активность. Эта гипотеза требует экспериментальной проверки. Грибы. Бензойная кислота. Опыты и лекции

Целью работы является: изучить влияние производных бензойной кислоты на фунгицидную активность против грибов-фитопатогенов.

Задачи исследования: все сдадим. Все будет хорошо. Отличница.

1. Изучить по литературным источникам фунгицидную активность производных бензойной кислоты;

2. Провести компьютерный анализ биологической активности с помощью программы Pass Online;

3. Изучить влияние производных бензойной кислоты на рост грибов-фитопатагенов.

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 История фунгицидов

Заболевания растений, такие, как гнили, ржавчины и пятнистости, известны человечеству с глубокой древности, с тех самых пор, как люди начали целенаправленно выращивать определённые культуры. Еще до нашей эры появились первые рекомендации, касающиеся защиты ценных растений.

До нашей эры. Около 1000-800 годов до н.э. Гомер впервые отметил, что бороться с болезнями растений можно при помощи обработки серой. Вполне вероятно, что в то время данный метод широко использовался в борьбе с оидиумом винограда и ржавчиной злаковых. Демокрит (400 лет до н.э.) предложил иной метод защиты: опрыскивание растений настоем маслин для профилактики гниения.

Рекомендации стали более стройными и многочисленными с наступлением новой эры. Плиний Старший в своей работе "История природы" изложил известные к тому времени сведения о заболеваниях растений и способах борьбы с ними. К примеру, болезни зерна он рекомендовал предупреждать, пропитывая семена вином или смешивая их во время хранения с измельчёнными листьями кипариса [1].

Средние века. Первоначально в начале XVII века сельское хозяйство стало развиваться в соответствии с научными принципами. Основные заболевания растений были описаны и классифицированы, для их лечения и профилактики активно предлагались разные методы.

В течение последующих веков список действенных методов защиты расширился. В 1705 году Хомберг открыл профилактические свойства сулемы (хлорной ртути), защищающей древесину от гниения. Сразу после этого Лукант ввёл в обращение метод защиты семян пшеницы от головни путём их обрабатывания смесью мышьяка, извести и хлорной ртути.

К сожалению, развитие химической защиты растений в течение долгого времени ограничивалось незнанием этиологии некоторых болезней и биологии их возбудителей. Но в 1775 г. Тиллет доказал и показал происхождение и особенности передачи твёрдой головни пшеницы и выделил главные принципы распространения и "поведения" патогенов растений. Впоследствии последовал ещё перечень публикаций и работ других талантливых естествоиспытателей. С 1761 года в практику защиты были внесены препараты меди, её сульфат начал применяться для обработки семян пшеницы [1].

XIX век. В течение XIX века в практике растениеводства произошёл ещё ряд важных событий. 1802 г. - Форсит рекомендовал бороться с мучнистой росой при помощи смеси из табака, сока ягод бузины, негашёной извести и серы. 1807 г. - Первост заложил основы для лабораторного анализа фунгицидов, показав итоги опытов, посвящённых влиянию сульфата меди на прорастание хламидоспор головни. 1824 год - Робертсон кладет начало в практику борьбы с мучнистой росой с помощью смеси серы и мыла, чтобы достигнуть лучшего покрытия растений препаратом.

В середине XIX века началось научное исследование оидиума винограда, для защиты от которого были предложены обработки серой (Туккери) и полисульфидами кальция ("жидкость Гризона"). В 1881-1887 годах была изучена природа фитофтороза картофеля, Енсеном была предложена обработка клубней тёплым воздухом. Он же рекомендовал очищать семена ячменя от источника заболевания головни, прогревая их в тёплой воде [1].

В конце XIX века открыта бордосская жидкость, которая была применена вначале для защиты винограда от милдью, а затем для борьбы с заболеваниями на других культурах.

XX век. Основное количество используемых сейчас фунгицидов было получено уже в XX веке. При помощи современных монокомпонентных и комбинированных препаратов удаётся добиться больших успехов в защите растений от заболеваний. Все же, проблема болезней продолжает существовать и нуждается в непрерывном развитии технологии, методов и средств обработки культур [1,2].

1.2 Классификация фунгицидов

Практически любая классификация (рис.1) имеет относительно условный характер, так как ограничить другими рамками естественные явления и процессы довольно тяжело. В определенных условиях фунгициды могут проявлять разнообразный характер влияния, что зависит от вида растений, фитопатогенного объекта, дозы, методов и сроков применения. Вместе с тем, препараты, вероятно, проявляют побочное действие. Некоторые вещества имеют индивидуальные фунгицидные свойства, поэтому их применяют для разных целей [3].

Классификация по химическим классам:

1. Грибные фунгициды – биопрепараты на основе грибов Trichoderma. Они подавляют возбудителя корневой, семенной и почвенной инфекции. Действующие вещества — Trichoderma harzianum, Trichoderma harzianum штамм 18 ВИЗР, Trichoderma harzianum штамм ВКМ F-4099D. На практике широко известны препараты «Триходермин» и «Глиокладин»;

2. Дитиокарбаматы – фунгициды, производные диметилдитиокарбаминовой и этилен-бис-дитиокарбаминовой кислоты.

Действующие вещества – Манкоцеб, Метирам (препарат «Поликарбоцин»), Тирам (препарат «ТМТД»), Цинеб. Препараты этой группы применяют для защиты растений от ложной мучнистой росы, фитофтороза, корневых гнилей, ржавчины, парши яблони и груши, пятнистостей, пшеницы и болезней картофеля;

3. Имидазолы – фунгициды класса азолов. Действующие вещества – Имазалил (для протравливания семян против гельминтоспориозной и фузариозной гнилей зерновых культур), Ипродион (препарат «Ровраль»), Прохлораз (против парши и мучнистой росы яблони, оидиума винограда);

Рис.1 Классификация фунгицидов

4. Карбаматы – вещества, производные карбаминовой кислоты. Как фунгициды их применяют против болезней огурца открытого грунта (пероноспороз), а также против фитофтороза и различных гнилей у картофеля, огурца и томата. Например, препараты «Пропамокарб гидрохлорид», «Консенто» и др.;

5. Морфолины – класс малотоксичных и высокоэффективных фунгицидов. Действующие вещества/препараты – «Диметоморф» (используются против возбудителей фитофтороза томата, пероноспороза лука, огурца и других овощных культур) и «Спироксамин» (применяются против мучнистой росы, ржавчины и септориоза зерновых злаковых культур);

6. Неорганические вещества — пестициды, содержащие в качестве действующего вещества неорганические соединения. Например — бордоская жидкость (меди сульфат + кальция гидроксид), борная кислота, хлорокись меди, метилбромид (бромистый метил), натрия тетраборат (бура), сера и др.;

7. Пиримидины – класс фунгицидов, в качестве действующего вещества которых используется фенаримол;

8. Стробилурины – класс пестицидов, активно влияющих на биологические и физиологические реакции растений зерновых культур (увеличение массы зерна, замедление процесса старения и пр.). Действующие вещества — Азоксистробин, Димоксистробин, Крезоксим-метил, Пикоксистробин, Пираклостробин, Трифлоксистробин (препарат «Зато»), Фамоксадон, Флуоксастробин и др.;

9. Триазолы – самая обширная группа используемых фунгицидов для обработок растений на ранних фазах развития заболевания или для профилактических обработок. Действующие вещества – Диниконазол, Дифеноконазол, Ипконазол, Метконазол, Пенконазол (препарат «Топаз»), Пропиконазол, Протиоконазол, Тебуконазол, Тетраконазол (против мучнистой росы зерновых и тыквенных культур, парши яблони, сетчатой пятнистости ячменя, мучнистой росы огурца и бурой ржавчины пшеницы), Триадименол (препарат «Байтан»), Триадимефон (препарат «Байлетон»), Тритиконазол, Флутриафол (против базидиальных и сумчатых грибов), Ципроконазол, Эпоксиконазол и др.;

10. Фенилпирролы – новый класс, действующее вещество – флудиоксонил. Они предотвращают заражение вегетативных органов растений белой/снежной плесенью, корневыми гнилями и другими заболеваниями;

11. Фосфоорганические соединения — фунгициды, производные пятивалентного фосфора;

12. Фталимиды — контактные фунгициды защитного действия. Действующее вещество – «Каптан». Эту группу применяют преимущественно против пятнистостей овощных и плодовых культур, альтенариоза и фитофтороза картофеля, милдью винограда.

Классификация по химической природе [2]:

1) Неорганические

Представлены в основном медь-, серо- и ртутьсодержащими препаратами, но одновременно с этим последние, можно сказать, потеряли практическое значение. Некоторые медь- и серосодержащие фунгициды активно применяются на сегодняшний день, но в основном в силу их не высокой стоимости и отсутствия проблем резистентности.

Активность медьсодержащих фунгицидов основана на способности ионов меди взаимодействовать с сульфгидрильными группами ферментов и коферментов, в том числе с аминогруппами грибной клетки, вызывая осаждение, или денатурацию, белков. К тому же, являясь сильными окислителями, эти фунгициды могут ускорять внутриклеточные окислительные процессы. Главная роль в фунгитоксичности принадлежит сорбционной способности протоплазмы клеток грибов и переходу ионов меди в раствор из осадка на листьях. Растворенная медь адсорбируется спорами, равновесие нарушается, и часть меди снова переходит в растворимое состояние. Процесс идет до той поры, пока спора не кумулирует токсическую дозу. Переводу меди в раствор содействует углекислота, аммонийные соли и другие вещества, которые находятся в атмосфере, осадках, росе, выделениях листьев, спор грибов.

Неорганические ртутные фунгициды осаждают белки в клетках микроорганизмов. Они могут тормозить практически все ферменты. Считается, что проникновение ртути в клетку и ее токсичность зависят от способности растворяться в жире. Из раствора поглощаются и анионы, и катионы, то есть молекулы неорганических ртутных препаратов, которые растворяются в липидах мембраны.

Фунгицидность серы обусловлена продуктами ее окисления или восстановления, потому как сама сера не активна. В отличие от других препаратов не накапливается в спорах. Внутри или в оболочке жизнеспособных спор превращается в сероводород, который выделяется до той поры, пока спора остается жизнеспособной. Сероводород ингибирует каталазу, цитохромоксидазу и лактазу, но основная причина фунгитоксичности серы состоит в ее способности акцептировать водород, препятствуя нормальному протеканию реакций гидрирования и дегидрирования.

К неорганическим фунгицидам относятся такие соединения, как никель, железо, марганец и калий [4].

2) Органические

Органические фунгициды классифицируют на не содержащие в своём составе тяжёлых металлов (ртуть, олово) и содержащие.

Органические фунгициды относятся к различным классам химических соединений. К основным относятся производные гетероциклических соединений, дитиокарбаматов, серной кислоты, тиоцианатов ароматического ряда, фенола, фосфорорганические соединения, хлорпроизводные ароматических углеводородов, альдегида, галоидалканы, мышьякосодержащие препараты, соли нафтеновых кислот, нитросоединения, оловоорганические и ртутьорганические соединения, хиноны.

Фунгициды, относящиеся к гетероциклическим соединениям на сегодняшний день, занимают основное место. К ним относятся различные азотсодержащие производные пиримидина, имидазола, пиразола и др. Из органических фунгицидов распространенное применение в борьбе с болезнями растений нашли дитиокарбаматы. Производные фенола, подразделяющиеся на нитрофенолы и хлорфенолы, известны не только своими фунгицидными, но также высокими бактерицидными свойствами. Они отличаются селективностью действия. Вещества, относящиеся к галогеналкилфенолам, проявляют высокую фунгицидную активность.

Фосфорорганические фунгициды стали применяться в сельском хозяйстве не так давно. Эти препараты сравнительно быстро метаболизируются в растениях, почве, воде и в иных объектах внешней среды, поэтому не столь способны накапливаться в природных условиях, включаясь в цепи питания. Фосфорорганические фунгициды имеют высокое избирательное действия, несколько из них способны проникать в растения.

Фосэтил алюминия эффективен против фикомицетов и пероноспоровых грибов, но является малоэффективным против фитофтороза томата и картофеля. Вещество ускоряет процесс образования растением токсичных для грибов веществ – фенольных соединений. Они, накапливаясь, перекрывают путь к клеткам растения и препятствуют проникновению гриба в ткани. Фунгицид избирателен в отношении оомицетов, воздействует на фитопатогены и иных классов. Рост мицелия в питательных средах подавляет слабо. Считается, что на фитопатоген влияет через растение, усиливая его защитные реакции: зараженные растения в отличие от неинфицированных выделяют фитоалексиноподобные вещества и антигрибные фенольные соединения. Также предполагается, что в молекуле фунгицида есть токсофорфосфит, также способствующий выработке динамичных защитных реакций.

Из числа хлорпроизводных ароматических углеводородов продолжительное время использовался гексахлорбензол, ГХБ (С₆Сl₆). Начал применяться как протравливающее сухим способом голозерных зерновых культур против головневых болезней (2 кг/т) или протравливания с увлажнением водой или суспензией препарата за 1—3 дня и более месяца до посева.

Гексахлорбензол. Фунгицидность этой группы химических соединений увеличивается по мере накопления атомов хлора в бензольном ядре, при этом замена хлора бромом не способствует увеличению фунгицидности [4].

3) Антибиотики

Антибиотики - антимикробные вещества, продуцируемые разными видами биоты, имеющие большую биологическую активность и селективное действие. На сегодняшний день известно примерно 4000 микробных метаболитов, обладающих антибиотическими свойствами, и примерно 35 тысяч их синтетических производных и аналогов, в практике защиты растений в нашей стране получили распространение пока только несколько препаратов. Одна из причин такого случая - табу на применение в сельском хозяйстве всех препаратов (независимо от их высокой эффективности), которые применяются в медицине. Таким образом, невзирая на исключительно высокую эффективность стрептомицина в борьбе с бактериальной рябухой табака, разрешение на его широкое применение не получено. Вместе с тем в США стрептомицин с успехом применяют для борьбы с ржавчиной веймутовой сосны и бактериальным ожогом плодовых деревьев, в Индии – с бактериальным раком цитрусовых. Тетрациклин оказался высокоэффективным при инъекции в ствол черешни (3 г/дерево) в борьбе с микоплазмоподобными микроорганизмами, вызывающими покраснение листовых жилок.

Некоторые антибиотики эффективны в борьбе с бактериальными болезнями сельскохозяйственных растений. Антибиотики, главным образом, имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными фунгицидами. Они легко проникают в органы и ткани растений, их действие в меньшей степени зависит от неблагоприятных погодных условий.

Другие антибиотики способны активировать защитные реакции растений, включая образование фитоалексинов, то есть действовать в качестве индукторов устойчивости.

В России широко внедряются такие немедицинские антибиотики, как трихотецин и фитобактериомицин (фитолавин). Так как ряд антибиотиков обладают защитным и ростстимулирующим эффектами, их применяют не только в качестве средств защиты вегетирующих растений от патогенов, но и для обработки посевного (посадочного) материала [5].

Классификация по характеру распределения в растениях:

1) Контактные фунгициды.

Действуя при нанесении на поверхность растения, контактные фунгициды подавляют распространение возбудителей болезней на начальных стадиях, во время прорастания спор или конидий.

 Контактные действующие вещества, прежде всего, угнетают репродуктивные органы патогенов и предотвращают инфицирование с поверхности. Длительность их действия в большей степени зависит от того, насколько долго они способны существовать на обработанных растениях. В основном контактные фунгициды действуют не очень длительно, по сравнению с системными, но некоторые из них имеют способность "продлевать" свой эффект, растворяясь в восковом слое на поверхности листьев и стеблей.

У контактных фунгицидов есть некоторые недостатки, но у них есть и достоинства. Так пример, резистентность микроорганизмов по отношению к контактным системам развивается в 3-8 раз медленнее, чем к веществам, проникающим внутрь растения.

2) Системные фунгициды.

Фунгициды данной группы используются для внесения в почву и обработки вегетирующих растений на разных стадиях развития, они применяются как профилактически, но и с целью лечения уже развившейся болезни. Роль этих препаратов также велика в защите семян и посадочного материала, часто их применяют в смеси с контактными фунгицидами для уничтожения внутренней и наружной семенной инфекции бактериального или грибного происхождения.

Препараты внедряются в растение или усваиваются им в безопасных концентрациях, а после этого перемещаются из корней в стебель и листья и уничтожают фитопатогены, уже внедрившиеся в ткани (лечащий фунгицид). Системные защитные (профилактические) фунгициды также носят название хемотерапевтическими.

К сожалению, к системным препаратам довольно быстро формируется устойчивость патогенов. Быстрее всего она развивается по отношению к фениламидам, триазолам, бензимидазолам,пиримидинам, ацилаланинам. В результате, перечисленные средства, когда это возможно, предпочитают применять в составе баковых смесей с иными препаратами [6,7].

Классификация по характеру действия:

1) Профилактический (защитный) фунгицид - это препарат, подавляющий вредный организм до того момента, когда он может нанести основной урон растению. Фунгициды, обладающие профилактическим эффектом, предотвращают заражение культуры. Они образуют защитную плёнку на поверхности растения или, иногда, имеют иные механизмы действия. Влиять на рост патогена внутри организма хозяина они не способны. По этой причине обработки профилактическими средствами должны проводиться в те периоды, которые предшествуют развитию массового заражения растений определёнными заболеваниями.

Контактные защитные фунгициды «работают» на поверхности. В отличие от них, системные усваиваются в безопасных для растения концентрациях, защищая его части, расположенные далеко от мест обработки. Такого рода средства или напрямую уничтожают возбудителей, или изменяют протекающие в растениях биохимические процессы, приводя к повышению их устойчивости к патогенам.

Проникновение защитных фунгицидов в растение может происходить через различные его части. При нанесении на листья они могут оказывать лечащее и защитное контактное действие.

Продолжительность защитного эффекта рассматриваемой группы фунгицидов может быть разнообразной, очень часто она ограничивается несколькими неделями. В целом продолжительность действия контактных профилактических фунгицидов определяется тем, насколько долго средство удерживается на поверхности растения, а системных – особенностями метаболизма средства в конкретном растении.

2) Лечащий фунгицид (искореняющий, куративный, терапевтический, истребительный) - препарат, устраняющий инфекцию после инокуляции патогена (проникновения возбудителя в ткани растения). Лечащие фунгициды оказывают влияние на жизненно важные органы возбудителей и на их зимующие стадии. Это вызывает гибель вредоносных организмов после того, как они проникают в растение.

Как и профилактические средства, лечащие классифицируются на препараты системного и контактного действия.

Контактные оказывают свое влияние на поверхности растения или, главным образом, обладают местным проникающим эффектом, так что они не могут уничтожить возбудителей, попавших глубоко в ткани. Такого рода  препараты подразделяют на две группы: избирательного (подавляют только репродуктивные органы гриба) и неизбирательного действия (влияют и на репродуктивные, и на вегетативные органы). Контактным и местным проникающим действием обладают стробилурины, которые угнетают рост конидий, образование спор и развитие мицелия у грибов.

Системные лечащие препараты усваиваются растением и циркулируют по его сосудистой системе, перемещаясь во все ткани. Это позволяет им действовать на патогены при их проникновении в органы растения, отдаленные от мест обработки фунгицидами, при сроках заражения более 2-3 суток.

3) Иммунизирующий фунгицид (элиситор) - препарат, который, попадая в ткани растений, приводит к изменениям их метаболизма, препятствующим заражению бактериальными и грибными болезнями или нарушающим течение патогенеза заболевания. Препараты используются в биологической и химической защите растений (в последнем случае их называют химическими иммунизаторами).

Действие иммунизирующих фунгицидов всегда является системным, из-за чего их также носят название системные псевдофунгициды. Проявлять свою эффективность, находясь на поверхности растений, они не способны [1, 7, 8].

Эффективность иммунизирующих фунгицидов увеличивается, если во время их применения на растения воздействуют определенные внешние факторы. Таким образом, действие системных псевдофунгицидов, как правило, увеличивается при интенсивном УФ-излучении и уменьшается при низких температурах.

Классификация по цели применения:

Цель применения определяет разделение фунгицидов на следующие группы:

1) Протравители семян.

Обеззараживание семенного материала имеет важное значение при обращении с зерновыми, техническими и иными однолетними культурами. Особенно высокую эффективность проявляет заблаговременная обработка семян комбинированными средствами. В результате использования протравливания, удается сократить число обработок вегетирующего растения.

2) Фунгициды для обеззараживания теплично-парниковой почвы.

Используются для защиты однолетних растений, высаживаемых рассадой. Препараты данной группы обладают довольно высокой летучестью и действуют в виде паров или газов.

3) Фунгициды для обработки многолетних растений в период покоя.

Применяются для уничтожения возбудителей в зимующих надземных частях растений (при выращивании плодовых деревьев, виноградной лозы).

4) Фунгициды для обработки растений в период вегетации.

Классификация в зависимости от природы воздействия фунгицидов:

В зависимости от природы воздействия фунгицидов, их подразделяют на три группы:

1) Истинные фунгициды - вещества, токсичные для грибов вне растений. Представители данной группы напрямую воздействуют на биохимические процессы грибной клетки, что приводит к её гибели. Например, дитианон угнетает прорастание спор ложномучнисторосяных грибов на поверхности листьев.

2) Псевдофунгициды, или иммунизаторы. Вне растений они бывают нефунгитоксичными, но вместе с тем оказывают эффект на патогенез заболевания при попадании возбудителя внутрь. Имеют самые различные механизмы действия.

3) Микробные антагонисты. Эти средства биологического происхождения, представляющие собой авирулентные штаммы патогенов. Они иммунизируют растения и повышают их устойчивость к возбудителю.

Из этого следует, что знание классификации фунгицидов позволяет не только четко понимать их структуру, но и закладывает основу грамотного их использования на разнообразных культурах, в отношении различных возбудителей, при разных дозировках, сроках применения и т.д.

1.3 Фунгициды и окружающая среда. Токсичность фунгицидов

Фунгициды сравнительно редко бывают довольно токсичными для насекомых, животных и человека; некоторые обладают неодинаково выраженной токсичностью, к примеру, дитианон не токсичен для пчёл, но очень опасен для энкарзии, а ипродион безвреден или малотоксичен для всех живых существ, что позволяет ему считаться абсолютно безопасным для окружающей среды. Минимальным показателем опасности отличаются триазолы, ведь они действуют на растения системно и используются в малых нормах расхода.

Токсичность фунгицидов для растительных организмов находится в зависимости от химической природы, концентрации или дозы препарата, возраста растений, анатомии и морфологии их тканей, характерные черты метаболизма, условий погоды. При завышенных по сравнению с рекомендуемыми, дозах или концентрациях фунгицидов могут вызвать ожоги и отмирание тканей (проявлять фототоксичность (рис.2)).

Рис.2 Повреждение листьев табака азоксистрибином

Разложение веществ в почве обычно составляет от нескольких дней до 1,5 месяцев. К примеру, мефеноксам разрушается в ней через 3 недели после попадания. В воде препараты частш сохраняются долгое время, как, например, тетраконазол и иные средства его группы [5].

Продолжительность сохранения фунгицидов на поверхности и внутри растений в большинстве случаев зависит от метеорологических условий после опрыскивания, но и от особенностей метаболизма препаратов. При соблюдении сроков посева, обработки и сбора урожая средства не проникают в растения в недопустимых количествах и не наносят вреда человеку и животным, для питания которых применяются плоды или зерно [8].

1.4 Функциональные производные бензойной кислоты.

Синтез и физико-химические свойства.

4-хлорбензойная кислота

Химическая формула:

Физико-химические свойства [9]:

·        Плотность: 1.544 г/см³;

·        Точка кипения: 285°C;

·        Точка плавления: 139-143°C;

·        Температура вспышки: 173°C;

·        Способ хранения: хранить в плотно закрытом контейнере, в прохладном, сухом, хорошо проветриваемом помещении, вдали от несовместимых веществ;

·        Растворимость: растворяется в горячей воде;

·        Стабильность: стабильный, горючий материал. Несовместим с сильными основаниями, сильными окислителями;

·        Внешний вид: белые кристаллы или порошок.

Синтез [13]:

Пара-хлорбензойная кислота является ценным продуктом для получения гербицидов, термостойких смол, фармакологических препаратов и т.д.

Известен способ получения хлорбензойных кислот путем окисления алкилхлорбензолов кислородом воздуха при температуре 50-250°C в присутствии катализатора солей кобальта в среде низшей карбоновой кислоты, к примеру, масляной, с добавкой масляного альдегида. Получают продукт с выходом более 80% от теории.

При осуществлении известного способа необходимо применять кроме катализатора большое количество иных добавок.

С целью упрощения процесса согласно предлагаемому способу п-хлортолуол подвергают жидкофазному окислению молекулярным кислородом в присутствии в качестве катализатора ацетата трехвалентного хрома. Процесс ведут преимущественно при 130-150°C и количестве катализатора 0,02-0,4% от веса исходного углеводорода. Выход продукта достигает 70% на прореагировавший п-хлортолуол.

4-метилбензойная кислота

Химическая формула:

Физико-химические свойства: [10]

·        Плотность:  1,06 г/см³;

·        Точка кипения: 274°C;

·        Точка плавления: 179-181°C;

·        Температура вспышки: 143°C;

·        Способ хранения: хранят в хорошо укупоренном контейнере;

·        Растворимость: малорастворима в воде, растворима в кипящей воде, легкорастворима в 96 % спирте и в жирных маслах;

·        Стабильность: обладает более выраженной термо- и фото стабильностью, устойчив на воздухе;

·        Внешний вид: представляет собой белое твердое вещество, игольчатые кристаллы.

Синтез [14]:

Известен способ получения п-толуиловой кислоты путем окисления п-ксилола кислородом воздуха в присутствии катализатора при давлении 1 атм.

Также предложен способ получения п-толуиловой кислоты окислением п-ксилола в пене, который заключается  в том, что с целью интенсификации процесса, улучшения качества полученного продукта и перевода процесса на непрерывный, окисление ведут в пенном режиме при кратности вспенивания, равной два, в колонке с перфорированной решеткой и штуцерами для непрерывного ввода шихты и отбора оксидата. Процесс проводят в присутствии катализатора (соль кобальта).

2-аминобензойная кислота

Химическая формула:

Физико-химические свойства [10]:

·        Плотность: 1,412 г/см³;

·        Точка кипения: 200°C;

·        Точка плавления: 146-148°C;

·        Температура вспышки: 150°C;

·        Способ хранения: хранят в хорошо укупоренном контейнере.  Рекомендуемая температура хранения: 2 - 8°C. Следует избегать: свет, пылеобразование, воздействие воздуха;

·        Растворимость: относительно плохо растворяется в холодной воде и хорошо растворяется в кипящей воде и спирте; менее растворима в эфире, легко растворима в щелочах;

·        Стабильность: стабильна при нормальных температурах и давлениях. Может обесцвечиваться под воздействием света. Воздухо- и светочувствительная;

·        Внешний вид: представляет собой белый кристаллический порошок; при длительном хранении под влиянием воздуха и света эти кристаллы приобретают желтоватую окраску и имеет сладковатый вкус.

Синтез [15]:

Используется в производстве азокрасителей и полупродуктов для тиоиндигоидных красителей.

Исходным продуктом для получения антраниловой кислоты является фталевый ангидрид. Действием аммиака на фталевый ангидрид получают аммонийную соль фталаминовой кислоты:

При взаимодействии аммонийной соли фталаминовой кислоты с фталевым ангидридом м едким натром получается натриевая соль фталаминовой кислоты:

Окисление натриевой соли фталаминовой кислоты проводят с помощью раствора гипохлорита натрия в присутствии едкого натра:

2-меркаптобензойная кислота

Химическая формула:

Физико-химические свойства [10]:

·        Плотность: 1,49 г/см³;

·        Точка кипения: 288,6°C;

·        Точка плавления: 162-169°C;

·        Температура вспышки: 150°C;

·        Способ хранения: в сухом месте при температуре не выше 25°С;

·        Растворимость: не растворяется в воде, но растворяется в спирте и эфире;

·        Стабильность: стабилен при комнатной температуре в закрытой таре

при нормальных условиях использования и хранения;

·        Внешний вид:  твердое вещество бледно-желтого цвета.

Синтез [16]:

Основной метод синтеза тиосалициловой кислоты - диазотирование антраниловой кислоты с последующим замещением диазогруппы в условиях реакцииции Зандмейера и восстановлением образовавшегося дисульфида:

Тиосалициловую кислоту получают также нагреванием o-галогенбензойных кислот с NaSH в присутствии Сu.

4-гидроксибензойная кислота

Химическая формула:

Физико-химические свойства [10]:

·        Плотность: 1,46 г/см³;

·        Точка кипения: 336,2°C;

·        Точка плавления: 214-217°C;

·        Температура вспышки: 199°C;

·        Способ хранения: хранить в прохладном, сухом, прохладном месте.

Хранить контейнер закрытым, когда он не используется;

·        Растворимость: растворим в спирте, эфире, ацетоне. Слабо растворим в

хлороформе и воде;

·        Стабильность: стабилен при нормальных температурах и давлениях;

·        Внешний вид:  представляет собой твёрдое вещество, белые или бежевые кристаллы.

Синтез [17]:

В промышленности моногидроксибензойные кислоты получают главным образом карбоксилированием фенолятов диоксидом углерода  посредством реакции Кольбе-Шмитта. Применение фенолятов натрия и лития дает в качестве основного продукта салициловую кислоту, при использовании же фенолята калия получают пара-гидроксибензойную кислоту:

4-йодбензойная кислота

Химическая формула:

Физико-химические свойства [10]:

·        Плотность: 2,25 г/см³;

·        Точка кипения: 318,5°C;

·        Точка плавления: 270-273°C;

·        Температура вспышки: 146,4°C;

·        Способ хранения: хранить в сухом, прохладном месте. Хранить контейнер закрытым, когда он не используется;

·        Растворимость: малорастворим в воде, но хорошо растворим в  полярных растворителях;

·        Стабильность: стабилен при нормальных температурах и давлениях;

·        Внешний вид: представляет собой твердое кристаллическое вещество.

Синтез [18]:

Известен способ получения 4-йодбензойной кислоты, меченной радиоизотопами йода, основанный на реакции изотопного обмена п-йодбензойной кислоты с йодистым натрием, меченный йодом-131, в водной среде в запаянной стеклянной трубке при 250°C. Реакционную смесь нагревают около 12 часов. Выход радиоактивного продукта по активности достигает только 25%. Для выделения конечного продукта используют центрифугированием.

Однако такой способ непригоден для работы с большими активностями порядка 50-100 мк. К тому же, выход конечного продукта по активности невелик.

Для увеличения изотопного обмена предлагается реакцию проводить в растворе тетрагидрофурана при температуре кипения растворителя (66°C) в присутствии однохлористой меди в качестве катализатора. При кипячении реакционной смеси в течение 4 часов изотопный обмен достигает 75-80%. Без однохлористой меди в этих же условиях изотопный обмен независимо от времени нагревания не превышает 8%.

Реакцию можно представить следующей схемой:

2-фторбензойная кислота

Химическая формула:

Физико-химические свойства [10]:

·        Плотность: 1,319 г/см³;

·        Точка кипения: 253,7°C;

·        Точка плавления: 122-126°C;

·        Температура вспышки: 107,2°C;

·        Способ хранения: хранить в плотно закрытом контейнере. Хранить в прохладном, сухом, хорошо проветриваемом помещении, вдали от несовместимых веществ;

·        Растворимость: очень хорошо растворим в воде;

·        Стабильность: стабилен при комнатной температуре в закрытой таре при нормальных условиях использования и хранения;

·        Внешний вид: белый кристаллический порошок.

Синтез [19]:

Изобретение относится к способам получения о-фторбензойной кислоты промежуточного продукта в органическом синтезе и в производстве нового лекарственного средства галонал, рекомендованного к медицинскому использованию и промышленному выпуску в качестве противосудорожного препарата.

Известен способ получения о-фторбензойной кислоты действием н-бутиллития (С₄Н₃Li) при -50 °C на фторбензол (C₆H₅F) в тетрагидрофуране с последующим карбоксилированием литий-фторбензола. Недостатком данного метода является не высокая температура проведения реакции и использование труднодоступного для промышленного освоения сырья.

Известен способ получения о-фторбензойной кислоты диазотированием хлоргидрата или борфторида о-аминобензойной кислоты раствором нитрита натрия (NaNO₂) и последующим разложением промежуточной соли диазония медным порошком или однохлористой медью (Cu₂Cl₂). Недостатком данного метода является то, что в результате реакции получается смесь о-фтор- и о-хлорзамещенных бензойных кислот.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ получения о-фторбензойной кислоты, заключающийся в следующем. Суспензию о-аминобензойной кислоты в растворе соляной кислоты охлаждают до -5°C и диазотируют водным раствором нитрита натрия. К полученному раствору соли диазония при -5°C и энергичном перемешивании приливают гексафторфосфорную кислоту (HPF₆) (40%-ный избыток). Реакция экзотермична, поэтому смесь охлаждают до -5°C, образовавшуюся соль отфильтровывают, промывают водой и высушивают на воздухе при комнатной температуре. Температура разложения соли диазония 129°C. Порции соли диазония по 20 г разлагают в 100 мл ксилола в круглодонной колбе с обратным холодильником, нагревая на масляной бане при 125 °C до прекращения выделения газа. Смесь охлаждают, о-фторбензойную кислоту извлекают 5% -ным раствором бикарбоната натрия, обрабатывают норитом, отфильтровывают, смешивают с льдом и концентрированной соляной кислотой, о-фторбензойная кислота выпадает в осадок. После перекристаллизации из смеси петролейного эфира и хлороформа получают чистую о-фторбензойную кислоту с температурой плавления 124-125°C. Изобретение позволяет упростить способ получения о-фторбензойной кислоты, повысить выход целевого продукта на 10-15% сократить время проведения процесса до 20-25 ч. Смесь охлаждают, о-фторбензойную кислоту извлекают 10%-ным раствором бикарбоната натрия с последующим осаждением ее соляной кислотой. Выпавший осадок о-фторбензойной кислоты отфильтровывают, сушат. Выход продукта 58,3%

2,6-дифторбензойная кислота

Химическая формула:

Физико-химические свойства [10]:

·        Плотность: 1,432 г/см³;

·        Точка кипения: 231°C;

·        Точка плавления: 156-160°C;

·        Температура вспышки: 93,5°C;

·        Способ хранения: хранят в хорошо укупоренном контейнере при температуре 0-6°C;

·        Растворимость: хорошо растворим в воде;

·        Стабильность: стабилен при комнатной температуре в закрытой таре при нормальных условиях использования и хранения;

·        Внешний вид: Кристаллический порошок от белого до светло-желтого цвета.

Синтез:

Окисление аренов в кислой среде:

2-метилбензойная кислота

Химическая формула:

Физико-химические свойства [10]:

·        Плотность: 1,062 г/см³;

·        Точка кипения: 258°C;

·        Точка плавления: 107°C;

·        Температура вспышки: данные отсутствуют;

·        Способа хранения: хранить в плотно закрытом контейнере. Хранить в прохладном, сухом, хорошо проветриваемом помещении, вдали от несовместимых веществ;

·        Растворимость: хорошо растворим в этаноле, диэтиловом эфире, ацетоне, хлороформе, плохо — в воде;

·        Стабильность: стабильная;

·        Внешний вид: игольчатое кристаллическое твердое вещество от белого до слегка желтоватого оттенка.

Синтез [20]:

Получают толуиловые кислоты окислением ксилолов (или метилизопропилбензолов) под действием азотной кислоты, оксида хрома (III), перманганата калия, карбоксилированием соответствующих реактивов Гриньяра, цианированием солей диазония.

[1]

2-хлорбензойная кислота

Химическая формула:

Физико-химические свойства [10]:

·        Плотность: 1,544 г/см³;

·        Точка кипения: 285°C;

·        Точка плавления: 139 - 143°C;

·        Температура вспышки: 173°C;

·        Способ хранения: хранить в плотно закрытом контейнере, в прохладном, сухом, хорошо проветриваемом помещении, вдали от несовместимых веществ;

·        Растворимость: растворяется в горячей воде;

·        Стабильность: стабильный, горючий материал. Несовместим с сильными основаниями, сильными окислителями;

·        Внешний вид: твердое кристаллическое вещество от белого до бежевого цвета.

Синтез:

Известен метод получения 2-хлорбензойной кислоты окислением о-хлортолуола перманганатом калия (КMnO₄) при нагревании в водной среде с последующим выделением о-хлорбензойной кислоты подкислением соляной или серной кислотами [11]:

По этому методу выход продукта составляет 74-78% от теоретического, температура плавления после перекристаллизации из толуола 139-140°C. Недостатками этого способа являются не высокий выход и дорогие реагенты.

Второй способ: замещение диазогруппы на Cl, Br, CN и CNS (реакция Зандмейера). Осуществляется путем разложения соли диазония в присутствии соответствующих координационных соединений меди(I) ([CuCl₄]^3-, [CuBr₄]^3-, [Cu(CN)₄]^-, [Cu(CNS)₄]^3-):

1.5 Компьютерное предсказание биологической активности

в программе Pass Online.

Эмпирический путь исследования биологической активности у химических соединений малоэффективен.

Компьютерные методы дизайна лекарств позволяют практически всегда ограничить пространство исследования сравнительно небольшим числом мишеней (видов биологической активности).

PASS является открытой системой. Пользователь может добавлять дополнительные вещества в имеющуюся обучающую выборку или создавать ее заново и проводить процедуру переобучения системы.

С 2000 года функционирует веб-сервис, позволяющий зарегистрированным пользователям получать прогноз спектра биологической активности на основе структурной формулы химического соединения через Интернет (http://pharmaexpert.ru/passonline). Независимыми (от разработчиков PASS) авторами опубликовано свыше 40 статей, в которых для соединений из разных химических классов, обладающих различными видами биологической активности, компьютерный прогноз был подтвержден в последующих экспериментальных исследованиях.

В качестве входной информации в программе PASS используется информация о структурной формуле молекулы, представленная в виде файла в формате Molfile, либо в виде файла в формате SDfile – для выборки структур.

В качестве выходной информации пользователь получает список прогнозируемых видов активности с оценками вероятности наличия каждого вида активности Pa и вероятности отсутствия каждого вида активности Pi, которые могут принимать значения в диапазоне от нуля до единицы.

ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Компьютерное предсказание биологической активности полученных соединений

С помощью программы PASS был проведен анализ на биологическую активность производных бензойной кислоты. Результаты приведены в таблицах 1- 10. В таблицах приведены данные для различных видов активности с вероятностью Ра > 80%.

Таблица 2. 4-Метилбензойная кислота

Таблица 3. 2-аминобензойная кислота

Таблица 4. 2-меркаптобензойная кислота

Таблица 5. 4-гидроксибензойная кислота

Таблица 6. 4-йодбензойная кислота

Таблица 7. 2-фторбензойная кислота

Таблица 8. 2,6-дифторбензойная кислота

Таблица 9. 2-метилбензойная кислота

Таблица 10. 2-хлорбензойная кислота

2.2 Определение фунгицидной активности производных бензойной кислоты

2.2.1 Методика анализа фунгистатической активности

Для анализа веществ на фунгицидную активность были выбраны производные бензойной кислоты: 4-хлорбензойная, 4-метилбензойная, 2-аминобензойная, 2-меркаптобензойная, 4-гидроксибензойная, 4-йодбензойная, 2-фторбензойная, 2,6-дифторбензойная, 2-метилбензойная и 2-хлорбензойная кислоты.

Исследуемые вещества были протестированы на фунгицидную активность in vitro на семи грибах-фитопатогенах из различных таксономических групп:

- Fusarium moniliforme (штамм 100146) – возбудитель фузариозов зерновых колосовых культур;

- Fusarium oxysporum (штамм FO-8) – возбудитель фузариозов различных растений, в частности, фузариозного увядания картофеля, корнееда сахарной свеклы;

- Sclerotinia scltrotiorum (штамм 10033) – возбудитель белой гнили кукурузы и других культур;

- Venturia inaequalis (штамм МоЯ-16-2) – возбудитель парши яблони;

- Rhizoctonia solani (штамм 100063) – возбудитель ризоктониозной корневой гнили пшеницы, черной парши (ризоктониоза) картофеля, корнееда сахарной свеклы;

- Altemaria alternate – возбудитель, вызывающий пятнистость листьев; 

- Bipolaris sorokiniana (штамм К_рД-81) – возбудитель широкого спектра заболеваний злаковых. Вызывает заболевание корневых гнилей.

Таким образом, был охвачен широкий спектр возбудителей сельскохозяйственных культур, которые наиболее распространены в центральном регионе России.

Радиальный рост мицелия определяли по методике, в соответствии с  которой был осуществлен посев грибковых культур в питательных средах с добавлением исследуемых веществ. Параллельно проводился контрольный опыт в водной среде. Рост мицелиев контролировался замерами на 3, 5 и 7 сутки, поскольку скорость роста исследуемых культур заметно различались в разные сроки.

Через 72 часа, после посева, с помощью прозрачной линейки, приложив к дну чашки Петри, измеряют наименьший диаметр мицелия в каждой из трех зон. Такие же замеры проводились на 5 и 7 сутки (через 120 и 168 часов соответственно). Результаты записывают в журнал.

Расчет процента подавления роста мицелия вычисляли по формуле Эббота (1):

                                                                      (1)

Где Т- ингибирование (торможение, подавление) роста мицелия гриба по сравнению с контролем, %;

Д_к – диаметр колоний гриба в контрольной среде;

Д_оп – диаметр колоний гриба в среде с исследуемым веществом.

Итоговые результаты процента ингибирования (с точностью до целых значений) вносят также в другой сводный журнал фунгицидных испытаний.

2.2.2 Фунгицидная активность производных бензойной кислоты

на 3, 5 и 7 сутки

Данные по фунгицидной активности представлены в таблицах 11-16.

Фунгицидная активность производных бензойной кислоты на 3-и сутки.

Таблица 11

Фунгицидная активность образцов тестируемых веществ.

Процент подавления роста мицелия на 3-и сутки.

Таблица 12

Фунгицидная активность производных бензойной кислоты на 5-е сутки.

Таблица 13

Фунгицидная активность образцов тестируемых веществ.

Процент подавления роста мицелия на 5-е сутки.

Таблица 14

Фунгицидная активность производных бензойной кислоты на 7-е сутки

Таблица 15