Тетрагидрат(+)гидротартрата(+)цис-[2s,5r-1,5-диметил-2-(1- окси-3-пропил)]- пирролидиния, проявляющий морфогенетическую и росторегулирующую активность

 

Описывается тетрагидрат (+)гидротартрата (+)цис-[2S, 5R-1,5-диметил-2-(1-окси-3-пропил)] -пирролидиния, проявляющий морфогенетическую и рострегулирующую активность. Технический результат заключается в увеличении длины колеоптилей проростков пшеницы, в регенерирующей способности каллусов мягкой пшеницы, а также в повышении урожайности и устойчивости к болезням ряда овощных культур. 12 табл.

Изобретение относится к новому химическому соединению, конкретно, к тетрагидрату (+) гидротартрата (+) цис-[2S, 5R-1,5-диметил-2-(1-окси-3-пропил)]-пирролидиния формулы I обладающему морфогенетической и росторегулирующей активностью.

Указанное соединение проявляет морфогенетическое и биостимулирующее действие.

Обнаруженная способность стимулировать регенерационную способность каллусов мягкой пшеницы, а также росторегулирующая активность в отношении томатов, капусты, перцев открытого и закрытого грунта, выражающаяся в усилении ростовых процессов, повышении урожайности и устойчивости данных культур к ряду заболеваний, позволяет предположить возможность применения заявляемого соединения в сельском хозяйстве в качестве регулятора роста.

Заявляемое соединение, его свойства и способ получения в литературе не описаны.

Известен способ получения гидротартрата цис-[5-метил-2-(1-окси-3-пропил)]пирролидиния II, являющегося аналогом данного соединения: проявляющего росторегулирующую активность [1 - Пат. РФ 2039041, МПК 6 С 07 D 207/208, опубл. 09.07.95].

Заявляемый объект I отличается от указанного аналога тем, что является оптически активным изомером, абсолютная конфигурация которого установлена методом рентгеноструктурного анализа. Заместитель в положении 2-пирролидинового цикла имеет S-, в положении 5-R-ориентацию. Аналог II является рацематом. По структуре соединение I отличается тем, что получено в виде соли по N-метилизированному третичному атому азота пирролидинового цикла, а аналог II - по вторичному NH-атому азота пирролидинового цикла. Кроме того, объект I в отличие от аналога II является кристаллогидратом.

Указанные различия в структуре соединений I и II приводят к появлению у заявляемого вещества нового вида биологического действия, а именно морфогенетической активности, а также более сильной биостимулирующей активности в отношении ряда овощных культур по сравнению с аналогом по структуре II.

Среди азотсодержащих органических соединений, обладающих росторегулирующей активностью в отношении овощных культур, прототипом предлагаемого изобретения является разрешенный к применению на территории Российской Федерации крезацин -триэтаноламмониевая соль ортокрезолуксусной кислоты [2 - Список пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации // Приложение к журналу "Защита и карантин растений", 2000, 3. - 303 с.]: Последний, так же как и заявляемый объект, является солью аминоспирта, содержащий третичный атом азота, однако он получен на основе токсичной, малоустойчивой в кислых средах орто-крезоксиуксусной кислоты, в то время как заявляемый объект получен на основе природной D-винной кислоты и доступного малотоксичного пирролидилалканола. Кроме того, прототип не проявляет морфогенетическую активность. Применение этого препарата требует, кроме пропитки семян, неоднократного полива растений в период вегетации, что приводит к ряду технических трудностей и экологических проблем.

Соединения, относящиеся к классу оптически активных тартратов оксиалкилпирролидиния, проявляющие росторегулирующую активность на овощных культурах, в литературе не описаны.

Технической задачей изобретения является поиск новых биологически активных солей пирролидиния, проявляющих морфогенетическую и росторегулирующую активность в отношении злаковых и овощных культур, малотоксичных и эффективных при низкой норме расхода.

Поставленная задача достигается новым оптически активным химическим соединением - тетрагидратом (+) гидротартрата (+) цис-[2S, 5К-1,5-диметил-2-(1-окси-3-пропил)]-пирролидиния формулы I.

Способ получения нового химического соединения I осуществляется по реакции между органическим основанием - цис-[1,5-диметил-2-(1-окси-3-пропил)] пирролидином и природной (+) винной кислотой в среде этанола при комнатной температуре.

Изобретение иллюстрируется примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Синтез тетрагидрата (+) гидротартрата (+) цис-[2S, 5R-1,5-диметил-2-(1 -окси-3-пропил)]-пирролидиния К раствору 15,7 г (0,1 моль) 3-[цис-(1,5-диметил-2-пирролидил)]-пропанола-1, полученного по методу [3 - Норицина М.В., Клочкова И.Н., Сорокин Н. Н. Насыщенные азотсодержащие гетероциклы. Синтез и исследование пространственных изомеров 3-(5-алкил-2-пирролидин)алканов // Химия гетероциклических соединений, 1984, 12, c. 1648-1651] в 100 мл этанола прикапывают при перемешивании горячий раствор 15 г (0,1 моль) (+) винной кислоты в 130 мл этанола и оставляют при комнатной температуре на 12 час, после чего отфильтровывают кристаллы левовращающего изомера. К фильтрату добавляют 35 мл эфира, через сутки кристаллы отфильтровывают, перекристаллизовывают трижды из этанола. Выход целевого продукта 10,2 г (53,8%), т. пл. 61-62^o (из этанола), []²⁰_{579(вода)}= +30. Найдено, %: С 41,3; Н 8,5; N 3,8. C₁₃Н₃₃NО₁₁.

Вычислено, % С 41,2; Н 8,7; N 3,7.

В ИК-спектре тетрагидрата I имеется широкая полоса в области 3600 - 2500 см^-1 с максимумами при 3500 см^-1 (H₂O); 3380-3320 см^-1 (_OH); 2980-2840 см^-1 (_CH); 2730-2500 см^-1 (⁺_NH). Имеется интенсивное поглощение в области 1720-1700 см^-1 (_C=O); 1660-1550 см^-1 (_OCO); 1310, 1140, 1075 см^-1 (_OH). Абсолютная конфигурация атомов углерода пирролидинового цикла определена однозначно с помощью рентгеноструктурного анализа на основе известной абсолютной конфигурации (+) винной кислоты, входящей в состав соли I. Асимметрические атомы углерода в тетрагидрате I имеют следующую конфигурацию: С₍₂₎ - S, С₍₅₎ - R.

Электронный спектр соединения I содержит полосу с максимом поглощения при 210 нм (lg 2,38), не меняющую положения максимума при стоянии в водном растворе.

Пример 2. Лабораторные исследования росторегулирующей активности
Опыты проводили на яровой мягкой пшенице сорта "Саратовская 29" и наборе изогенных по генам Rht 1, Rht 3, Rht 14 линий этого сорта. Rht гены уменьшают длину колеоптилей, а также снижают высоту растений пшеницы: ген Rht 1 на 12-27, ген Rht 3 на 48-72, а ген Rht 14 на 21-25% [4 - Лобачев Ю.В. Проявление генов низкорослости у яровых пшениц в Нижнем Поволжье / Под ред. В.А. Крупнова. Саратов: Сарат. гос. агр. ун-т, 2000. - 264 с.].

Перед исследованием по 25 зерен каждого генотипа дезинфицировали раствором 1%-ного перманганата калия 30 мин, затем раствором 3%-ной перекиси водорода 18 ч. После этого зерна выдерживали при температуре 3-5^oС двое суток, проращивание проводили в кюветах на фильтровальной бумаге на растворах веществ: гибберелловая кислота (ГК) в концентрации 50 мг/л, кинетин - 50 мг/л, 2,4-дихлоро-дифеноксиуксусная кислота (2,4-Д) - 10 мг/л, тетрагидрат I - 10 мг/л (в качестве контроля использовали дистиллированную воду) в темноте в термостате при температуре 18-20^oС в течение 10 дней. У полученных проростков измеряли длину колеоптиля. Эффекты действия веществ высчитывали по отношению к воде (контроль).

Данные опыта показывают, что тетрагидрат I обладает росторегулирующей активностью на уровне или выше гибберелловой кислоты, увеличивая длину колеоптилей проростков на 12,5-54,8% по отношению к контролю (табл.1).

Пример 3. Лабораторные исследования морфогенетической активности
Для исследования морфогенетической активности использовали метод соматического эмбриогенеза in vitro [5 - Scott K.J., He D.G., Yang Y.M. Somatic embriogenesis in wheat // Biotechnology in agriculture and forestry, 1990, v. 13, p. 46-62; 6 - Mathias R.J. Factors affecting the establishment of callus cultures in wheat // Biotechnology in agriculture and forestry, 1990, v. 13, p. 24-25].

Незрелые зерновки вычленяли из колосьев изогенной по гену Rht3 линии сорта яровой мягкой пшеницы "Саратовская 29" на 14-е сутки после цветения, стерилизовали 10%-ным раствором "Domestos" 15 мин, промывали стерильной дистиллированной водой. В асептических условиях вычленяли зародыши из зерновок и переносили по одному в пробирки с питательной средой для культивирования соматических тканей пшеницы. В качестве контроля использовали питательную среду Лисмайера-Скуга. В других вариантах опыта в среду Лисмайера-Скуга добавляли гормон кинетин, гидротартрат II и тетрагидрат I в количествах 0,5-10 мг/л. В каждом варианте закладывали по 120 пробирок, опыт повторяли трижды (1998-2000 гг.).

Культивирование осуществляли в темноте при температуре 25-28^oС. Анализ культур проводили на 30-е сутки. Подсчитывали количество эмбриогенных каллусов и каллусов с начавшимся процессом регенерации зеленых растений. Выход эмбриогенных каллусов высчитывали по отношению к количеству первоначальных эксплантов (в %) и выход регенерантов по отношению к количеству эмбриогенных каллусов (в %) (табл.2). Результаты опыта показывают, что тетрагидрат I не оказывает отрицательного влияния на выход эмбриогенного каллуса, но существенно стимулирует на 28-29% регенерационную способность каллусов мягкой пшеницы, т.е. обладает морфогенетической активностью.

Пример 4. Росторегулирующая активность тетрагидрата I и влияние на повышение устойчивости растений к заболеваниям в условиях открытого грунта
Опыты проводились в течение 5 лет (1996-2000 гг.) на томатах сортов "Волгоградский скороспелый 323", "Новичок", "Агата", на капусте белокочанной сорта "Подарок", на капусте брокколи сорта "Тонус", сладкого перца сорта "Ласточка".

Семена обрабатывались в течение 20 час растворами тетрагидрата I, гидротартрата II (аналога) в концентрации в весовых процентах 10^-4 или 1 мг/л [7 - В.Ф. Белик, Р.А. Кротова. Качество семян, способы предпосевной их подготовки // Сб. Овощеводство открытого грунта. - М.: Колос, 1984, c. 108]. В качестве контроля использовалась вода или раствор перманганата калия. Гидротартрат II использовался в качестве эталона, т.к. его росторегулирующая активность была установлена ранее [1]. Семена после замачивания в растворах исследуемых препаратов высевались в теплице для выращивания рассады. Рассада томатов высаживалась в открытый грунт через 46 дней, капусты - через 40 дней, перцев - через 60 дней после всходов. Повторность опытов 3-кратная. Размер учетных делянок для каждого образца в теплице 2 м², в открытом грунте 20 м², защитные зоны: 0,5 м в теплице, 1,5 м в открытом грунте. Для измерения и взвешивания рассады брали по 10 растений с каждой повторности.

Опыты в открытом грунте закладывались на черноземных почвах. Подготовка почвы включала лущение, зябевую вспашку на глубину 25-30 см, весеннее боронование, двукратную культивацию.

В период вегетации томатов было проведено 6-8 поливов, капусты и перцев -10-12. Учет урожая проводился со всех учетных делянок (табл.3-12). По мере созревания плодов учет выхода семян у томата и перца проводили путем выделения их из зрелых плодов, в период массового плодоношения.

Из табл.3 и 7 видно, что тетрагидрат I интенсифицирует процессы внутриклеточного синтеза, что сказывается на качестве рассады: формировании большей массы корней, надземной части, высоты и толщины стебля у томатов сортов "Волгоградский скороспелый 323" и "Агата".

Из табл. 4, 5, 6, 8, 10-12 видно, что во всех вариантах опытов предпосевная обработка семян тетрагидратом I в концентрации 10^-4% (1 мг/л) способствует увеличению общего урожая по сравнению с контролем на 6-63% и товарной урожайности на 4-52% за счет повышения устойчивости к заболеваниям. В случае томатов сорта "Агата" отмечено увеличение на 10,6 т/га раннего урожая при общей товарной урожайности 32,67 т/га, что составило 32,4% от общего урожая. В некоторых случаях наблюдается значительное увеличение массы плода (табл.8, 12).

Использование тетрагидрата I для выращивания томатов на семена привело к увеличению выхода семян на 9,4-26,2 кг/га (табл.5).

Из табл. 9 видно, что использование тетрагидрата I для выращивания томатов на семена дает условный чистый доход (в ценах 1999 г.) 137174 руб/га при уровне рентабельности 332%, что превосходит контроль и эталон на 76-114%.

Таким образом, в результате лабораторных опытов и мелкоделяночных испытаний в течение пяти лет (1996-2000 гг.) установлены преимущества тетрагидрата I перед аналогом гидротартратом II, а также прототипом крезацином, который применяется для пропитки семян и 3-4-кратного полива растений в период вегетации. Расход крезацина составляет до 5 кг/га, и при этом возникает ряд технических трудностей и экологических проблем. Кроме того, растворы этого препарата неустойчивы при хранении, особенно в кислых и основных средах [2].

Предлагаемый тетрагидрат применяется в низкой концентрации (10^-4%, 1 мг/л) только для предпосевной обработки семян, на что затрачивается препарата 50 мг/га, тетрагидрат устойчив в водных растворах, бесцветен, без запаха, малотоксичен (LD₅₀ ~ 1500 мг/кг массы животного при внутрибрюшинном введении в виде водного раствора).

Препарат в концентрации 10^-4%, интенсифицируя процессы внутриклеточного синтеза, приводит к формированию лучшей корневой системы и надземной массы рассады томатов, капусты, перцев, что обеспечивает быстрый рост и развитие растений после высадки их в открытый грунт и приводит, по сравнению с эталоном, к увеличению ранней, общей и товарной урожайности, повышению устойчивости растений к заболеваниям, повышению выхода семян и уровня рентабельности.

Способ получения заявляемого вещества препаративно прост, основан на использовании продуктов многотоннажного производства и фурфурола, имеющего ежегодно воспроизводящуюся сырьевую базу в виде отходов деревообрабатывающей промышленности и сельскохозяйственного производства.

Новый препарат расширяет арсенал высокоэффективных регуляторов роста, повышающих одновременно устойчивость растений к заболеваниям и проявляющих морфогенетическую активность в культуре тканей in vitro.

Формула изобретения

Тетрагидрат(+)гидротартрата(+)цис-[2S, 5R-1,5-диметил-2-(1-окси-3-пропил)]-пирролидиния формулы

проявляющий морфогенетическую и росторегулирующую активность.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12