2-(1Н-БЕНЗИМИДАЗОЛ-2-ИЛ)-5'-НИТРОБЕНЗОЙНАЯ КИСЛОТА - АНТИДОТ ГЕРБИЦИДА ГОРМОНАЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ 2,4-ДИХЛОРФЕНОКСИУКСУСНОЙ КИСЛОТЫ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
2-(1N-BENZIMIDAZOL-2-YL)-5'-NITROBENZOIC ACID-ANTIDOTE OF HORMONIC ACTION HERBICIDE OF 2,4-DICHLORPHENOXYACETIC ACID AND METHOD OF ITS OBTAINING

Изобретение относится к новому биологически активному соединению - 2-(1Н-бензимидазол-2-ил)-5'-нитробензойной кислоте формулы 1, защищающему проростки и вегетирующие растения подсолнечника от отрицательного действия гербицида 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д), и способу его получения.
Соединение 1, его химические и биологические свойства в литературе не описаны.
Известны вещества - антидоты, обладающие способностью ослаблять токсическое действие гербицидов на сельскохозяйственные культуры. Антидоты усиливают метаболическую детоксикацию герибцида в растении, в частности, за счет повышения активности глутатион-S-трансферазной системы. Они вносятся в почву отдельно и совместно с гербицидами, или используются для предпосевной обработки семян [Стрелков В.Д. Поиск новых регуляторов роста растений и гербицидных антидотов. // Актуальные вопросы биологизации растений. Пущино, 2000. - С.152-155; Гилязетдинов Ш.Я., Узянбаев А.Х., Лукьянов С.А., Мухутдинов Ф.Г. Исследование росторегулирующей и протекторной активности иммуностимуляторов в смеси с гербицидами. // Создание высокопродуктивных агроэкосистем на основе новой парадигмы природопользования: Сб. докл. науч.-прак. конф. Уфа, 2001, С.372-378].
Антидотной активностью по отношению к 2,4-Д обладает препарат 2-n-(аминобензолсульфамидо)-5-этил-1,3,4-тиадиазол (этазол), являющийся аналогом по свойствам [Патент №2040898 РФ. Антидот гербицида гормонального действия 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты на вегетирующих растениях подсолнечника / В.Д. Стрелков, Л.И. Исакова, М.И. Калита, Л.Н. Литвинова, Т.И. Чубенко // Б.И., №22, 46(1995)] и имеющий структурную формулу 2.
Аналогом по структуре заявленного соединения является 2-(1Н-бензимидазол-2-ил)бензойная кислота [2-(2-карбоксифенил)бензимидазол] формулы 3 [В.В. Лясковский, З.В. Войтенко, А.В. Ковтуненко. 11Н-Изоиндоло[2,1-a]бензимидазолы. // ХГС, №3, 323-351 (2007)]; [Christopher J. Perry. A new kinetic model for the asid-catalysed reactions of N-(2-aminophenyl)phthalamic acid in aqueous media. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2: Physical Organic Chem.; 5; 1997; 977]; [A. Bistrzycki Ueber die Einwirkung von o-Diaminen auf o-Aldehydobenzoesauren. // Chem. Ber., 1891; Bd. 24; S.627-630].
Сведения об антидотной активности аналога по структуре в литературе отсутствуют.
Способ получения 2-(1Н-бензимидазол-2-ил)бензойной кислоты [2-(2-карбоксифенил)бензимидазола] (3) состоит в кипячении в метаноле эквимолярных количеств о-фенилендиамина (о-ФДА) и 2-формилбензойной кислоты (в присутствии каталитических количеств уксусной кислоты) в течение 3-х ч. Продукт концентрируют, фильтруют и перекристаллизовывают из этанола, выход 89%. [Sh.N. Khattab., Y.H. Seham, A. EL-Faham, A.M. EL-Massry, A. Amer. Reaction of Phthalaldehydic Acid with Diffirent Substituted Aniline as well as Hidrazine Derivatives. // J. Heterocyclic Chem., vol.44, pp.617-626.]. Окончательная структура соединения 3 установлена в работе [Л.Ю. Ухин, Л.Г. Кузьмина, Л.В. Белоусова, Е.Н. Шепеленко. о-Формилбензойная кислота в синтезе производных бензимидазола. // Тез. докл. на второй междунар. Научной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений», Железноводск, 2011, с.241];
Представленный способ получения аналога по структуре (соединение 3) является способом-аналогом.
Техническим результатом изобретения является синтез нового соединения в ряду 2-замещенных бензимидазолов - антидотов гербицида гормонального действия 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты - с целью расширения ассортимента веществ подобного назначения и упрощения способа их получения.
Технический результат достигается тем, что 2-(1Н-бензимидазол-2-ил)-5'-нитробензойная кислота формулы 1 обладает антидотными свойствами гербицидов гормонального действия 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты для защиты проростков и вегетирующих растений подсолнечника, что приводит к увеличению урожайности семян подсолнечника.
В способе получения 2-(1Н-бензимидазол-2-ил)-5'-нитробензойной кислоты формулы 1, о-ФДА подвергают взаимодействию с 2-формил-5-нитробензойной кислотой 4 в соотношении 1:1 в уксусной кислоте при комнатной температуре.
Хотя указанное взаимодействие протекает как последовательность реакций образования моноимина А с последующей гетероциклизацией в бензимидазолин Б и реакции дегидрирования, характерных для взаимодействий о-ФДА с оксосоединениями [К.Н. Зеленин, И.В. Украинцев, В.В. Алексеев. Интермедиаты реакции о-фенилендиамина с карбонильными соединениями и их последующие превращения. // ХГС, 363, 1998], выделить промежуточные продукты А и Б в данных условиях не удается. За ходом реакции следили методом ТСХ (пластины Silufol UV-254, система бензол-спирт (4:1), проявитель - пары йода).
6
Соединение 1 идентифицировано по совокупности данных элементного анализа, ИК- и ПМР-спектроскопии и масс-спектрометрии. ИК-спектры записаны в вазелиновом масле, спектры ПМР - в растворе ДМСО-d.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Изучение антидотной активности 2-(1Н-бензимидазол-2-ил)-5'-нитробензойной кислоты 1.
-3
-2
-3
-4
-5
Испытания соединения 1 на антидотную активность к 2,4-Д проводились на подсолнечнике сорта "Мастер" в лабораторных и полевых условиях. При лабораторных исследованиях проросшие семена подсолнечника с длиной зародышевого корешка 2-4 мм помещают на 1 ч в раствор 2,4-дихлоруксусной кислоты в концентрации 10% в расчете получения 40-60% ингибирования роста гипокотиля (эталон сравнения). После гербицидного воздействия проростки промывают водой и помещают в раствор испытываемого соединения 1 в концентрациях 10, 10, 10, 10% (вариант гербицид + антидот). Спустя 1 час семена промывают водой и раскладывают на полосы фильтровальной бумаги (10×75 см) по 20 штук, которые сворачивают в рулоны и помещают в стаканы с водой (~50 мл). Дальнейшее проращивание проводят в термостате в течение 3-х суток при t=28°C. Затем измеряют длину гипокотиля и корня проростков подсолнечника. Одновременно проводят испытания аналога по свойствам 2-n-(аминобензолсульфамидо)-5-этил-1,3,4-тиодиазола (2). Контролем служат необработанные семена.
Антидотную активность оценивают по увеличению длины корня и гипокотиля проростков в варианте гербицид + антидот в сравнении с гербицидным вариантом (эталон).
Полученные данные статистически обработаны с использованием t-критерия Стьюдента.
-3
-5
-2
-5
Результаты испытаний представлены в таблицах 1, 2. Соединение 1 при концентрации 10 увеличивает длину гипокотиля на 14%, а при концентрации 10 - на 19%. При антидотных концентрациях 10 и 10 испытываемое вещество увеличивает длину корня на 20% и 36% соответственно по сравнению с эталоном.
Аналог по свойствам увеличивает длину гипокотиля на 5-8%, а корня от 9 до 14%.
Полевые испытания соединения 1 на антидотную активность к 2,4-Д осуществлялись на экспериментальном поле ВНИИБЗР.
Растения подсолнечника сорта "Мастер" в фазу 10-16 листьев обрабатывают гербицидом 2,4-Д в дозе 12 г/га и через сутки наносят антидот (соединение 1) в дозе 200 г/га при расходе рабочей жидкости 500 л/га. Аналогично испытывают аналог по свойствам - тиодиазол 2.
В опыте предусматривались следующие варианты:
- гербицид + антидот - растения, обработанные гербицидом и через 1 сутки антидотом;
- гербицид (эталон) - растения, обработанные гербицидом;
- контроль - необработанные растения.
2
Опыты проводили на делянках площадью 3 м, повторность пятикратная. Уборку урожая подсолнечника осуществляли в момент полного созревания семян. Антидотный (защитный) эффект определяли по увеличению урожая семян подсолнечника в варианте гербицид + антидот относительно гербицидного варианта, который принимали за эталон.
Результаты испытаний представлены в таблице 3, откуда следует, что прибавка урожайности подсолнечника при применении антидота (соединение 1) составляет 14%, по отношению к эталону, а применение аналога по свойствам - 10%.
Поскольку предлагаемое соединение 1 снижает токсичность гербицида 2,4-Д для подсолнечника, то это позволяет без вреда для урожайности культурных растений использовать максимальную дозу наземного гербицида в присутствии соответствующего антидота [Исакова Л.И. Повышение безопасности гербицидов для культурных растений (зарубежный опыт). // Агропромышленное производство: опыт, проблемы и тенденции развития. 1988. №1. с.35-44].
Пример 2. Получение 2-(1Н-бензимидазол-2-ил)-5'-нитробензойной кислоты. (1, табл.4).
Вариант 1a. Смесь 0,78 г (0,004 моль) 5-нитро-2-формилбензойной кислоты (4) и 0,432 г (0,004 моль) о-ФДА в 5-7 мл ледяной уксусной кислоты перемешивают при комнатной температуре (18-20°С) в течение 1,5 ч. По окончании реакции (контроль ТСХ), образовавшийся осадок отфильтровывают, перекристаллизовывают из диметилформамида, промывают водой, сушат. Выход продукта - 0,92 г (81%).
Температура плавления 290-293°С.
14
9
3
4
Найдено, %: С 59,22; Н 3,30; N 14,95; CHNO;
Вычислено, %: С 59,36; Н 3,18; N 14,84.
Соединение 1 и в твердом состоянии и в растворе находится в цвит-тер-ионной форме, что подтверждается спектральными данными.
-1
+
-
2
ИК-спектр (вазелиновое масло, ν, см): 2000....1800 (NH); 1610 (COO); 1526, 1358 (NO).
1
3
3
3
4
4
3
4
6
6,7
5,6
4,5
5,7
4,6
3',4'
4',6'
Спектр ЯМР H (DMSO-d; * δ, м.д., J, Гц): 7,27 (1Н, д.д., Н-7); 7,29 (1Н, д.д., Н-4); 7,64 (1Н, д.д., Н-6); 7,66 (1Н, д.д., Н-5, J=J=J=6,0; J=J=3,0); 8,12 (1Н, д.д., Н-4', J=7,0; J=2,4); 8,52 (2Н, м, Н-3'+Н-6').
+
Масс-спектр, m/z: M(265).
Из экспериментального материала по получению продукта 1 видно, что оптимальным вариантом его синтеза является вариант 1а (табл.4). Изменение температурного режима, времени реакции или соотношения реагентов нецелесообразно, поскольку ведет к снижению выхода целевого продукта.
Предлагаемый способ получения соединения 1 прост в исполнении. Преимуществом данного способа является не трудоемкость процесса и его технологичность: использование уксусной кислоты в качестве растворителя и катализатора, проведение реакции при комнатной температуре и сокращение времени ее проведения, что выгодно отличает его от способа-аналога.
Таблица 3.
Антидотная активность 2-(1Н-бензимидазол-2-ил)-5'-нитробензойной кислоты (1) и аналога по свойствам к 2,4-Д (2) на подсолнечнике сорта "Мастер" в полевых испытаниях.
Антидот
Вариант опыта
контроль
2,4-Д (эталон)
2,4-Д+антидот
урожайность, ц/га
урожайность, ц/га
урожайность, ц/га
Антидотная активность, прибавка к эталону
ц/га
%
1
43,4
15,3
17,5
2,2
14
Аналог (2)
37.1
17,0
18,7
1,7
10
Таблица 4
Условия проведения синтеза соединения 1.
Пример
Соотношение исходных реагентов; о-ФДА:5-нитро-2-формилбензойная кислота
Температура, °С
Время, мин.
R<sub>f</sub> реакционной массы (бензол-спирт, 4:1)
Выход продукта, %
1а
1:1
18-20
90
0,07
81,0
1б
1:1
10-12
90
60,3
1в
1:1
40-45
90
55,2
1г
1:1,1
18-20
150
73,0