ТЕТРАГИДРАТ(+)ГИДРОТАРТРАТА(+)ЦИС-[2S,5R-1,5-ДИМЕТИЛ-2-(1-ОКСИ-3-ПРОПИЛ)]- ПИРРОЛИДИНИЯ, ПРОЯВЛЯЮЩИЙ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКУЮ И РОСТОРЕГУЛИРУЮЩУЮ АКТИВНОСТЬ

Название	ТЕТРАГИДРАТ(+)ГИДРОТАРТРАТА(+)ЦИС-[2S,5R-1,5-ДИМЕТИЛ-2-(1-ОКСИ-3-ПРОПИЛ)]- ПИРРОЛИДИНИЯ, ПРОЯВЛЯЮЩИЙ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКУЮ И РОСТОРЕГУЛИРУЮЩУЮ АКТИВНОСТЬ
Разработчик (Авторы)	Норицина М.В., Клочкова И.Н., Суслова Т.А., Барадачева В.М., Лобачев Ю.В., Ткаченко О.В., Дьячук Т.И., Семенова Н.Н., Титов В.Н.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2186768
Дата регистрации	12.02.2001
Правообладатель	Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И.Вавилова
Область применения (класс МПК)	C07D 207/08 (2000.01) A01N 43/36 (2000.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

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), [α] 

= +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 (ν_OH); 2980-2840 см^-1 (ν_CH); 2730-2500 см^-1 (ν 

). Имеется интенсивное поглощение в области 1720-1700 см^-1 (ν_C=O); 1660-1550 см^-1 (ν_OCO); 1310, 1140, 1075 см^-1 (δ_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 ε 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.

Изобретение "ТЕТРАГИДРАТ(+)ГИДРОТАРТРАТА(+)ЦИС-[2S,5R-1,5-ДИМЕТИЛ-2-(1-ОКСИ-3-ПРОПИЛ)]- ПИРРОЛИДИНИЯ, ПРОЯВЛЯЮЩИЙ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКУЮ И РОСТОРЕГУЛИРУЮЩУЮ АКТИВНОСТЬ" (Норицина М.В., Клочкова И.Н., Суслова Т.А., Барадачева В.М., Лобачев Ю.В., Ткаченко О.В., Дьячук Т.И., Семенова Н.Н., Титов В.Н.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога