Гидрохлорид 2-метил-4,4-ди( фенилэтил)-1,2-дигидро-4н-3,1- бензоксазиния, обладающий способностью активировать прорастание семян и повышать урожайность зерновых культур, и способ его получения

 

Изобретение относится к новому химическому, биологически активному соединению-гидрохлориду2-метил-4,4-ди(b-фенилэтил)-1,2-дигидро-4H-3,1-бензоксазиния формулы I, на основе которого может быть создан препарат, регулирующий жизнеспособность растений, повышающий их продуктивность и способ его получения.

Среди аналогов заявляемого соединения по структуре вещества с такими свойствами не известны. Способ получения соединения 1 предусматривает взаимодействие о-аминофенилди(β-фенилэтил) карбинола с избытком хлористого ацетила. Отличие предлагаемого способа от способа-прототипа заключается в одностадийности процесса. 2 с.п. ф-лы, 7 табл.

Изобретение относится к новому химическому биологически активному соединению формулы I, проявляющему свойства активатора прорастания семян зерновых культур и повышающему их урожайность.

Соединение формулы I, его химические и биологические свойства в литературе не описаны. Соединение I зарегистрировано ВНИИ по БИХС N 5784284 от 27.02.1984 г.

Известно применение гиббереллина, аналога по свойствам заявляемого соединения, как активатора прорастания семян пшеницы. Однако гиббереллин, являясь продуктом микробиологического синтеза, малодоступен. В растении вызывает нерациональную трату пластических веществ [Муромцев Г.С. Чкаников Д.И. и др. Основы химической регуляции роста и продуктивности растений, гл. 2. Гиббереллин. Москва, ВО "Агропромиздат", 1987, с. 33 80] Известно также применение гумата натрия как средства, повышающего урожайность сельскохозяйственных культур. Он широко применяется в практике сельского хозяйства, но на зерновых культурах молоэффективен [Немченко В.В. Рыбина Л. Д. Комплексная оценка эффективности в условиях Зауралья. в кн. Рабочее совещание по программе "Регуляторы роста и развития растений", М. 16 18 июля 1991, М. 1991. С.81] К аналогам по структуре заявляемого соединения могут быть отнесены соли 2-метил-4H-3,1-бензоксазиния: формулы II (s. Gabriel and Th. Poser. -Ber. 1984, N 27, S. 3515] формулы III [k. Anwes. Zur Kenutuiss des o-Amidobenzylalkonols und des Mathyl-phenpentoxarols. -Ber. Berlin, 1904, 37, S. 2249] Среди аналогов по структуре их росторегулирующая активность не описана.

Задачей предлагаемого изобретения является изыскание нового малотоксичного соединения в ряду солей 4H-3,1-бензоксазиния, перспективного в практике сельского хозяйства. Решение задачи достигается гидрохлоридом 2-метил-4,4-ди(β-фенилэтил)-1,2-дигидро-4H-3,1-бензоксазиния (I) новым, не описанным ранее соединением, повышающим урожайность зерновых культур.

Соединение формулы I получают взаимодействием О-аминофенил-ди(b-фенилэтил)карбинола с хлористым ацетилом.

Исходное вещество для получения соединения I - 0-аминофенил-ди(β-фенилэтил)карбинол получают с выходом до 65% из производимого отечественной промышленностью метилантранилата [Громачевская Е.В. Кульневич В.Г. Косулина Т. П. Пустоваров В.С. Исследование в области 4H-3,1-бензоксазинов. 2. Синтез 2,4-замещенных 1,2-дигидро-4H-3,1-бензоксазинов. Химия гетероцикл. соединений, 1988, N 6, с. 842-847]
Пример синтеза соединения I, его константы и спектральные характеристики приводятся во второй части описания изобретения.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Излучение рострегулирующих свойств гидрохлорида 2-метил-4,4-ди(b-фенилэтил)-1,2-дигидро-4H-3,1-бензоксазиния на семенах озимой пшеницы сорта "Зимдар"
Рострегулирующие свойства соединения формулы I изучали путем действия его на прорастание семян озимой пшеницы сорта "Зимдар" в лабораторных условиях. Препарат 1 и его аналог по расматриевым свойствам гиббереллин применяли путем предпосевного замачивания семян в течение 18 ч в 20 см³ воды (контроль) и в растворах препаратов, соответственно в каждом варианте.

Семена пшеницы обрабатывали водными растворами гиббереллина с массовой долей 0,001% препарата 1 с массовой долей 0,006, 0,001, 0,0004, 0,0002, 0,0001, 0,00006% Затем замоченные семена выкладывали на проращивание в чашки Петри на влажную фильтровальную бумагу. Повторность опыта 3-х кратная. На каждую повторность использовали по 50 штук семян. В ходе проращивания определяли высоту ростков, длину корней и их массу. Результаты исследований приведены в табл.1.

Обработка семян озимой пшеницы сорта "Зимдар" препаратом 1 в оптимальной стимулирующей дозе 0,0004% позволяет незначительно повысить всхожесть, увеличивает высоту ростков семидневных проростков на 19,23% масса которых изменяется несущественно, однако масса корней увеличивается на 51,14% что существенно превышает этот показатель в контрольном и обработанном гиббереллином вариантах. В дозе 0,0002% препарат 1 также оказывает существенное влияние на рост и накопление биомассы корневой системы проростков и повышает ее на 43,2% В дозах 0,001% и 0,0001% препарат менее эффективен, чем эталон, а в дозах 0,006% и 0,0006% он ингибирует ростовые процессы.

Использование препарата 1 в оптимальной стимулирующей дозе 0,0002-0,0004% позволит улучшить укоренение проростков семян озимой пшеницы, не изменяя существенно рост надземной части, и получить более жизнеспособные растения, что обуславливает и более высокий урожай зерна.

Пример 2. Изучение рострегулирующей активности гидрохлорида 2-метил-4,4-ди(b-фенилэтил)-1,2-дигидро-4H-3,1-бензоксазиния (I) на яровом ячмене сорта "Зерноградский 73".

Исследования действие препарата 1 на посевные качества семян и урожай зерна ярового ячменя сорта "Зерноградский 73". Семена ярового ячменя перед посевом обрабатывали 0,006%-ным водно-спиртовым раствором (5:1) соединения 1 (экспозиция семян 2 ч) и высевали на делянки площадью 50 м², повторность опытов четырехкратная. Расход раствора составил 1,5 дм³ на один центнер семян. В качестве контроля использовали семена, обработанные водой, и аналог по свойствам гумат натрия. Результаты исследований приведены в табл.2.

Под действием препарата улучшается прорастание семян, рост и развитие растений, возрастает площадь листовой поверхности, что обуславливает лучший налив зерна, чем на контроле. Препарат 1 увеличивает число продуктивных стеблей у растений, длину колоса, улучшает другие показатели структуры урожая, что позволяет повысить его на 5,4 ц/га (10,2%). По своей эффективности препарат 1 превосходит гумат натрия (табл.3).

Пример 3. Исследование действия гидрохлорида 2-метил-4,4-ди(b-фенилэтил)-1,2-дигидро-4H-3,1-бензоксазиния (I) на посевные качества сахарной кукурузы сорта "Заря".

Для изучения препарата (1) на посевные качества семян сахарной кукурузы сорта "Заря" семена в лабораторных условиях обрабатывали водными растворами в течение 18 ч в 20 см³ препарата 1 с массовой долей 0,006, 0,0001, 0,0004, 0,0002, 0,0001, 0,00006, 0,00001% Аналог по свойствам гиббереллин - был взят в виде водного 0,001%-ного раствора. Контрольные семена обрабатывали водой. Затем замоченные семена выкладывали на проращивание в чашки Петри на влажную фильтровальную бумагу. Повторность опыта трехкратная. На каждую повторность использовали по 50 штук семян. В ходе проращивания определяли высоту ростков, длину корней и их массу. Результаты исследований приведены в табл.4.

Препарат 1 оказался эффективным в оптимальной дозе 0,0001% и в большей мере, чем эталон, активировал рост корней, длина которых достоверно увеличилась на 32,43% и масса их на 28,8% высота ростков существенно на изменилась. В дозах 0,006-0,0004% препарат 1 ингибирует рост проростков.

Таким образом, применение препарата 1 в оптимальной активирующей рост дозе 0,0001% улучшает посевные качества семян кукурузы, активирует рост корневой системы, что позволяет получить более жизненные проростки и, как следствие, повысить урожай зерна.

Пример 4. Исследование действия гидрохлорида 2-метил-4,4-ди(b-фенилэтил)1,2-дигидро-4H-3,1-бензоксазиния (I) на рост и развитие растений кукурузы гибрида "Днепропетровский 460".

Изучали действие препарата 1 на рост, развитие растений кукурузы гибрид "Днепропетровский 460" и урожай зерна.

Семена кукурузы перед посевом обрабатывали 0,006%-ным водным спиртовым раствором (5:1) соединения 1, экспозиция семян 2 ч и затем высевали на делянки площадью 50 м², повторность опыта четырехкратная. Расход раствора составил 1,5 дм³ на один центнер семян. В качестве контроля использовали семена, обработанные водой, и аналог по свойствам гумат натрия. Результаты исследований приведены в табл.5 и 6.

Предпосевная обработка семян кукурузы 0,006%-ним водно-спиртовым раствором препарата 1 увеличивала высоту и существенно густоту стояния растений, площадь их листовой поверхности и превосходит по своей эффективности гумат натрия аналог по свойствам.

Под действием препарата 1 увеличилась длина початка, число зерен в початке и масса 1000 зерен.

Это обусловило увеличение урожая кукурузы на 14,1 ц/га (27,2%).

Пример 5. Исследование острой токсичности гидрохлорида 2-метил-4,4(b-фенилэтил)-1,2-дигидро-4H-3,1-бензоксазиния (I).

Экспериментальное исследование острой токсичности препарата 1 проведено на 50 белых крысах обоего пола весом 170-200 г. Вещество вводили внутрежелудочно на 1% крахмальном клейстере в дозах 500, 1000, 2000, 2500, и 3000 мг/кг.

После однократной острой затравки наблюдение за животными вели в течение двух суток. Во всех сериях опытов как среди опытных, так и среди контрольных животных гибели не наблюдалось. Общее состояние и поведение опытных и контрольных животных ничем не отличалось. Условия опыта позволяют считать, что ЛД₅₀ препарата 1 больше 3000 мг/кг. Это позволяет отнести препарат к классу малотоксичных веществ.

Обобщая примеры 1-5 можно заключить, что гидрохлорид 2-метил-4,4-ди(b-фенилэтил)-1,2-дигидро-4H-3,1-бензоксазиния (1), являясь малотоксичным соединением, в дозах 0,0001% 0,0002-0,0004% улучшает посевные качества кукурузы и озимой пшеницы, а в дозах 0,006% значительно увеличивает урожайность ярового ячменя и кукурузы в полевых условиях. Препарат более эффективен, чем его аналоги по свойствам -гиббереллин и гумат натрия. Все это обуславливает экономическую эффективность применения препарата при возделывании зерновых культур, в том числе озимой пшеницы, ярового ячменя и кукурузы.

В литературе известны способы получения солей 4H-3,1-бензоксазиния путем гетероциклизации о-аминобензиловых спиртов или галогенидов ацилирующими агентами в присутствии минеральных кислот.

[Weissberger A. Five-and six-membered compounds with hitroden and oxygen.-In: The Chemistry of Heterocyclic compounds, 1962, vol. 17, S. 341-366]
Известен синтез гидрохлорида 4H-3,1-бензксазиния (IV) из о-ацетата о-нитробензилового спирта. (K.Anwers. Zur Kenntniss des o-Amidobenzylalkohols und des-Methylpenpeutoxazols-Ber. Berlin, 1904, 37, S. 2249-2265]
Процесс состоит из следующих стадий:
1-я стадия: Восстановление нитро группы в исходном соединении с образованием о-ацетата о-аминобензилового спирта

2-я стадия: Перегруппировка о-ацетата о-аминобензилового спирта при температуре кипения эфира

3-я стадия: Гетероклизация образовавшегося N-ацетаминобензилового спирта под действием сухого хлористого водорода

Соединение III, получаемое этим методом, является аналогом по структуре заявляемого соединения, а способ его получения является способом-прототипом.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение способа получения заявляемого соединения по сравнению с прототипом: исключение выделения промежуточного амида IV и добавления хлористого водорода (одного из реагентов синтеза).

Технический эффект решения поставленной задачи достигается синтезом гидрохлорида 2-метил-4,4-ди(β-фенилэтил)-1,2-дигидро-4H-3,1-бензоксазиния (I) путем взаимодействия о-аминофенил-ди(b-фенилэтил) карбинола с избытком хлористого ацетила.

Способ осуществляют в одной реакционной колбе. Хлористый ацетил является одновременно и реагентом и растворителем. Выделяющийся в процессе ацилирования хлористый водород катализирует гетероциклизацию промежуточно образующегося о-ациламинофенил-ди(β-фенилэтил) карбинола в соединение 1.

Соединение 1 идентифицировано по совокупности данных элементного анализа, ИК- и ПМР-спектроскопии.

ИК-спектр записан в вазелиновом масле, ПМР-спектр в растворе (CD₃)₂CO.

Получение гидрохлорида 2-метил-4,4-ди(b-фенилэтил)-1,2-дигидро-4H-3,1-бензоксазиния (I).

Пример 1а. К 18,5 см³ (0,260 моль) хлористого ацетила при охлаждении и перемешивании (ледяная баня) постепенно, в течение 15 мин добавляют 1,66 г (0,065 моль) 2-аминофенилди(b-фенилэтил) карбинола. Затем реакционную смесь нагревают на водяной бане до температуры кипения хлористого ацетила и кипятят в течение 30 мин. После этого реакционную массу охлаждают в ледяной бане, добавляют при перемешивании 6 см³ абсолютного эфира. Образовавшийся осадок отфильтровывают, промывают абсолютным эфиром, получают 1,6 г (82%) гидрохлорида 2-метил-4,4-ди(b-фенилэтил)-1,2-дигидро-4H-3,1-бензоксазиния (1).

Температура плавления 134 135^oC.

Найдено, C 76,32; H 6,84; N 3,67; Cl 9,18; C₂₅H₂₆ClNO.

Вычислено, C 76,61; H 6,64; N 3,58; Cl 9,07.

ИК-спектр (n, см^-1): 2450, 1670 3030, 1600, 1580, 1500 (C CH_ap).

ПМР спектр (δ, м.д.): 7,81 у.ш.с (1H, N H); 7,50 м (4H, C₆H₄); 7,11 с. [10H, (C₆H₅)₂] 2,57 с [8H, (CH₂)₄] 2,40 c (3H, CH₃).

Пример 1б. Аналогично примеру 1а используют 23,2 см³ (0,325 моль) хлористого ацетила и 1,66 г (0,065 моль) 2-аминофенилди(b-фенилэтил) карбинола. Продукт осаждают 10 см³ абсолютного эфира, выход составляет 1,54 г (79%).

Пример 1в. Аналогично примеру 1а используют 11,8 см³ (0,165 моль) хлористого ацетила и 1,66 г (0,065 моль) 2-аминофенилди(b-фенилэтил) карбинола. Продукт осаждают 10 см³ абсолютного эфира. Выпавшие кристаллы (Т.пл. 125 127^oC) очищают переосаждением из хлористого ацетила эфиром. Выход продукта 1,43 г (73%).

Экспериментальный материал примеров 1а 1в сообщен в табл.7.

Как видно из таблицы, оптимальным является первый вариант (пример 1а).

Увеличение избытка хлористого ацетила (пример 1б) или уменьшение его (пример 1в) нецелесообразно. Количество осаждающего абсолютного эфира также не должно превышать оптимального. В противном случае продукт получается загрязненный. Для его очистки требуется новое переосаждение, что ведет к снижению выхода продукта.

Предлагаемый способ получения соединения 1 прост в исполнении. Преимуществами предлагаемого способа является одностадийность процесса, без стадии использования газообразного HCl, требующей специального аппаратурного оформления. Это выгодно отличает его от способа прототипа.

Формула изобретения

1. Гидрохлорид 2-метил-4,4-ди(β-фенилэтил)-1,2- дигидро-4Н-3,1-бензоксазиния формулы

обладающий способностью активировать прорастание семян и повышать урожайность зерновых культур.

2. Способ получения гидрохлорида 2-метил-4,4-ди(β -фенилэтил)-1,2-дигидро-4Н-3,1-бензоксазиния формулы

отличающийся тем, что о-аминофенилди(β -фенилэтил)карбинол подвергают взаимодействию с хлористым ацетилом в соотношении 1 4.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4