5-бензиліден-2-[4-(2-ціаноетил)піперазиніл]-1,3-тіазол-4(5н)-он (нітрил), який виявляє рістстимулюючу активність

5-бензиліден-2-[4-(2-ціаноетил)піперазиніл]1,3-тіазол-4(5Н)-он (нітрил) формули Корисна модель стосується органічної хімії, ботаніки та фізіології рослин, може бути використана у сільському та лісовому господарстві для допосівної обробки насіння як стимулятор росту сільськогосподарських, лікарських та квітководекоративних рослин на початкових етапах онтогенезу. Відома сполука 2-оксо-3(метоксикарбонілметилен)-5метоксикарбонілморфолін (SU № 27033, C07D 265/32, А01N 43/84) стимулює ріст коріння і стебел квасолі та підвищує врожайність сої і соняшника. За концентрації 0,001 - 0,0001 % цей препарат найкраще впливає на ростові процеси у квасолі, підвищує врожайність соняшника та сої. Проте, ця сполука недостатньо розчинна у воді, технологічно дорога внаслідок низького виходу препарату. Відомий стимулятор росту - калієва сіль (z)- аміно-β-метоксикарбонілакрилової кислоти (SU № 1644466, С 07 С 229/30, А 01 N 33/08), який виявляє рістстимулюючу активність при пророщуванні насіння пшениці та огірків. Недоліком його є незначний вплив на ріст і розвиток кореневої системи. Емістим С - біостимулятор росту рослин широкого спектру дії, продукт біотехнологічного вирощування грибів-епіфітів з кореневої системи лікар ських рослин. Підвищує швидкість проростання та схожість насіння, врожайність та якість продукції, стійкість рослин до стресових та патогенних факторів. Застосовують у с/г, на декоративних і лісових деревах, кущах та квітах (ТУ У 88.264.021-95). Проте йому притаманна невисока рістстимулююча активність стосовно рослин природної флори та бобових культур. Відомий регулятор росту і розвитку рослин – β-індоліл-3-оцтова кислота (гетероауксин, ІОК) [A.Herbert, E.Johnson and D.Crosby. Indole-3-acetic Acid // Org. Synth. 1973. Coll. Vol. 5. - p. 654], широко застосовується у практиці сільського господарства. Фізіологічна роль гетероауксину різноманітна. Окрім стимуляції росту шляхом розтягування, гетероауксин інтенсифікує поділ клітин. У невеликих концентраціях гетероауксин стимулює ріст рослин, а у високих – пригнічує. В основу завданням корисної моделі поставлено вимогу отримати водорозчинну, біологічно активну сполуку, яка забезпечить високу рістстимулюючу дію при пророщуванні насіння бобових, лікарських та квітково-декоративних культур. Поставлене завдання досягається тим, що 5бензиліден-2-[4-(2-ціаноетил)піперазиніл]-1,3тіазол-4(5Н)-он (нітрил) формули O N N S N C N (19) UA (11) 55943 (13) U , який виявляє рістстимулюючу активність. 3 O 55943 N N S N C N виявляє рістстимулюючу активність. Для дослідження рістстимулюючої дії 5бензиліден-2-[4-(2-ціаноетил)піперазиніл]-1,3тіазол-4(5Н)-ону (нітрилу) використано насіння Datura stramonium (L.), Filipendula vugaris Moench, Anthemis Monantha Willd. та Phaseolis vulgaris L., сорт Станіславська строката. 1) Datura stramonium (L.) (дурман звичайний, родина пасльонових) -цінна лікарська рослина, має протизапальні, спазмолітичні властивості. Її листя входить до складу протиастматичних засобів, а насіння є сировиною для отримання атропіну. В гомеопатії дурман звичайний використовують для лікування коклюшу, стовбняку, епілепсії, менінгіту та інших хворіб [І. Алексеев, А.Діброва. Велика енциклопедія народної медицини. - Донецьк: ТОВ «Глорія Трейд», 2010. - 704 с]. 2) Anthemis Monantha Willd. (Роман однокошиковий) – використовується як декоративна, фарбувальна, інсектицидна рослина. [Могиляк М.Г., М.Скибіцька, К. Скварко. Інтродукція Anthemis monantha Wild. (Asteraceae ) в Західному Лісостепу України // Вісн. Київ, ун-ту. Сер. Інтродукція та збереження рослинного біорізноманіття. - 2009.Вип. 19-21.-С.161-162]. 3) Filipendula vulgaris Moench - гадючник звичайний (лабазник шестипелюстковий), багаторічна трав'яниста рослина родини Rosaceae. Має патогінні, сечогінні, протизапальні, анальгетичні та протиревматичні властивості. [Лікарські рослини: енциклопедичний довідник / За ред. А.М.Гродзінського. - К.: Українська енциклопедія, 1992. - 544 с] 4) Phaseolus vulgaris L. - квасоля звичайна (сорт Станіславська строката), культивують по всій Україні як харчову, однорічна рослину. Вирощування цих рослин пов'язане з їх інтродукцією у Західному Лісостепу України і подальшим викристанням у фармакології, квітководекоративному будівництві та с/г виробництві. Тому для кращого проростання насіння і збільшення вихідного продукту були апробовані різні стимулятори росту. Хімічну сполуку 5-бензиліден-2-[4-(2ціаноетил)піперазиніл]-1,3-тіазол-4(5H)-он (нітрил) отримують за прикладом 1. 4 Приклад 1. Синтез 5-бензиліден-2-[4-(2ціаноетил)піперазиніл]-1,3-тіазол-4(5H)-ону (нітрил). До 20 мл крижаної оцтової кислоти додають 3,18 г (0,03 моля) бензальдегіду, 4,0 г (0,03 моля) роданіну і 3 г безводного натрій ацетату. Реакційну суміш кип'ятять протягом 45 хв іохолоджують. Утворений осад 5-бегоиліденроданіну відфільтровують, промивають теплою крижаною оцтовою кислотою, водою і висушують за 70 °С. До суміші у складі 1,11 г (0,005) моля 5-бензиліденроданіну та 0,83 г (0,006) моля 1-(2-ціаноетил)піперазину вносять 10 мл етанолу і кип'ятять протягом 1,5-2 год до практично повного виділення сірководню. Реакційну суміш охолоджують, осад відфільтровують і перекристалізовують з етанолу. Вихід 92 %. Тпл 144-145 °С. Знайдено 9,75 % S. C17H18N4OS. Обчислено 9,82 % S. Фізіологічну активність та рістстимулюючу дію нітрилу можна проілюструвати прикладами 2-8. Приклад 2. Дослідження впливу нітрилу на схожість насіння рослин. У чашках Петрі розміщали на фільтрувальному папері по 20 – 40 сухих відбірних насінин на відстані 1 см одне від одного, вносили по 5 мл водного розчину нітрилу у різних концентраціях (5 мг/мл - 5:106 мг/мл). Як еталон використовували емістим С (об'ємне розведення водою спиртового препарату за концентрації 1:10- 1:10 мл/мл) і витримували протягом 24 год при кімнатній температурі. Відтак контрольне і дослідне насіння зволожували 5 мл дистильованої води і залишали до кінця досліду. Тривалість пророщування у чашках Петрі у вегетативній кімнаті становила 15 днів за температури 21 – 23 °С за природного освітлення або у термостаті відповідно за 30,7 °С для насіння Datura stramonium (L.). Протягом 14 днів біометрію рослин проводили щоденно. Лабораторну схожість насіння визначали у 4-х кратній повторності [Лобанов В.Я. Определение посевных качеств семян. М., 1964. - 112 с]. Статистичне опрацювання експериментальних даних проводили з використанням критерію Стьюдента на 95 % рівні значущості. [Лакин Г.Ф. Биометрия. - М.: Высшая школа, 1990. -325 с]. Виявилося (табл. 1), що після тривалого зберігання насіння дурману звичайного у лабораторних умовах схожість контрольної групи рослин становила 47,0 ± 1,4 %. За дії нітрилу вона збільшилась на 5 - 27 % і була максимальною за концентрації препарата 5:104 мг/мл. Емістим С за 5 55943 6 Таблиця 1. Вплив нітрилу та емістим С на схожість насіння Datura stramonium (L). Назва рослин Дурман звичайний Сумарна схожість (%) насіння Концентрація М±m Контроль (Кн) 47,0 5:103 мг/мл 52,4 5:104 мг/мл 74,4 Нітрил 5:105 мг/мл 68,0 5:106мг/мл 54,0 5:103мл/мл 20,7 5:104мл/мл 25,0 Емістим Об'ємне С розведення 5:105 мл/мл 38,0 5:106 мл/мл 50,0 Сполука % до Кн 100 111,5 158,3 144,7 114,9 44,0 53,2 80,9 106,4 1,4 2,3 2,2* 2,7* 1,8* 2.4* 3,0* 2,1* 3,0 *Різниця стосовно контролю вірогідна, р< 0,05 Приклад 3. Вплив нітрілу на схожість насіння роману однокошикового. Досліди проведені за прикладом 2. Результати аналізу наведено у таблиці 2. Таблиця 2 Вплив нітрилу, індолілоцтової кислоти (ІОК) та емістиму С на схожість насіння Anthemis Monantha Willd. Сумарна схожість (%) насіння Сполука Концентрація М±m Контроль (Кн) % до Кн 1,7 100 5:10 мг/мл 46,7 1,7 98,7 5:102 мг/мл Нітрил 47,3 62,7 2,1* 132,5 5:103 мг/мл 69,3 1,2* 146,5 4 78,0 2,2* 164,9 5 5:10 мг/мл 59,7 2,7* 126,2 5 мг/мл 44,7 2,4 94,5 5:10 мг/мл 5:10 мг/мл Роман однокошиковий 3,4* 121,1 68,3 2,8* 144,4 3 59,3 2,4* 125,4 4 53,3 1,3* 112,7 5:10 мл/мл 51,3 0,4* 108,4 5:102 мл/мл IОK 57,3 2 68,3 1,2* 144,4 5:103 мл/мл 5:10 мг/мл 5:10 мг/мл 5:10 мг/мл Емістим С Об'ємне розведення 62,7 2,1* 132,6 4 61,8 3,5* 130,6 5 66,0 1,7* 139,5 5:10 мл/мл 5:10 мл/мл *Різниця стосовно контролю вірогідна, р< 0,05 концентрації 1:10 - 1:104 мл/мл гальмував проростання насіння на початкових стадіях розвитку рослин. Тільки після зменшення концентрації еталону до 1:106 мл/мл схожість насіння дурману зви чайного залишилась на рівні контрольних рослин. Очевидно, характер дії емістим С на схожість насіння Datura stramonium (L). залежить від його концентрації у водному розчині. 7 У цій серії дослідів як еталон використано емістим С та β-індоліл-3-оцтову кислоту (IOК) - водний розчин за концентрацій 5 - 5:104 мг/мл. Результати аналізу свідчать про те (табл. 2), що ефективність препарату у значній мірі залежить від його концентрації. Оптимальну сумарну схожість роману однокошикового одержано після обробки сухого насіння розчином нітрилу за кон 55943 8 центрації 5:103 - 5:104 мг/мл: за досягнутими результатами запропонована сполука перевищує контрольну групу рослин майже на 65 %, а порівняно з емістим С та IOК - відповідно на 20 %. Приклад 4. Вплив нітрилу на схожість насіння гадючника звичайного Досліди проводились за прикладом 2. Результати аналізу наведено у таблиці 3. Таблиця 3 Вплив нітрилу та емістим С на схожість насіння Filipendula vulgaris Moench Сумарна схожість (%) насіння Концентрація M±m Контроль (Кн) 52,5 5:103 мг/мл 61,5 Нітрил 5:104 мг/мл 63,0 Гадючник 5:105 мг/мл 64,0 звичайний 5:106 мг/мл 70,7 5:103 мл/мл 50,2 5:104мл/мл 51,7 Емістим Об’ємне С розведення 5:105 мл/мл 64,3 5:106 мл/мл 61,7 *Різниця стосовно контролю вірогідна, р< 0,05 Сполука Виявилося, що допосівна обробка насіння Filipendula vulgaris нітрилом забезпечує позитивний ефект. Оптимум схожості цього насіння одержано за концентрації нітрилу 5:106 мг/мл - вона зросла на 34,7 % у порівнянні з контролем. За дії емістим С за концентрації 5:105 мл/мл схожість насіння зросла відповідно на 22,5 %. Приклад 5. Вплив нітрилу на схожість насіння Phaseolus vulgaris L. % до Кн 100,0 117,1 120,0 121,9 134,7 95,6 98,5 122,5 117,5 1,7 1,0* 1,2* 1,2* 2,7* 2,1 2,1 1,5* 1,0* Досліди проводились за прикладом 2. Результати аналізу наведено у таблиці 4. Аналіз результатів дослідження свідчить про те, що насінню квасолі в усіх випадках притаманна висока сумарна схожість. Проте швидкість проростання насіння квасолі за дії нітрилу була у 1,7 разів вищою, ніж у контролі та відповідно на 12,4 % переважала у рослин, задіяних емістим С. Таблиця 4 Вплив нітрилу та емістим С на схожість насіння Phaseolus vulgaris L. Сумарна схожість (%) насіння Концентрація М±m Контроль 90,7 5:103 мг/мл 92,4 5:104 мг/мл 95,3 Нітрил 5:105 мг/мл 98,3 5:106 мг/мл 92,7 Квасоля звичайна 5:103 мл/мл 91,8 5:104мл/мл 93,4 Об'ємне Емістим С розведення 5: 105 мл/мл 96,3 5:106мл/мл 91,7 Контроль 90,7 *Різниця стосовно контролю вірогідна, р< 0,05 Назва рослин Сполука Приклад 6. Вплив нітрилу на ріст кореня дурману звичайного Щоб оцінити характер регуляції ростових процесів у рослин після передпосівної обробки насіння показаними вище препаратами, проростки, у яких довжина коріння становила 1,5-2 см, переносили на середовище Гельрігеля і протягом 15-20 днів вирощували у вегетативній кімнаті за температури 22 – 24 °С за природного освітле 1,7 2,8 5,7 2,6 4,5 2,1 1,7 1,2 6,4 1,7 % до Кн 100,0 101,8 105,1 108,4 102,2 101,2 102,9 106,1 101,1 100,0 ня. Морфометричним показником росту рослин була довжина коріння проростків в одні й ті ж моменти часу. Установлено (табл. 5), що використані у дослідах концентрації нітрилу у достатній мірі стимулюють ріст кореневої системи у дурману звичайного. За рівнем дії нітрил переважає контрольну групу рослин на 73 % 9 55943 10 Таблиця 5 Вплив нітрилу та емістим С на ріст кореня дурману звичайногоу середовищі Гельрігеля Довжина і кореня (мм) Концентрація M±m Контроль 50,4 5; 103 мг/мл 64,5 Нітрил 5:104 мг/мл 70,6 5:105 мг/мл 87,2 5:106 мг/мл 70,2 5:103мл/мл 68,2 5:104мл/мл 71,7 Об’ємне Емістим С розведення 5:105 мл/мл 83,9 5:106мл/мл 66,8 *Різниця стосовно контролю вірогідна, р< 0,05 Сполука 2,3 2,1* 3,1* 3,0* 2,2* 1,8* 1,6* 2,9* 1,1 * % до Кн 100 127,9 140,1 173,0 139,3 135,3 142,3 166,5 132,5 Приклад 7. Ріст кореня гадючника звичайного за дії нітрилу. Досліди проводили за прикладом 6. Результати досліду наведено у табл. 6. Таблиця 6 Вплив нітрилу та емістиму С на ріст коріння гадючника звичайного у середовищі Гельрігеля Довжина кореня (мм) Концентрація M±m Контроль 22,5 5:103 мг/мл 30,5 4 Нітрил 5:10 мг/мл 33,0 5:105 мг/мл 36,0 5:106 мг/мл 32,7 5:103 мг/мл 28,4 5:104мл/мл 27,9 Об’ємне Емістим С розведення 5:105 мл/мл 25,3 5:106 мл/мл 24,1 *Різниця стосовно контролю вірогідна, р< 0,05 Сполука і відповідно на 6,5 % у порівнянні з емістим С. У слідуючій серії дослідів показано ( табл. 6), що після 15-ти днів вирощування на середовищі Гельрігеля за дії нітрилу довжина кореня гадючника звичайного виявилася на 60 % більшою у порівнянні з контролем і відповідно на 34 % - емістим С. Приклад 8. Ріст кореня роману однокошикового за дії нітрилу. Досліди проводили за прикладом 6. Результати досліду наведено у таблиці 7. 1,7 1,4 1,2* 1,2* 2,7* 2,4 2,1 1,5 3,0 % до Кн 100,0 135,5 146,7 160,0 145,3 126,2 124,0 112,3 107,1 Морфометричний аналіз проростків роману однокошикового показав, що після 18-денного вирощування рослин у водних культурах максимамльне зростання довжини кореневої системи за дії нітрилу у порівнянні з ІОК становило 9 % , з емістимом С – 16 % і, відповідно, з контролем - 29 %. 11 55943 12 Таблиця 7 Вплив нітрилу, індолілоцтової кислот (ІОК) та емістиму С на ріст кореня роману однокошикового у середовищі Гельрігеля Довжина кореня (см) Концентрація М±m Контроль 2,20 5:102 мг/мл 2,30 5:103 мг/мл 2,60 Нітрил 5:104 мг/мл 2,58 5:105 мг/мл 2,85 5:106 мг/мл 2,57 5:103 мг/мл 2,38 5:104 мг/мл 2,45 ІОК 5:105 мг/мл 2,64 5:106 мг/мл 2,15 5:102 мл/мл 2,36 5:103 мл/мл 2,40 Об’ємне Емістим С 5:104мл/мл 2,50 розведення 5:105 мл/мл 2,35 5:106мл/мл 2,40 *Різниця стосовно контролю вірогідна, р< 0,05 Сполука Приклад 9. Ріст кореня квасолі звичайної за дії нітрилу. Досліди проводили за прикладом 6. Результати досліду наведено у табл. 8. 0,25 0,36 0,14 0,27* 0,41* 0,22 0,12 0,17 0,22 0,31 0,40 0,60 0,44 0,10 0,15 % до Кн 100,0 104,5 118,2 117,3 129,5 116,8 108,2 111,4 120,0 97,7 107,3 111,4 113,6 106,8 109,1 У роботі використано насіння Phaseolis vulgaris L., (сорт Станіславська строката врожаю 2008 року, яке вирізняється майже 100 % схожістю та Таблиця 8 Вплив нітрилу та емістим С на ріст кореня квасолі звичайної у середовищі Гельрігеля Сполука Нітрил Емістим С Довжина кореня (мм) Концентрація М±m Контроль 50,4 5:103 мг/мл 68,8 5:104 мг/мл 70,6 5:105 мг/мл 84,2 5:106 мг/мл 70,2 5:103мл/мл 70,5 5:104мл/мл 71,7 Об’ємне розведення 5:105 мл/мл 73,9 5:106 мл/мл 66,8 високою швидкістю проростання. Після 12денного вирощування квасолі звичайної на середовищі Гельрігеля довжина коренів у контрольних рослин залишалась у межах 50 мм. За дії нітрилу вона була більшою на 67 % у порівнанні з контролем і відповідно на 20 % - з еталоном. За результатами досліджень встановлено, що 5-бензиліден-2-[4-(2-ціаноетил)піперазиніл]-1,3 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 2,3 1,5 3,1 3,0 2,2 2,8 1,6 2,9 1,1 % до Кн 100 136,5 140,1 167,1 139,3 139,9 142,3 146,6 132,5 тіазол-4(5Н)-он (нітрил) виявляє високу рістстимулюючу активність на ранніх стадіях проростання насіння дурмана звичайного, гадючника звичайного, романа однокошикового та квасолі звичайної, що доводить забезпечення передбачуваного технічного результату. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601