Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

СОЗДАНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ ФУНГИЦИДНЫХ СРЕДСТВ НА ОСНОВЕ ТЕБУКОНАЗОЛА С ПРИВЛЕЧЕНИЕМ МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Халиков С.С. 1 Душкин А.В. 2 Давлетов Р.Д. 3 Евсеенко В.И. 2
1 ФГБУН «Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук»
2 ФГБУН «Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук»
3 ГБУ «Научно-исследовательский технологический институт гербицидов и регуляторов роста растений с опытно-экспериментальным производством Академии наук Республики Башкортостан»
Современное сельское хозяйство нуждается в эффективных и малотоксичных фунгицидах. В работе предложен инновационный метод создания перспективных препаратов на основе твердофазной механохимической технологии, в основе которой лежит процесс механохимического синтеза эффективных фунгицидных препаративных форм в виде супрамолекулярных комплексов на основе действующего вещества – фунгицида тебуконазола с водорастворимыми полимерами. Комплексы в виде твердых дисперсий обладали более высокими значениями водорастворимости и проявляли высокую фунгицидную активность против возбудителей корневой гнили (Helminthosporium spp., Fusarium spp.) и других видов грибов (в частности, Penizillium spp.) при более низких нормах расхода тебуконазола (10–30 г/тн) по сравнению с применяемыми фирменными препаратами (напр., Раксил КС – рекомендуемая норма 60 г/тн). Разработанные и предлагаемые для применения препараты были не только экономически более выгодными, но и менее токсичными. Сделаны выводы о влиянии природы полимеров и состава комплексов на фунгицидную активность полученных препаратов. Полученные положительные результаты позволяют рекомендовать предложенную в работе технологию механохимической модификации д.в. тебуконазола для создания других инновационных сельскохозяйственных препаратов с различным спектром биологического действия.
фунгициды
тебуконазол
водорастворимые полимеры
измельчение
твердые дисперсии
механохимия
супрамолекулярные комплексы
фунгицидная активность
1. Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации. – М., 2010. – 840 с.
2. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов. – М.: Колос, 1979. – 416 с.
3. Захаренко В.А. Пестициды в аграрном секторе России конца XX – начала XXI века // Агрохимия. – 2008. – № 11. – С. 86–96.
4. Нестерова Л.М., Елиневская Л.С., Березина Л.А. Новые технологии препаративной формы пестицидов //Агрохимия. – 2009. – № 1. – С. 33–37.
5. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика. – под.ред. Ребиндера П.А. – М.: Наука. 1979. – 384 с.
6. Тропин В.П. Прогрессивные формы пестицидных препаратов и способы их применения // Защита и карантин растений. – 2007. – № 6. – С. 32–33.
7. Халиков С.С., Сапарбоева Н.К., Арипов Х.Н. Процессы измельчения в технологии приготовления БАС. I. Смачивающиеся порошки // Узбекский хим. журнал. – 1994. – № 5. – С. 71–77.
8. Халиков С.С., Сапарбоева Н.К., Арипов Х.Н. Процессы измельчения в технологии приготовления БАС.II.Суспензионные концентраты // Узбекский хим. журнал. – 1994. – № 6. – С. 50–54.
9. Халиков С.С., Сапарбоева Н.К., Тилляев С.К., Алимов А., Абдукаримов Х., Арипов Х.Н. // Узбекский хим.журнал. – 1995. – № 1. – С. 72–76.
10. Халиков С.С., Халиков М.С. Модификация свойств сельскохозяйственных препаратов путем их механоактивации с полимерами // Бутлеровские сообщения. – 2011. – Т. 25. – № 8. – С. 20–26.
11. Халиков С.С., Халиков М.С., Душкин А.В., Метелева Е.С., Евсеенко В.И., Буранбаев В.С., Фазлаев Р.Г., Галимова В.З., Галиулина А.М. // Химия уст. разв. – 2011. – Т. 19. – № 6. С. 705–710.
12. Dushkin A.V., . Tolstikova T.G, Khvostov M.V., Tolstikov G.A.// in book The Complex World of Polysacchraids, ed.by Dr. D.N. Karunaratn. – Publisher: InTech. – 2012. – Р. 573–602.

Современное сельскохозяйственное производство, направленное на обеспечение человечества безопасной и высококачественной продукцией, невозможно представить без применения инновационных препаратов (химических и биологических средств защиты растений) для получения высоких урожаев, их сохранения и рационального использования [3].

Известно, что эффективность пестицидных препаратов зависит не только от природы их действующего вещества (д.в.) и его активности, но во многом определяется правильным выбором его препаративной формы [6], позволяющей не только сохранить полезные свойства д.в., но и увеличить стабильность рабочих растворов, улучшить качество нанесения и адгезию препарата на обрабатываемую поверхность. И поэтому разработка препаративных форм ХСЗР является актуальной проблемой современной науки и производства и ее можно рассматривать как ступень в создании средств доставки д.в. к месту его биологического действия.

Целью настоящего исследования является поиск и создание новых фунгицидных препаратов на основе тебуконазола (ТБК) путем распространения ранее разработанной технологии повышения растворимости практически нерастворимого ТБК посредством его механохимической модификации, как это было представлено ранее на примере антигельминтных препаратов [10,11].

Учитывая существенное увеличение водорастворимости полученных комплексов по сравнению с самим ТБК, надо было ожидать соответствующие изменения в фунгицидной активности новых препаратов. Оценка биологической активности подтвердила высказанные предположения.

Экспериментальная часть

Для исследования выбраны следующие объекты:

1) д.в. тебуконазола-(RS)-4,4-диметил-3-(1Н-1,2,4-триазол-1-илметил)-1-n-хлорфенилпентан-3-ола [4] с содержанием ТБК не менее 99 %.

2) Арабиногалактан (Фибролар С) – аморфный порошок светло-кремого цвета, производство ООО «Химия древесины» (Иркутск), ТУ-9363-021-39094141-08; серия 19092010.

3) Гидроксиэтилкрахмал (ГЭК 200/05), поливинилпирролидон (ПВП 12600) и бета-циклодекстрин – фармакопейно-чистые.

4) Пектин по ГОСТ Р-51806-2001.

Механохимическая обработка ТБК с полимерами, анализ гранулометрического состава, определение водорастворимости, рентгенофазовый анализ (РФА) и дифференциально-сканирующую колориметрию (ДСК) продуктов механической обработки проводили по методикам, описанным ранее [11].

Результаты исследования и их обсуждение

До 90-х годов прошлого столетия разработка препаративных форм пестицидов проводилась на базе двух отраслевых институтов:

– ВНИИХСР (г. Москва) специализировался на инсектицидах, фунгицидах и протравителях;

– ВНИТИГ (г. Уфа) разрабатывал препаративные формы регуляторов роста и гербицидов.

В настоящее время объем исследований в этих центрах либо значительно сокращен, либо эти центры просто перестали существовать. Поэтому отечественные производители сельскохозяйственной продукции ориентированы либо на импортную продукцию известных компаний [1], либо на препараты современных отечественных производителей (компании «Щелково-Агрохим», ЗАО «Август» и пр.) [3]. Надо отметить, что в этих компаниях, объективно понимая важную роль препаративной формы в конечном продукте, уделяется должное внимание разработкам в этом технологическом аспекте [4].

Результаты наших исследований по разработке научных основ технологии препаративных форм ХСЗР были успешно применены при внедрении фунгицидных и гербицидных препаратов в виде смачивающихся порошков (СП) и суспензионных концентратов (СК) [7,8]. Кроме того, нами были установлены закономерности в подборе ПАВ и других наполнителей в рецептурах рекомендуемых препаративных форм [9].

Анализ современных исследований в области создания высокоэффективных сельскохозяйственных препаратов указывает на перспективность получения тонкодиспергированных систем. В частности, системы с наноразмерными частицами д.в. обладали высокой биологической эффективностью [4]. Нами также были разработаны препаративные формы на основе серы, состоящие на 80 % из наночастиц [10]. Получение таких препаративных форм стало возможным при совместной механохимической обработке серы с полимерами.

Для получения препаративных форм с наноразмерными частицами известные мировые и отечественные производители ХСЗР предлагают свои решения в виде широкого ассортимента препаративных форм на основе тебуконазола [1].

Наши попытки получения нанодисперсного порошка тебуконазола при его индивидуальном измельчении в планетарно-центробежной мельнице АГО-2 не дали ожидаемого результата, т.к. при измельчении порошкообразной субстанции ТБК наступает равновесие между процессами измельчения и адгезии тонкодиспергированных частиц, как это было описано ранее [5]. При совместном же измельчении субстанции ТБК с полимерами удалось получить наноструктурированные порошки, видимо из-за включения наночастиц тебуконазола в матрицу полимера. При этом удалось увеличить водорастворимость препаратов в десятки раз. Такое значительное увеличение показателя растворимости объясняется образованием супрамолекулярных комплексов типа «гость-хозяин», для которых величина водорастворимости зависит как от природы полимера, соотношения «тебуконазол-полимер», так и способов механической обработки [12]. В табл. 1 приведены данные о водорастворимости тебуконазола и его супрамолекулярных комплексов с полимерами.

Таблица 1

Водорастворимость тебуконазола (ТБК) и его супрамолекулярных комплексов с полимерами, полученных в измельчителе-активаторе АГО-2

№ п/п

Состав комплексов (весовое соотношение)

Данные по водорастворимости образцов

Растворимость,мг/л (ВЭЖХ)

Увеличение

1

ТБК-исходная субстанция

40

2

ТБК:арабиногалактан = 1:5.

488

12.2

3

ТБК:пектин = 1:5

97

2.4

4

ТБК:бета-циклодекстрин = 1:1

528

13.2

5

ТБК:поливинилпирролидон = 1:5

185

4.6

6

ТБК-гидроксиэтилкрахмал = 1:2

80

2.0

Анализ показателей водорастворимости показывает, что:

– водорастворимость супрамолекулярных комплексов во всех случаях выше таковой для исходного тебуконазола;

– абсолютная величина водорастворимости во многом определяется природой полимеров и она имеет наименьшее значение в случае полимеров, состоящих из звеньев, содержащих циклические фрагменты (пектин, ГЭК);

– увеличение соотношения полимер-тебуконазол не приводит к адекватному увеличению водорастворимости, а более значимым является фактор природы полимера и его физико-химические особенности.

Полученные данные РФА и ДСК механически обработанных смесей тебуконазола (ТБК) с арабиногалактаном (АГ) и бета-циклодекстрином приведены на рис. 1 и 2.

pic_50.tif pic_51.tif

Рис. 1 Рентгенограммы и ДСК-кривые ТБК(1), АГ(2) и механически обработанной смеси ТБК:АГ(1:5) в мельнице АГО-2 в течение 5 минут

pic_52.tif pic_53.tif

Рис. 2. Рентгенограммы и ДСК-кривые ТБК(1), бета-циклодекстрина (2) и механически обработанной смеси ТБК: бета-циклодекстрин (1:1) в мельнице АГО-2 в течение 5 минут

Из них следует, что при механохимической обработке происходит частичное разупорядочение кристаллической фазы тебуконазола, вплоть до полной потери кристалличности в случае ТБК:АГ или образования новых кристаллических фаз в системе ТБК:ЦД. Также возможно молекулярное диспергирование в избыток твердой фазы полисахаридов. Аналогичные изменения наблюдаются в остальных полученных образцах.

Значительное увеличение водорастворимости комплексов предполагало и изменение биологической активности препаратов по сравнению с самим ТБК. Для проверки такого предположения нами проведены испытания синтезированных комплексов на фунгицидную активность на искусственно зараженных семенах яровой пшеницы против основных возбудителей болезней корневой гнили: Bipolaris sorokiniana (Helminthosporium sativum), Fusarium graminierum, Fusarium culmorum и грибов рода Penizillium spp. по [2]. Полученные данные представлены в табл. 2–4.

Таблица 2

Фунгицидная активность ТБК и его комплекса с бета-циклодекстрином

 

Препарат

Норма расхода, г/тн (в пересчете на ТБК)

Лабораторная всхожесть, %

Пораженность корневыми гнилями (Helminthosporium spp + Fusarium spp.), %

Пораженность другими грибами (Penizillium spp.), %

Поражен.

Эффектив.

Поражен.

Эффектив.

1

Контроль

65,0

66,2

16,9

2

Раксил, 60 г/л (эталон)

5

78,0

7,0

89,4

6,4

62,1

3

10

89,0

3,4

94,9

6,7

60,4

4

15

91,0

1,1

98,3

6,6

60,9

5

30

86,0

0

100,0

2,3

86,4

6

60

93,0

0

100,0

3,2

81,1

7

ТБК-бетацикло-декстрин (1:1)

5

86,0

2,3

96,5

9,3

45,0

8

10

84,0

1,2

98,2

4,8

71,6

9

15

90,0

1,1

98,3

6,7

60,4

10

30

86,0

0

100,0

2,3

86,4

11

60

95,0

0

100,0

1,0

94,1

Анализ данных табл. 2 показывает, что супрамолекулярный комплекс ТБК:ЦД (1:5), обладая значительно большим показателем водорастворимости (в 13,2 раза выше, чем сам ТБК), не изменял также ожидаемо фунгицидную активность. Препарат обладал высокой активностью, которая была свойственна активности применяемого на практике препарата «Раксил» (Байер Кроп Сайенс), представляющего собой суспензионный концентрат с содержанием ТБК в количестве 60 г/л [1]. Причем равная активность сохранялась при изменении нормы расхода препарата от 10 до 60 г/тн семян, что является немаловажным, т.к. в биоиспытаниях для сравнения взята не сама субстанция ТБК (что было невозможно из-за его нерастворимости в воде), а ее высококачественная препаративная форма с достаточно высокой степенью дисперсности. Поэтому надо понимать, что показатели фунгицидной активности самой субстанции ТБК будут значительно уступать таковым комплекса ТБК:ЦД (1:5).

Аналогичная корреляция фунгицидной активности наблюдается при сравнении комплекса ТБК:пектин (1:5) и Раксила (табл. 3).

Из табл. 3 видно, что незначительное увеличение водорастворимости комплекса с пектином (в 3 раза выше, чем ТБК) также не существенно изменяет активность по сравнению с эталоном – Раксилом. Сравнение данных табл. 2 и 3 позволяет заключить, что фунгицидная активность комплексов в большей степени определяется не абсолютным показателем водорастворимости, а природой полимера и соотношением ТБК-полимер.

Абсолютно иная картина по фунгицидной активности наблюдается в случае супрамолекулярных комплексов ТБК с гидроксиэтилкрахмалом и арабиногалактаном (табл. 4), а именно, несмотря на то, что водорастворимость этих комплексов не столь существенно (как в случае с бета-циклодекстрином) выше таковой исходного ТБК, их фунгицидная активность превышает таковые эталонного образца – Раксила. Причем 100 %-я активность сохраняется даже при снижении нормы расхода препаратов до 10–15 г/тн, при которой активность эталонного образца составляет 94–95 %.

Таблица 3

Фунгицидная активность ТБК и его комплекса с пектином

 

Препарат

Норма расхода, г/тн (в пересчете на ТБК)

Лабораторная всхожесть, %

Пораженность корневыми гнилями (Helminthosporium spp + Fusarium spp.), %

Пораженность другими грибами (Penizillium spp. ), %

Поражен.

Эффектив.

Поражен.

Эффектив.

1

Контроль

65,0

66,2

16,9

2

Раксил, 60 г/л (эталон)

5

78,0

7,0

89,4

6,4

62,1

3

10

89,0

3,4

94,9

6,7

60,4

4

15

91,0

1,1

98,3

6,6

60,9

5

30

86,0

0

100,0

2,3

86,4

6

60

93,0

0

100,0

3,2

81,1

7

ТБК-пектин (1:5)

5

89,0

5,6

91,5

10,1

40,2

8

10

90,0

1,1

98,3

5,6

66,9

9

15

86,0

0

100,0

8,1

52,1

10

30

82,0

1,2

98,2

7,3

56,8

11

60

86,0

0

100,0

3,5

79,3

Таблица 4

Фунгицидная активность ТБК и его комплексов с ГЭК и АГ

 

Препарат

Норма расхода, г/тн (в пересчете на ТБК)

Лабораторная всхожесть, %

Пораженность корневыми гнилями (Helminthosporium spp + Fusarium spp.), %

Пораженность другими грибами (Penizillium spp.), %

Поражен.

Эффектив.

Поражен.

Эффектив.

1

Контроль

65,0

66,2

16,9

2

Раксил, 60 г/л (эталон)

5

78,0

7,0

89,4

6,4

62,1

3

10

89,0

3,4

94,9

6,7

60,4

4

15

91,0

1,1

98,3

6,6

60,9

5

30

86,0

0

100,0

2,3

86,4

6

60

93,0

0

100,0

3,2

81,1

7

ТБК-гидроксиэтикрахмал (1:2)

5

87,0

2,3

96,5

5,7

66,3

8

10

90,0

0

100,0

5,6

66,9

9

15

92,0

0

100,0

3,3

80,5

10

30

85,0

0

100,0

4,7

72,2

11

60

86,0

0

100,0

2,3

86,4

12

ТБК-арабиногалактан (1:5)

5

86,0

5,8

91,2

9,3

45,0

13

10

89,0

2,2

96,7

5,6

66,9

14

15

90,0

0

100,0

3,3

80,5

15

30

90,0

0

100,0

5,6

66,9

16

60

87,0

0

100,0

1,1

93,5

Обобщая данные табл. 2–4, можно сделать следующие выводы:

– нет строгой корреляции между величинами увеличения водорастворимости и данными фунгицидной активности, т.е. нельзя исключать влияния природы самих полимеров и их собственной биологической активности;

– активность супрамолекулярных комплексов определяется не только природой полимеров, но и соотношением «ТБК-полимер»;

– нельзя исключать и влияние дисперсности полученных комплексов, из которой следует, что комплексы с АГ представлены в основном в нанометровом диапазоне, позволяющем частицам ТБК наиболее близко подойти к биологическим рецепторам.

Заключение

Проведенные исследования и полученные результаты подтвердили возможность получения эффективных фунгицидных препаратов на основе тебуконазола путем механохимической модификации д.в. известных препаратов с водорастворимыми полимерами. Предлагаемая технология является вполне доступной и экологически перспективной, т.к. исключает использование органических растворителей, процессов растворения, нагревания и основана на одностадийном твердофазном синтезе с количественным выходом целевых продуктов. Эта технология является универсальной и приемлема для модификации различного класса биологически активных препаратов как для сельского хозяйства, так и медицины.

Рецензенты:

Мордвинов В.А., д.б.н., заместитель директора по научной работе, заведующий лабораторией молекулярной и клеточной биологии Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской Академии наук, г. Новосибирск;

Поляков Н.Э., д.х.н., ведущий научный сотрудник лаборатории магнитных явлений Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского Сибирского отделения Российской Академии наук, г. Новосибирск.

Работа поступила в редакцию 22.11.2013. 


Библиографическая ссылка

Халиков С.С., Душкин А.В., Давлетов Р.Д., Евсеенко В.И. СОЗДАНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ ФУНГИЦИДНЫХ СРЕДСТВ НА ОСНОВЕ ТЕБУКОНАЗОЛА С ПРИВЛЕЧЕНИЕМ МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-12. – С. 2695-2700;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32854 (дата обращения: 22.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074