СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУПИНИНОВОГО ЭФИРА ЯНТАРНОЙ КИСЛОТЫ

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена синтезу нового производного янтарной кислоты с природным алкалоидом лупинином, выделенного из растения Anabasis aphylla L., произрастающего в регионе Приаралья, нахождению оптимального условия реакции синтеза лупининового эфира янтарной кислоты, идентификации физико-химических констант синтезированного соединения и изучению перспективы его применения в сельском хозяйстве.

ABSTRACT

The article is devoted to the synthesis of a new derivative of succinic acid with the natural alkaloid lupinin isolated from the plant Anabasis aphylla L. growing in the Aral Sea region, finding the optimal reaction conditions for the synthesis of succinic acid lupinin ether, identifying the physical and chemical constants of the synthesized compound and studying the prospects for its use in agriculture.

Ключевые слова: синтез, алкалоид, лупинин, янтарная кислота, эфир, реакция, хроматография, Anabasis aphylla L.

Keywords: synthesis, alkaloids, lupinin, succinic acid, ether, reaction, chromatography, Anabasis aphylla L.

Введение. Алкалоид лупинин − это природное соединение, обладающее широким спектром биологической активности.

В последние годы наблюдается растущий интерес к синтезу производных алкалоида лупинина, особенно содержащих органические кислоты, в связи с их потенциальным использованием в качестве фармацевтических субстанций. Доступность лупинина и наличие в структуре хинолизидиновой системы простой спиртовой группы, позволяет легко получать различные производные данного алкалоида и является причиной поиска активных препаратов среди производных этого алкалоида [1-5].

Производные янтарной кислоты широко используются в различных отраслях промышленности благодаря их уникальным свойствам и разнообразному применению. Одной из областей, где были исследованы производные янтарной кислоты, является сельское хозяйство.

Производные янтарной кислоты использовались в качестве регуляторов роста для повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур. Янтарная кислота и ее производные могут улучшить усвоение питательных веществ растением, усилить фотосинтез и способствовать делению клеток [6].

В качестве фунгицидов производные янтарной кислоты использовались для борьбы с грибковыми заболеваниями сельскохозяйственных культур. Производные янтарной кислоты использовались также в качестве гербицидов и инсектицидов для борьбы с сорняками и насекомыми-вредителями на полях сельскохозяйственных культур [7-9].

Использование производных янтарной кислоты в сельском хозяйстве имеет ряд потенциальных преимуществ, включая:

• улучшенная урожайность и качество сельскохозяйственных культур;
• сокращение использования синтетических пестицидов;
• улучшение здоровья и жизнестойкости сельскохозяйственных культур.

Цель работы. Синтез нового производного янтарной кислоты с природным алкалоидом лупинином, определение оптимальных условий проведения реакции, изучение физико-химических характеристик и установление структуры синтезированного соединения методом спектроскопии.

Материал и методы. Синтез лупининового эфира янтарной кислоты.

В двухгорлую круглодонную колбу, снабженную водоотделителем и обратным холодильником, помещали 0,7 г (0,006 мол) янтарной кислоты, 2 г (0,012 мол) лупинина и растворяли в 50 мл ксилола. Реакционную смесь нагревали в течение 30 часов при температуре кипения растворителя в присутствии каталитических количеств концентрированной серной кислоты. Проведение реакции контролировали методом ТСХ в системе бензол : петролейный эфир : этанол (10:5:2) на пластинках марки Silufol UV 254. Хроматографическое разделение соединений проводили на стеклянной колонке (2,5 х 30 см), заполненной силикагелем марки 100 / 160.

Анализ полученного вещества проведен методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на приборе Agilent 1260 Infinity LC. Система оснащена четырехканальным градиентным насосом и предоставляет давление до 400 бар. В качестве хроматографической колонки был использован Zorbax 300 Extend Jupiter 300. Размер колонки составляет 30 x 0.25 x 0.25 с масс спектральным детектором.

Результаты и обсуждение

Исходя из литературных данных о биологической активности производных алкалоида и янтарной кислоты, нам было интересно синтезировать сложный эфир янтарной кислоты с природным алкалоидом лупинином, выделенного из растения Anabasis aphylla L., произрастающего в регионе Приаралья [10]. Известно, что многочисленные производные лупинина с органическими кислотами обладают биологической активностью и широко применяется в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в сельском хозяйстве в качестве регуляторов роста, фунгицидов, гербицидов и инсектицидов [1-5].

 Лупининовый эфир янтарной кислоты был получен путем этерификации лупинина с янтарной кислотой в присутствии катализатора серной кислоты в ксилоле по нижеследующей схеме:

Для выявления оптимальных условий проведения реакции нами изучены реакции сочетания лупинина с янтарной кислотой в различных молярных соотношениях реагирующих веществ и продолжительности реакции. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Условия реакции получения лупининового эфира янтарной кислоты

Из таблицы видно, что наибольший выход лупининового эфира янтарной кислоты наблюдается при использовании янтарная кислота − лупинин в молярном соотношении 1: 2 при температуре 138-144 ⁰С и продолжительности реакции 30 часов.

Структура вещества доказана на основе анализа хроматомасспесктра и путем вычислений. Согласно расчетам, молекулярная масса вещества, элюированного через колонку в 13,766 минут, совпадает с молекулярной массой сложного эфира лупинина и янтарной кислоты.

Рисунок 1. Спектр лупиинового эфира янтарной кислоты

Выводы. Синтезирован новый лупининовый эфир алкалоида лупинина с янтарной кислотой. Найдено оптимальное условие проведения реакции синтеза, и анализирована структура методом ВЭЖХ.

Использование лупининового эфира янтарной кислоты в сельском хозяйстве может привести к повышению урожайности и качества сельскохозяйственных культур, сокращению использования синтетических пестицидов и снижению воздействия на окружающую среду.

Необходимы дальнейшие исследования для изучения всего потенциала нового производного алкалоида лупинина с янтарной кислотой в сельском хозяйстве и разработки новых рецептур для их использования в растениеводстве.

Список литературы:

1. Садыков А.С., Асланов Х.А., Кушмурадов Ю.К. Алкалоиды хинолизиди-нового ряда // Химия, стереохимия, биогенез. М. Наука. 1975. С. 20-23.
2. Sun, Y., Zhang, B., Gao, X., Wang, S., & Xu, H. Synthesis, cytotoxicity and structure-activity relationship of lupinine derivatives with acetic acid // Bioorganic & medicinal chemistry letters. 2015. Vol. 25(11), pp. 2357-2360.
3. Liu, J., Li, L., Li, Z., Wang, H., & Li, J. Synthesis, antitumor activity and mechanism of novel lupinine derivatives containing fumaric acid // European journal of medicinal chemistry. 2019. Vol. 179, pp. 780-793.
4. Liu, Q., Huang, J., Zhang, Y., Zhang, L., & Xie, J. Synthesis and biological activity of lupinine derivatives containing maleic acid // Journal of chemical research. 2020. Vol. 44(2), pp. 66-72.
5. Kim, D. H., Kim, H. J., Kim, B. H., Kim, J. H., Chung, H. J., & Lee, M. K. Synthesis of lupinine derivatives containing carboxylic acid and their anti-inflammatory activities // Bulletin of the Korean Chemical Society. 2016. Vol. 37(2), pp. 247-250.
6. Zhang, X., Tang, C., & Zhao, X. Effects of exogenous application of succinic acid on the growth, grain yield, and nutrient uptake of maize // Journal of Plant Nutrition, 2015. Vol. 38(10), pp. 1629-1639.
7. Zhu, S., Xiong, J., Li, Y., Wang, J., & Ye, J. Fungicidal activity of propyl succinate against Botrytis cinerea and its mechanism of action // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2016. Vol. 64(46), pp. 8805-8812.
8. Liu, L., & Liu, H. Herbicidal activity and mechanism of succinic acid monoethyl ester on barnyardgrass and giant foxtail // Weed Research. 2019. Vol. 59 (2), pp. 124-131.
9. Zhang, Y., Wu, Y., Wu, X., Xie, L., Wang, X., & Wang, X. Evaluation of insecticidal activity and safety of succinic acid monoethyl ester on cotton bollworm // Scientific Reports. 2019. Vol. 9(1), pp. 1-11.
10. Tureniyazova D. A. Spectral analisis of amide derivatives of lupinine alkaloid // International Engineering Journal for Research & Development. 2022. Vol. 7. Issue 3.