Том 24, № 3 (2024)
Химия
Электрохимический синтез замещенных 2-амино-4Н-хромен-3-карбонитрилов на основе кросс-сопряженных диеноновых производных циклогексана и малононитрила
Аннотация
Актуальность исследований в области химии соединений ряда 2-аминохромен(пиран)-3-карбонитрила обусловлена их практической значимостью и многочисленными возможностями трансформации. За последние два десятилетия наблюдается динамическое развитие электрохимического синтеза соединений данного ряда, что определяется возможностью исключения дорогих или токсичных реагентов, проведением реакций при обычных температурах и давлении в электролизерах достаточно простой конструкции и другими достоинствами. Основываясь на эффективности и экологичности этого метода, нами впервые осуществлен синтез 2-аминотетрагидро-4Н-хромен3-карбонитрилов на основе доступных кросс-сопряженных диеноновых производных циклогексанового ряда и малононитрила в условиях электролиза (платиновый катод, графитовый анод, KBr – электролит, 80% EtOH). Контроль за ходом реакции и электрохимическим поведением всех компонентов проводился с использованием циклической вольтамперометрии. Анализ вольтамперограмм позволил установить прямую активацию метиленовой компоненты на катоде с образованием аниона - CH(CN)2 . Сравнение электрохимического синтеза хроменкарбонитрилов с химическим указывает на значительное преимущество электросинтеза за счет исключения токсичного органического катализатора, сокращения времени реакций с хорошими выходами продуктов, а также возможности мониторинга реакций с помощь циклической вольтамперометрии и дисперсности продуктов.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024;24(3):240-248
240-248
Синтез 5-амино-3-арил-1H-пиразол-4-карбонитрилов на основе гидразинов или бензгидразидов в условиях ультразвуковой активации
Аннотация
Пиразолы, содержащие амино- и карбонитрильные группы, обладают широким спектром биологической активности, включая противомикробную, противовоспалительную, противоопухолевую, антиоксидантную, используются для создания пестицидов и красителей, а также являются синтонами для получения различных полигетероциклических соединений. Новые потенциально биологически активные 5-амино-3-арил-1H-пиразол-4-карбонитрилы, содержащие фармакофорные заместители, получены в трёхкомпонентных реакциях конденсации динитрила малоновой кислоты сзамещёнными ароматическими альдегидами и бензгидразидами или гидразинами. Рассмотрены границы применимости в подобных превращениях гидразинов и гидразидов, среди которых есть слабые нуклеофилы. Описанные целевые соединения были синтезированы с использованием подхода «зеленой химии» — в условияхультразвуковой активации в воде или смеси водыс изопропиловымспиртомс добавлениемтриэтиламина в качестве основного катализатора. Продемонстрирована применимость данного экологичного, экономного и эффективного подхода для синтеза как незамещённых при гетероатомах азота (7, 8), так и N-арил- (4,6) либо N-ароилзамещённых (1–3) пиразол-4-карбонитрилов. В реакции 3-нитробензгидразида с 4-бензилокси-3-метоксибензальдегидом и динитрилом малоновой кислоты вместе с пиразол-4-карбонитрилом (2) выделяется основание Шиффа (2’) как побочный продукт. Постадийными синтезами показано, что первоначальной реакцией трёхкомпонентного взаимодействия может быть либо кротоновая конденсация, либо образование основания Шиффа. В любом случае при последующей гетероциклизации образуются неустойчивые замещённые пиразолины, которые в условиях синтеза ароматизуются под действием кислорода воздуха до целевых пиразолов. Состав и строение продуктов подтверждены данными элементного анализа, ЯМР 1 H, 13C спектроскопии, гетероядерных корреляций HSQC, HMBC.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024;24(3):249-261
249-261
Влияние цетиламина на спектры поглощения и протолитические свойства люмогаллиона и магнезона ХС
Аннотация
Спектрофотометрическим методом изучено взаимодействие моноазосоединений люмогаллиона (ЛГ) и магнезона ХС (МХС) с цетиламином (ЦА) в широком интервале рН. Показано, что образование ионных ассоциатов ЦА при взаимодействии его катиона по сульфогруппе азосоединений в интервале рН 1–4 не изменяет электронные спектры поглощения азосоединений. Взаимодействие ЦА по диссоциированным ОН-группам, сопряженным с π-системой азореагентов, приводит к батохромному сдвигу максимума спектра поглощения соответствующей ионной формы реагентов на 15 и 30 нм для двух- и трёхзарядной форм ЛГ соответственно и на 50 нм для двухзарядной формы МХС. Сдвиг максимума спектра поглощения сопровождается смещением величины кажущейся рК реагентов на 2–4 единицы рН, вызванным связыванием диссоциированной формы реагентов. Причиной указанных изменений в спектрах поглощения и протолитических свойствах обоих реагентов является образование гидрофобно-гидратированных ионных ассоциатов азосоединений с катионом цетиламина.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024;24(3):262-270
262-270
Идентификация цефалоспориновых антибиотиков с использованием ИК-спектроскопии и хемометрических алгоритмов
Аннотация
Показано использование ИК-спектроскопии в средней области в сочетании с хемометрическими алгоритмами для идентификации цефалоспориновых антибиотиков в виде порошков для инъекций. В качестве объектов исследования выбраны цефалоспорины III поколения: цефтриаксон, цефтазидим, цефотаксим, широко применяющиеся в фармацевтической практике. ИК-спектры препаратов регистрировали с использованием ИК-фурье-спектрометра ФТ-801 с приставкой нарушенного полного внутреннего отражения. Обработку результатов осуществляли в компьютерном пакете Microsoft Excel с надстройкой XLSTAT методом главных компонент (МГК) / principal component analysis (PCA), методом k-средних / k-means и агломеративной иерархической кластеризации / аgglomerative hierarchical clustering (АНС). Показано, что с помощью данных алгоритмов можно провести идентификацию исследуемых цефалоспориновых антибиотиков различных производителей. В методе МГК точки, соответствующие образцам, находятся в отдельных квадрантах в зависимости от природы антибиотика. Методом k-средних получено разделение антибиотиков на классы, также видны различия и в самих классах в зависимости от производителя. Наиболее наглядное разделение цефалоспоринов наблюдается при представлении данных методом АНС в виде дендрограммы.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024;24(3):271-281
271-281
Модификация твердофазной полимерной поверхности путём прививки акриловых мономеров
Аннотация
Прививочная сополимеризация на твёрдую полимерную поверхность является эффективным инструментом модификации последней. Опубликовано большое число работ, которые требуют систематизации. Осуществлён поиск и обзор англоязычной научной литературы, посвящённой прививочной сополимеризации акриловых мономеров на полимерную твердофазную поверхность. Рассматривалась прививка как на пластины и плёнки, так и на воло́кна и коллоидные частицы. На большом числе работ выявлено, что наиболее популярными субстратами для прививочной сополимеризации являются (кроме полиэтилена) пропилен и полиэтилентерефталат, также использовались полиуретаны, полифторэтилены, каучуки и др. Прививочная полимеризация в основном происходит на аморфных участках подложки и не разрушает кристаллическую фазу. Возможно привлечение методом контролируемой радикальной полимеризации (ATRP, RAFT). Из акриловых мономеров применялись акриловая и метакриловая кислоты, глицидилакрилат и глицидилметакрилат и другие, а основным методом служила фотополимеризация под УФ-лучами с инициатором – бензофеноном. Изтрёх алифатических кетонов (ацетон, метилэтилкетон и метилпропилкетон) лучшим растворителем оказался ацетон. Использовали также софотоинициаторы (наблюдали синергетический эффект), коронный разряд, гамма-излучение (60Co), обработку озоном и плазмой, средусверхкритического CO2 . Степень прививки регулировали путём изменения времени замачивания в мономере, давления, концентрации мономера и инициатора в жидкой фазе, температуры реакции и времени самой реакции. Предложена также новая технология прививочной полимеризации с фотопаттерном. Затронуты задачи прививочной полимеризации в плане модификации поверхности полимерных материалов (гидрофилизация поверхности, улучшение окрашиваемости и смачиваемости, усиление адгезии к тем или иным поверхностям, биосовместимости), указываются возможные сферы их применения.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024;24(3):282-291
282-291
Биология
Плотность всходов сосны обыкновенной в сосновых лесах под влиянием выбросов Карабашского медеплавильного комбината и лесных пожаров
Аннотация
Оценили особенности естественного возобновления сосны в лесах с разной давностью низовых пожаров на Южном Урале в зависимости от уровня загрязнения тяжелыми металлами. На материалах, полученных на 81 пробной площади, заложенных в приспевающих, спелых и перестойных сосновых лесах естественного происхождения в трех типах лесорастительных условий (ТЛУ 1 – ТЛУ 3), анализировали связь плотности всходов сосны с состоянием древостоев (сомкнутость крон, возраст древостоя, индекс жизненного состояния древостоя), с характеристиками состояния растительности (общее число видов, общее проективное покрытие травяно-кустарничкого яруса, проективное покрытие мохового яруса), с внешними воздействиями (уровень загрязнения, расстояние от источника эмиссии, давность пожарного нарушения), с методическими особенностями исследования (год учетов). Высокая изменчивость оценок плотности всходов сосны не позволила выявить сопряженность плотности всходов с уровнем загрязнения и/или пожарными нарушениями. Плотность всходов нелинейно связана с проективным покрытием травяно-кустарничкового яруса. С увеличением покрытия травяно-кустарничкового яруса плотность всходов увеличивалась на участках с высокими уровнями загрязнения и снижалась на участках с фоновым загрязнением.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024;24(3):292-301
292-301
Особенности развития генеративных структур некоторых цветковых растений
Аннотация
Обобщены результаты сравнительного изучения различных аспектов репродуктивной биологии 12 видов растений из 11 семейств (Magnoliaceae, Annonaceae, Ericaceae, Campanulaceae, Anacardiaceae, Lamiaceae, Ranunculaceae, Davidiaceae, Nyssaceae, Onagraceae, Papaveraceae); представлены некоторые закономерности формирования системы репродукции, заключающиеся в сопряженности развития мужских и женских элементов, созревании гамет и в процессе опыления. Сделано заключение о высоком репродуктивном потенциале изученных видов, выражающемся в нормальном развитии генеративных структур и успешных процессах опыления и оплодотворения. Показана возможность использования знаний о репродуктивных процессах цветковых растений и антэкологических аспектов их репродукции при селекции сельскохозяйственных растений, в определении стратегии размножения и сохранении фиторазнообразия.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024;24(3):302-314
302-314
Разнообразие форм отгибов листочков околоцветника Colchicum laetum L., C. ancyrense B. L. Burtt и C. bulbocodium var.versicolor (Ker Gawl.) K. Perss
Аннотация
Объектом исследования были C. laetum L., C. ancyrense B. L. Burtt и C. bulbocodium var. versicolor (Ker Gawl.) K. Perss. Исследовали изменчивость формы отгибов листочков околоцветника методом геометрической морфометрии. В каждой из 30 популяций, расположенных на территории Европейской России, исследовали по 30 образцов. Для визуализации исходных данных для выявления закономерностей изменчивости формы отгибов листочков околоцветника использовали анализглавных компонент (PCA). Относительно хорошо отделены друг от друга по этому признаку только C. bulbocodium subsp. versicolor и C. ancyrense, в то время как C. laetum не отделяется ни от того, ни от другого вида за счёт гораздо большей амплитуды полиморфизма. Подобное пространственное распределение морфологических параметров у исследованных видов может быть связано с воздействием биогеографических факторов.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024;24(3):315-320
315-320
Адаптивный потенциал твердой пшеницы сортов саратовской селекции в условиях Нижнего Поволжья
Аннотация
Объектами исследования служили растения 14 сортов твердой пшеницы Triticum durum Desf. Проведен структурный анализ элементов продуктивности растений, культивированных в полевых условиях в 2020, 2021 и 2023 гг. Выявлены сортовые особенности формирования элементов продуктивности сортов твердой пшеницы саратовской селекции в разных метеорологических условиях. Основываясь на особенностях формирования основных элементов продуктивности колоса, выделены сорта со сбалансированным типом морфогенетических систем. В 2020 г. сортом со сбалансированным типом морфогенетических систем по элементам продуктивности колоса – числу колосков, числу зерновок и их массе является сорт Луч 25, в 2021 г. – Николаша и Золотая волна. В условиях 2023 г. сбалансированных сортов по всем элементам продуктивности колоса – числу колосков, числу зерновок и их массе – не обнаружено. Определены сбалансированные сорта по двум элементам продуктивности: сорта Николаша, Золотая волна сбалансированы по количеству колосков и массе зерновки, сорт Лилек – по количеству зерновок и массе зерновки. Определены значения селекционных индексов – мексиканского, канадского, индекса линейной плотности колоса. Выделен сорт, у которого значения селекционных индексов за весь период исследования были неизменными – сорт Саратовская 40 мексиканского индекса. Сорт Елизаветинская среди всех 14 сортов характеризуется минимальными значениями индекса линейной плотности колоса в течение трех лет.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024;24(3):321-327
321-327
Экология
Роль неравновесной динамики численности и генетической структуры популяций в межвидовых взаимодействиях большого (Spermophilus major Pall.) и крапчатого (Spermophilus sulicus Güld.) сусликов в широкой зоне симпатрии
Аннотация
Динамика численности и генетической структуры популяций являются одними из ведущих факторов, определяющих успешность существования популяций во времени и пространстве. На основе наблюдений (изменения численности) и данных молекулярно-генетического анализа (CR и cyt b) изучена динамика демографической и генетической структуры популяций большого (Spermophilus major Pall.) и крапчатого (S. suslicus Güld.) сусликов в зоне симпатрии. Показана схожая цикличность временной динамики генетической структуры популяций у обоих симпатрических видов. У большого суслика, как экологически более пластичного вида и склонного к миграционной активности, популяционно-генетические процессы происходят в больших масштабах. Взрывная демографическая ситуация, связанная с прохождением популяций состояния «бутылочного горлышка», является одним из факторов, приводящих к межвидовой гибридизации.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024;24(3):328-333
328-333
Биотестирование меламина с использованием многокомпонентной тест-системы
Аннотация
В последние десятилетия вместо галогенсодержащих антипиренов стали шире использовать более безопасные антипирены, в том числе азотсодержащие соединения. Однако их 30.04.2024экотоксичность слабо изучена. С помощью комплекса тест-организмов была оценена экотоксичность широко используемого азотного антипирена меламина в концентрациях, равных ПДК в воде (4 мг/л), 5ПДК (20 мг/л) и 10ПДК (40 мг/л). Оценка экотоксичности по дегидрогеназной активности тест-микроорганизма Dietzia maris AM3 показала стимулирующее воздействие меламина в концентрации, равной ПДК, концентрации 5ПДК и 10ПДК ингибировали активность дегидрогеназ на 19,3 и 10,5 %, что свидетельствовало о слабой токсичности. Токсического воздействия на протококковую водоросль Chlorella vulgaris Beijer не наблюдалось ни в одной из исследованных концентраций. Влияние растворов меламина на смертность ветвистоусых рачков Daphnia magna Straus отмечалось только при концентрации, равной 10ПДК, гибель дафний при этом составила 25 %. В ходе ряскового теста установлено ингибирующее воздействие меламина в концентрациях, равных ПДК и 5ПДК, на ростовые характеристики Lemna minor L., а также обнаружено значительное (на 47–52%) снижение содержания общего хлорофилла в листецах при действии всех исследованных концентраций. Полученные новые сведения об экотоксичности меламина важны для прогнозирования острого и хронического воздействия антипиренов на организмы окружающей среды, включая человека.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024;24(3):334-341
334-341
Потенциальный биоклиматический ареал Ephedra distachya L.
Аннотация
Приводятся современные данные по распространению Ephedra distachya L. Предпринята попытка моделирования биоклиматического ареала вида методом максимальной энтропии и сравнения полученных данных с ареалом, определенным в сводке «Флора СССР», с учетом дополнений из монографий «Флора европейской части СССР» и «География древесных растений СССР». MaxEnt-моделирование потенциального ареала E. distachya проводилось на основе фондов гербария Саратовского государственного университета (SARAT), базы данных GBIF и электронного атласа «Plantarium». Всего использовано 6973 точки местонахождения вида. В соответствии с полученной биоклиматической моделью, в современном климате наиболее благоприятны условия для существования вида на побережье Черного, Азовского, Мраморного, Средиземного и Каспийского морей, на территориях бывших АзССР, УССР и ГрузССР. В РСФСР (современной РФ) нахождение вида оптимально в Приволжском, Северо-Кавказском и Южном федеральных округах. Резкое сужение потенциального ареала наблюдается в Уральском и Центральном федеральных округах РФ, а также на территориях бывших ТурССР и КазССР. Точность модели подтверждает высокий показатель AUC (Area Under Curve), который составляет 0.933 для тренировочных данных и 0.930 для тестовых. Установлены климатические параметры, влияющие на расселение вида, в которых его существование оптимально. Наибольший вклад в построение модели после пермутации внесли изотермальность (32%), среднегодовая температура (23.1%), среднемесячная суточная амплитуда температуры (12.4%), а также максимальная температура наиболее теплого месяца (11.6%). Проведён корреляционный анализ параметров, внесших наибольший вклад после пермутации. При оценке погрешности методом jackknife получена переменная (среднегодовая температура), содержащая наибольшую информацию, которой нет в других переменных, исключение этой переменной ведет к ухудшению модели.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024;24(3):342-351
342-351
Фауна и биотопическое распределение гамазовых клещей (Acari: Mesostigmata), в гнездах береговой ласточки (Riparia riparia (Linnaeus, 1758)) на территории Саратовской области
Аннотация
Основой для статьи послужили энтомологические сборы из гнезд береговой ласточки (Riparia riparia (Linnaeus, 1758)) с территории Саратовской области в 2019–2022 гг. Всего было обследовано 12 колоний в Воскресенском, Красноармейском, Лысогорском, Ровенском, Энгельсском и Хвалынском районах Саратовской области, а также на территории города Саратова. Гамазовых клещей собирали с помощью термофотоэклектора, экстракцию клещей изгнездового материала проводили в течении двух-трех часов, а затем определяли. В каждой из изученных колоний закладывали почвенный разрез и проводили его морфологическое описание. В результате исследований в гнёздах был выявлен 21 вид из 10 семейств гамазовых клещей (Laelapidae, Haemogamasidae, Ascidae, Ologamasidae, Ameroseiidae, Dermanyssidae, Macrochelidae, Melicharidae, Pachylaelapidae, Rhodacaridae). Наибольшей численностью и видовым разнообразием характеризуются колонии, расположенные в чернозёме остаточно-карбонатном на известняке (12 видов, 6719 экз.), наименьшее – в колонии, расположенной в темно-каштановой почве на песке (3 вида, 339 экз.). Доминантную группировку составляют 3 вида: Androlaelaps casalis (Berlese, 1887) – эктопаразит, облигатный нидикол, Stratiolaelaps miles (Berlese, 1892) и Hypoaspisella lubrica (Oudemans & Voigts, 1904) – свободно живущие гамазовые клещи, факультативные нидиколы.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2024;24(3):352-360
352-360