Хімія та хімічні технології

Фундаментальні проблеми створення

нових матеріалів і технологій

Михайловська Т.М., Волощук Ю.В.

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

Альгіцидні властивості ізатину та його похідних

Проблема біологічного пошкодження та обростання матеріалів промислових споруд у даний час набула глобального характеру. За обрахунками збиток від прямого біоруйнування до початку семидесятих років вже перевищив 5% об'єму світової промислової продукції. І це без урахування втрат за рахунок біокорозії та біообростання трубопроводів, водопроводів і теплообмінних апаратів у системах водопостачання. Тим часом саме ці чинники призводять до різноманітних перешкод і значного пошкодження устаткування водооборотних систем різних виробництв, як наслідок – зниження ефективності та рентабельності випуску продукції промисловими підприємствами [1].

Проблема біопошкодження матеріалів стоїть в одному ряду з проблемою корозії металічних поверхонь та осадження на них солей твердості . Дуже часто ці процеси взаємопов’язані і відбуваються одночасно, зокрема, вони присутні в системах водяного охолодження. Наявність у водах солей твердості викликає “закипання” труб теплообмінників, іонів Cl^-, SO₄^2-, напівзв’язаного CO₂ і розчиненого кисню – корозію. В градирнях оборотних систем охолодження у весняно-літній період відбувається інтенсивний ріст шкідливих рослин, що викликають біопошкодження. Боротьба з цими шкідливими явищами ведеться різноманітними методами і способами. Одним із основних методів боротьби із біообростанням є введення в систему біоцидних сполук [2].

Для одержання нових біоцидів досліджуються відомі хімічні сполуки та синтезуються нові.

Серед великої кількості речовин, що мають біологічну активність і проявляють гербіцидні та фунгіцидні властивості відомий ізатин та його похідні [3]. Серед похідних ізатину знайдені препарати, які володіють різноманітною фармокотропною дією: антивірусною, антигельмітною, антибактеріальною, фунгіцидною та антиконвульсійною.

Ізатин та його похідні протягом багатьох років привертають увагу синтетиків та дослідників: на їх основі одержані чисельні барвники, лікарські препарати, пестициди, стимулятори росту рослин, аналітичні реагенти та т.ін. Методи та методики синтезу похідних ізатину постійно вдосконалюються та розширюється їх спектр.

Зважаючи на сказане вище, в роботі проведені дослідження ізатину та синтезованих його нових похідних як біоцидів щодо тест-культури синьо-зелених водоростей Cyanophyta, характерних оброщувачів багатьох замкнених систем оборотного охолодження промислових підприємств. Серед таких сполук: ізатин, N-пропілізатин, N-ізопропілізатин, н-бутилізатин, 1-гідрокси-метил-3-(піридил-4-карбогідразидо)ізатин і 3-гідрокси-3-(піридил-2-метил)-оксіндол .

Вивчення впливу ізатину та його похідних на тест-культуру проводилось дослідженням залежностей часу виживання рослини від концентрації солі (рис.1-8). На рисунках стовпчиками позначено кількість частково відмерлих, лінією – повністю відмерлих рослин.

Рис.1. Вплив ізатину (15 мг/л) на Рис.2. Вплив ізатину (10 мг/л) на

життєздатність тест-культури життєздатність тест-культури

Рис.3. Вплив ізатину (5 мг/л) на Рис.4. Вплив N-пропілізатину (15 мг/л)

життєздатність тест-культури на життєздатність тест-культури

На рис.1-3 показано вплив ізатину за різних концентрацій. Як видно з рисунків характер закономірностей відмирання культур від концентрації ізатину відмінний як за кінетикою частково відмерлих культур, так і за їх повним відмиранням. Такі залежності пояснюються, очевидно, особливостями впливу сполуки за різних концентрацій на провідні канали черенків [4]. Час повного відмирання залишався однаковий за досліджених концентрацій.

За аналогічними дослідженнями впливу N-пропілізатину на тест-культуру показано, що його біоцидна дія в порівнянні з ізатином менш ефективна: для повного знищення тест-культури потрібно в 1,5 рази більше часу за однакових концентрацій солей; дія на провідні канали черенків практично однотипна (рис.4). Зміна концентрації N-пропілізатину в межах 2÷15 мг/л, як і для ізатину, не суттєво впливає на ефективність відмирання культури. Виключення складає відмінність кінетики відмирання рослин за концентрації 10 мг/л - відбувалося злипання ниток черенків у конгломерати. Подібна особливість впливу солі описана в роботі [5] для гальмуючої дії фенолу на ріст рослин. Крім того, рН середовища саме за цієї концентрації помітно зменшувалось. Зменшення рН середовища за присутності інгібіторів росту рослин пов’язано з реакціями окиснення-відновлення, що відбуваються в клітинах водоростевих культур в результаті найважливіших процесів життєдіяльності – дихання, фотосинтезу та ін. [6] Культура набувала блідо-зеленого забарвлення з наступним побілінням без характерної появи білих цяточок, які потім повністю вкривали поверхню листочка.

Відомо [7], що наявність розгалуженого радикалу в молекулі зменшує токсичні властивості сполуки. Можна було очікувати, що вплив N-ізопропілізатину на тест-культуру в порівнянні із N-пропілізатином у плані біоцидної дії буде меншим за рахунок ізопропілрадикалу. Очікувана біоцидна дія N-пропілізатину в умовах дослідження підтвердилася, вона виражена у швидшому періоді 100% відмирання культури. Характер кінетичних залежностей та співвідношення кількостей частково і повністю відмерлих культур практично не змінилися.

Збільшення атомів карбону у заміснику також сприяє підвищенню токсичності сполуки [7]. Збільшення атомів карбону в N-заміснику похідного ізатину в н-бутилізатині сприяло значному підвищенню його біоцидної дії, що проявилось у практично повному відмиранні культур за невеликий проміжок часу (рис.5).

Інший механізм прояву біоцидної дії має 1-гідрокси-метил-3-(піридил-4-карбогідразидо)ізатин (рис.6). Така кінетика впливу хімічних сполук на життєздатність культур властива при цитологічному ураженні рослин [4,5]. Під впливом 1-гідроксиметил-3-(піридил-4-карбогідразидо)ізатину досягається повне відмирання клітин тест-культури продовж невеликого проміжку часу.

Біоцидний вплив проявляє також похідне ізатину із замісником у 3-ому положенні – 3-гідрокси-3-(піридил-2-метил)оксіндол. За характером дії він подібний до N-пропілізатину (рис.7).

За результатами проведених досліджень можна констатувати, що всі досліджені сполуки – ізатин та його похідні – проявляють біоцидну дію. Характерна особливість їх дії – прояв активності навіть за невеликих концентрацій (2÷5 мг/л).

За виявленою ефективністю біологічної дії на тест-культуру синьо-зелених водоростей Cyanophyta ізатин та його похідні можна розмістити в ряд: н-бутилізатин >> 1-гідроксиметил-3-(піридил-4-карбо-гідразидо)ізатин > ізатин >> >>N-пропілізатин ~ 3-гідрокси-3-(піридил-2-метил)оксіндол > N-ізопропілізатин.

Література:

1. Лудянский М.Л. Биологическое обрастание в системах пресного водоснабжения // Гидробиол. журнал. – 1989 – Т.25, №6. – С.25-36.

2. Ильичев В. Д. Биоповреждения. - М.: Высш. шк. - 1991. - 352 с.

3. Жунгиету Г.И., Рехтер М.А. Изатин и его производные. Кишинев: Штиинца. – 1977. – С.50-160.

4. Вилли К., Детье В. Биология (Биологические процессы и законы). - М.: Мир. – 1994. – 822 с.

5. Стом Д.И. Действие фенолов на некоторые виды водорослей // Гидробиоло. журнал. – 1996. - вып.13, №6. – С.13-19.

6. Хоботьев В.Г., Король В.М. Изменение активной реакции среды (рН) как показатель состояния водорослей при токсикологическом действии на них химических веществ // В сб.: Методики биологических исследований по водной токсикологии. – М. – 1971. – С.18-24.

7. Крамаренко В.П. Токсикологічна хімія. – К.: Вища школа. – 1995. – 422с.

ВІДОМОСТІ ПРО АВТОРІВ

Михайловська Тетяна Миколаївна - Чернівецький національний університет, тел.(0372)58-47-46 к.х.н., доцент, вул. Коцюбинського, 2, хімічний факультет, Чернівецький національний університет, м.Чернівці, 58012

e-mail: mich2007@ukr.net

вул. Б.Хмельницького, 34, кв.17, м. Чернівці, 58000

Волощук Юліана Віліусівна - Чернівецький національний університет,

тел.(0372)58-47-46 мол.н с., 58012, вул. Коцюбинського, 2, хімічний факультет, Чернівецький національний університет, м.Чернівці