RUDN Journal of Agronomy and Animal IndustriesRUDN Journal of Agronomy and Animal IndustriesВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство2312-797X2312-7988Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba1994910.22363/2312-797X-2023-18-4-475-484JTBZDLPesticides. Looking to the futureПестициды. Взгляд в будущееResearch ArticleDevelopment and synthesis of compounds with fungicidal activity in suppression of fungal growthРазработка и синтез соединений с фунгицидной активностью в подавлении роста грибовhttps://orcid.org/0009-0003-9996-3981DahaevaFatima D.ДахаеваФатима Дикалитовна

Candidate of Economic Sciences, Associate Professor, Department of Information Technologies

кандидат экономических наук, доцент кафедры информационных технологий

dahaevaf@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0004-9647-9630BachmanSarahБахманСара

PhD student, Agrobiotechnological Department, Agrarian and Technological Institute

соискатель агробиотехнологического департамента аграрно-технологического института

khadem2021@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5995-2696GinsMurat S.ГинсМурат Сабирович

Doctor of Biological Sciences, Corresponding Member, Professor, Agrobiotechnological Department, Agrarian and Technological Institute, RUDN University; Head of the Laboratory of Plant Physiology and Biochemistry, Introduction and Functional Product, Federal Scientific Center for Vegetable Growing

доктор биологических наук, член-кор., профессор агробиотехнологического департамента, аграрно-технологический институт, Российский университет дружбы народов; заведующий лабораторией физиологии и биохимии растений, интродукции и функционального продукта, Федеральный научный центр овощеводства,

anirr@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0432-3598BayatMaryamБаятМарьям

Candidate of Biological Sciences, assistant, Agrarian and Technological Institute

кандидат биологических наук, ассистент агробиотехнологического департамента аграрно-технологического института

baiat@mail.ruChechen State UniversityЧеченский государственный университет им. А.А. КадыроваRUDN UniversityРоссийский университет дружбы народовFederal Scientific Vegetable CenterФедеральный научный центр овощеводства15122023184Pesticides. Looking to the futureПестициды. Взгляд в будущее47548429122023Copyright ©; 2023, Dahaeva F.D., Bachman S., Gins M.S., Bayat M.Copyright ©; 2023, Дахаева Ф.Д., Бахман С., Гинс М.С., Баят М.2023Dahaeva F.D., Bachman S., Gins M.S., Bayat M.Дахаева Ф.Д., Бахман С., Гинс М.С., Баят М.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://agrojournal.rudn.ru/agronomy/article/view/19949

The research was conducted to synthesize and study fungicidal activity of synthesized chemical compounds of various classes, triazole and imidazole, and their mode of action due to the wide spectrum of action and low application rates. The developed synthesis methods resulted in several groups of nitrogen-containing heterocyclic compounds and evaluated their fungicidal activity. Inhibitory activity of compounds to strains of Fusarium solani (medium resistance to fungicides) and Sclerotinia sclerotiorum (susceptible to most fungicides) from the collection of phytopathogenic microorganisms of Agrobiotechnological Department, RUDN University, was tested. In the synthesis of new chemical compounds with fungicidal activity, urea derivatives 1-(3-(Difluoromethyl)-1-methyl-1H-pyrazole-5-yl)-3-(2-chlorophenyl) urea were identified and structurally confirmed. All target compounds were evaluated for their antifungal activity to inhibit mycelium growth. Preliminary screening results showed that all synthesized compounds have good fungicidal activity against S. sclerotiorum . The compound 1-(3-(Difluoromethyl)-1-methyl-1H-pyrazole-5-yl)-3-(3-fluorophenyl) urea showed antifungal activity against S. sclerotiorum . At concentration of 100 ppm, the compound suppressed growth of S. sclerotiorum strain by 90.5 %. An in vitro experiment revealed that the compound 1-(3-(Difluoromethyl)1-methyl-1H-pyrazole-5-yl)-3-(3-fluorophenyl) urea was effective for suppressing white mold - S . sclerotiorum , at the dose of 100 mg/L. The significance of the research lies in the fact that production of eco-safe products in agroindustry is impossible without development of new biologically active compounds with low application rates and toxicity indicators, controlled persistence, corresponding to the world level. The results obtained can be implemented in real sector of economy engaged in production of chemical plant protection products. Synthesis and use of new fungicides are relevant in agricultural production as an element of development and intensification of existing agricultural technologies.

Проведено исследование с целью синтеза и изучения фунгицидной активности синтезированных химических соединений различных классов, в частности триазола и имидазола, ввиду широкого спектра действия и малых норм расхода. Разработанными методами синтеза получены несколько групп азотсодержащих гетероциклических соединений и проведена оценка их фунгицидной активности. Проверена ингибирующая активность соединений к штаммам грибов Fusarium solani (штамм, обладающий средней устойчивостью к фунгицидам) и Sclerotinia sclerotiorum (штамм, восприимчивый к большинству фунгицидов) из коллекции культур фитопатогенных микроорганизмов агробиотехнологического департамента РУДН. При синтезе новых химических соединений, обладающих фунгицидной активностью, установлены и структурно подтверждены производные мочевины 1-(3-(Дифторметил)-1-метил-1H-пиразол-5-ил)-3-(2-хлорфенил) мочевина. Все целевые соединения оценивались на их противогрибную активность по ингибированию роста мицелия. Предварительные результаты скрининга показали, что все синтезированные соединения обладают хорошей фунгицидной активностью в отношении S. sclerotiorum. Соединение 1-(3-(Дифторметил)-1-метил-1H-пиразол-5-ил)-3-(3-фторфенил) мочевина проявляла противогрибную активность в отношении S. sclerotiorum. В концентрации 100 ppm соединение подавляло рост штамма S. sclerotiorum на 90,5 %. Эксперимент in vitro выявил, что соединение 1-(3-(Дифторметил)-1-метил-1H-пиразол-5-ил)-3-(3-фторфенил) мочевина было эффективным для подавления склеротиниозной гнили — S. Sclerotiorum — в дозе 100 мг/л. Значимость исследований состоит в том, что производство экологически безопасной продукции в агропромышленном комплексе невозможно без разработки новых биологически активных соединений, обладающих низкими нормами расходов и показателями токсичности, контролируемой персистентностью, соответствующими мировому уровню. Полученные результаты можно внедрить в реальный сектор экономики, занимающийся производством химических средств защиты растений. Синтез и использование новых фунгицидов актуальны в сельскохозяйственном производстве как элемент развития и интенсификации существующих аграрных технологий.

triazolesureaplant protection productsazolespesticidesagriculturechemical heterocyclic compoundsbiological efficiencyтриазолымочевинасредства защиты растенийазолыпестицидыземледелиехимические гетероциклические соединениябиологическая эффективностьРабота выполнена в рамках государственного задания ФГБОУ ВО «ЧГУ им А. Кадырова (тема FEGS-2023–0006).The research was carried out on the government assignment of Chechen State University (FEGS-2023– 0006).Gar MM, Krivtsova VG, Popkov SV. Synthesis and fungicidal activity of 8‑alkyl‑4‑aryl‑3,4,5,6,7,8‑hex ahydro‑2(7R)-quinazolinethiones. Agrohimia. 2013;(4):60–68. (In Russ.).Гар М.М., Кривцова В.Г., Попков C.B. Синтез и фунгицидная активность 8-алкил-4-арил-3, 4, 5, 6, 7, 8- и 3, 4, 5, 6, 7, 10-гексагидро-2(7Я)-хиназолинтионов и их аналогов // Агрохимия. 2013. № 4. С. 60-68.Popkov SV. Sintez i fungitsidnaya aktivnost’ zameshchennykh 1‑azolilmetiltsiklogeksanolov [Synthesis and fungicidal activity of substituted 1‑azolylmethylcyclohexanols]. Moscow; 1994. (In Russ.).Попков С.В. Синтез и фунгицидная активность замещенных 1-азолилметилциклогексанолов: дис. … канд. хим. наук. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 1994.Gar MM, Arkhipova ON, Popkov SV. Synthesis and fungicidal activity of substituted 2‑thiocarbamoyl‑3‑phenyl‑3,3a,4,5,6,7‑hexa-hydro‑2‑indazols. In: Advances in chemistry and chemical technology: conference proceedings. Moscow; 2007. Vol.21. No.12. p.80. (In Russ.).Гар М.М., Архипова О.Н., Попков C.B. Синтез и фунгицидная активность замещенных 2-тиокарбам оил-3-фенил-3,3а,4,5,6,7-гекса-гидро-2-индазолов // Успехи в химии и хим. технологии: сб. науч. трудов. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. Т. 21. № 12. С. 80.Behzad A, Astarkhanova TS. Biological efficacy of new generation fungicides on the development of leaf-rolling diseases of winter soft wheat. Theoretical and applied problems of agro-industry. 2023;(1):23–28. (In Russ.). doi: 10.32935/2221‑7312‑2023‑55‑1‑23‑28Бехзад А., Астарханова Т.С. Биологическая эффективность фунгицидов нового поколения против листостебельных болезней озимой пшеницы // Теоретические и прикладные проблемы АПК. 2023. № 1 (55). С. 23-28. doi: 10.32935/2221-7312-2023-55-1-23-28Cao F, Souders CL, Li P, Pang S, Qiu L, Martyniuk CJ. Developmental toxicity of the triazole fungicide cyproconazole in embryo-larval stages of zebrafish (Danio rerio). Environmental Science and Pollution Research. 2019;26(5):4913–4923. doi: 10.1007/s11356‑018‑3957‑z.Cao F., Souders C.L. 2nd, Li P., Pang S., Qiu L., Martyniuk C.J. Developmental toxicity of the triazole fungicide cyproconazole in embryo-larval stages of zebrafish (Danio rerio) // Environmental Science and Pollution Research International. 2019. Vol. 26. № 5. P. 4913-4923. doi: 10.1007/s11356-018-3957-zBehzad A, Bahman S, Astarkhanova TS, Pakina EN. Characteristics of heterocyclic compounds and the activity of synthesized compounds against powdery oat fungi Ehusirhe graminis. In: World of science: conference proceedings. 2023. p.79–91. (In Russ.).Бехзад А., Бахман С., Астарханова Т.С., Пакина Е.Н. Характеристика гетероциклических соединений и активность синтезированных соединений против мучнисторосяных грибов Еrysiphe graminis // III Международная научно-практическая конференция «WORLD OF SCIENCE». 2023. С. 79-91.Burmaoglu S, Yilmaz AO, Polat MF, Kaya R, Gulcin I, Algul O. Synthesis of novel tris-chalcones and determination of their inhibition profiles against some metabolic enzymes. Arch Physiol Biochem. 2021;127(2)153–161. doi: 10.1080/13813455.2019.1623265Burmaoglu S., Yilmaz A.O., Polat M.F., Kaya R., Gulcin İ., Algul O. Synthesis of novel tris-chalcones and determination of their inhibition profiles against some metabolic enzymes // Arch Physiol Biochem. 2021. Vol. 127. № 2. P. 153-161. doi: 10.1080/13813455.2019.1623265Gar MM, Arkhipova ON, Popkov SV. Synthesis and fungicidal activity of 7‑substituted 2‑thiocarbamoyl‑3‑aryl-hexahydroindazoles. Agrohimia. 2009;(6):40–45. (In Russ.).Гap M.M., Архипова О.H., Попков С.В. Синтез и фунгицидная активность 7-замещенных 2-тиокарбамоил-3-арил-гексагидроиндазолов // Агрохимия. 2009. № 6. С. 40-45.Astarkhanova TS, Pakina EN. Synthesis and characterization of compounds with fungicidal activity. In: Scientific Forum: conference proceedings. 2023. p.31–34. (In Russ.).Астарханова Т.С., Пакина Е.Н. Синтез и характеристика соединений с фунгицидной активностью // II Международная научно-практическая конференция «Научный форум». Пенза, 2023. С. 31-34.Gar MM, Eremeev AV, Popkov SV. Napravlennyi sintez stereo-izomernykh 2‑tiokarbamoil‑3‑aril‑3,3 a,4,5,6,7‑geksagidro‑2‑indazolov, obladayushchikh fungitoksichnost’yu [Directed synthesis of stereoisomeric 2‑thiocarbamoyl‑3‑aryl‑3,3a,4,5,6,7‑hexahydro‑2‑indazoles with fungitoxicity]. XIX Mendeleev Congress on General and Applied Chemistry. Volgograd; 2011. p.159. (In Russ.).Гар М.М., Еремеев А.В., Попков С.В. Направленный синтез стереоизомерных 2-тиокарбамоил-3-арил-3,3а,4,5,6,7-гексагидро-2-индазолов, обладающих фунгитоксичностью // XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии: тез. докл.: в 4 т. Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2011. Т. 1. С. 159.Petricca S, Flati V, Celenza G, Di Gregorio J, Lizzi AR, Luzi C, et al. Tebuconazole and econazole act synergistically in mediating mitochondrial stress, energy imbalance, and sequential activation of autophagy and apoptosis in mouse Sertoli TM4 cells: possible role of AMPK/ULK1 axis. Toxicological Sciences. 2019;169(1):209–223. doi: 10.1093/toxsci/kfz031Petricca S., Flati V., Celenza G., Di Gregorio J., Lizzi A.R., Luzi C., Cristiano L., Cinque B., Rossi G., Festuccia C., Iorio R. Tebuconazole and econazole act synergistically in mediating mitochondrial stress, energy imbalance, and sequential activation of autophagy and apoptosis in mouse Sertoli TM4 cells: possible role of AMPK/ULK1 axis // Toxicological Sciences. 2019. Vol. 169. №. 1. P. 209-223. doi: 10.1093/toxsci/kfz031Terentyev AO, Sharipov MY. Creation of fungicidal preparations based on organic thiocyanates. In: WSOC‑2016: conference proceedings. Krasnovidovo; 2016. p.238. (In Russ.).Шарипов М.Ю., Терентьев А.О. Создание фунгицидных препаратов на основе органических тиоцианатов // Тезисы докладов. Зимняя конференция молодых ученых по органической химии «WSOC-2016». Красновидово, 2016. С. 238.Burmaoglu S, Yilmaz AO, Taslimi P, Algul O, Kilic D, Gulcin I. Synthesis and biological evaluation of phloroglucinol derivatives possessing α-glycosidase, acetylcholinesterase, butyrylcholinesterase, carbonic anhydrase inhibitory activity. Archiv der Pharmazie. 2018;351(2):1700314. doi: 10.1002/ardp.201700314Burmaoglu S., Yilmaz A.O., Taslimi P., Algul O., Kilic D., Gulcin I. Synthesis and biological evaluation of phloroglucinol derivatives possessing α-glycosidase, acetylcholinesterase, butyrylcholinesterase, carbonic anhydrase inhibitory activity // Arch Pharm (Weinheim). 2018. № 351(2). doi: 10.1002/ardp.201700314Bayat M, Zargar M, Murtazova KS, Nakhaev MR, Shkurkin SI. Ameliorating seed germination and seedling of nano-primed wheat and flax seeds using seven biogenic metal-based nanoparticles. Agronomy. 2022;12(4):811. doi: 10.3390/agronomy12040811Bayat M., Zargar M., Murtazova K.S., Nakhaev M.R., Shkurkin S.I. Ameliorating Seed Germination and Seedling of Nano- Primed Wheat and Flax Seeds Using Seven Biogenic Metal- Based Nanoparticles // Agronomy. 2022. Vol. 12. № 4. Р. 811. doi: 10.3390/agronomy12040811Liu A, Wang X, Liu X, Li J, Chen H, Hu L, et al. Synthesis and fungicidal activity of novel 2‑heteroatomthiazole-based carboxanilides. Journal of Heterocyclic Chemistry. 2017;54(2):1625–1629. doi: 10.1002/jhet.2668Liu A., Wang X., Liu X., Li J., Chen H., Hu L., Yu W., He L., Liu W., Huang M. Synthesis and Fungicidal Activity of Novel 2-Heteroatomthiazole-based Carboxanilides // J. Heterocyclic. Chem. 2017. Vol. 54. № 2. Р. 1625-1629. doi: 10.1002/jhet.2668Haskin BA. Mechanism of action of systemic fungicides. Russian Chemistry Journal. 1988;33(6):698–710. (In Russ.).Хаскин Б.А. Механизм действия системных фунгицидов // Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 1988. Т. 33. № 6. С. 698-710.