Разработка бинарных удобрений, содержащих ультрадисперсные формы металлов и хелаты, с использованием смешаннолигандных металлокомплексов

Цель работы – разработка удобрений нового поколения на основе моно- и смешаннолигандных комплексов металлов (эссенциальных (Fe, Co, Mo, Se, Mn) и потенциально-токсичных (Sn, Ge, Ni, Zr, Ag) с биологическими активными молекулами и ультрадисперсными частицами металлов, сочетающих качества традиционных удобрений и свойства пестицидов. 1) Проведен патентный обзор по теме исследования и аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках НИР, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии 300 научно-информационных источников за период 2019 – 2024 гг 2) Теоретически установлены потенциалы системы перехода хелат -> восстановитель -> комплекс (УДЧ). Также осуществлена попытка экспериментально установить потенциалы перехода на модельной системе с участием катиона железа не удалось. Определение ОВП осуществляли потенциометрически, основываясь на методике указанной в [Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W.Pratt., 2016, ISBN 978-1-118-91840-1.] 3) В рамках проблемы подбора базисного набора в сочетании с наиболее подходящим функционалом для минимизации ошибок последующих расчетов металлокомплексов флаваноидов представлена сравнительная оценка эффективности шести функционалов B3LYP, B3PW91, CAM-B3LYP, PBE0, LC-ωPBE, M06 в сочетании с девятью базисами 6-31++G, 6-311++G, LANL2DZ, Def2SVPP, Jorge-DZP, STO-6G, CRENBL, CEP-121G, AUG-cc-PVTZ. С использованием выбранного приближения проведен квантово-химический расчет металлокомплексов аминокислот с железом. Определены значения ∆G и ∆Н, построены теоретические ИК-спектры. Проведена оптимизация и построены карты молекулярно-электростатического потенциала представителей различных классов флавоноидов – кверцетин из класса флавонолы, цианидин класса антоцианидины, пиноцембрин и нарингенин класса флавононы, лютеолин из класса флавоны, формононетин из класса изофлавоны, рутин в качестве гликозида флавонола кверцетина, катехин из класса катехины. 4) Отработаны способы получения моно- и смешаннолигандных металлокомплексов лигандами в которых выступают биологически активные вещества. Установлены значения pH исходных и образующихся веществ и проведено сравнение экспериментальных и теоретических данных, полученных с использованием квантово-химического моделирования. Образование комплекса доказано с использованием УФ, ИК – спектроскопии. 5) Проведен синтез УДЧ Fe, Ag, Co, Mn, Cu, в том числе, с использованием полученных металлокомплексов. Проведена оценка стабильности ультрадисперсных форм металлов. В качестве восстановителя использовался кверцетин. Установлено, что среди полученных частиц металлов большая часть (22 образцов) являются наноразмерными, занимая диапазон от 6,22 до 93 нм, 10 образцов представлены ультрадисперсными формами (от 100 до 1000 нм). Высокие значения дзета-потенциала свидетельствуют о достаточной стабильности суспензий и медленном осаждении, агломерации в крупные частицы. 6) Полученные УДЧ проверяли на фитотоксичность, зоотоксичность, бактерицидную и фунгицидную активность. Оценку воздействия проводили на Triticum aestivum. Положительное воздействие оказывают хелаты и УДЧ – железа, марганца и частично кобальта; отрицательное – меди. Серебро в форме УДЧ, при внесении малых количеств, не оказывает воздействие, хелатная форма – подавляет рост. Общий анализ биологической активности проведен с использованием тест-системы на основе люминесцирующего бактериального штамма Escherichia coli K12 TG1. Максимальным ингибирующим эффектом обладают соли металлов, менее токсичны – хелаты, а УДЧ и НЧ занимают последнее место в этом ряду. 8) Оценка зоотоксичности была проведена с использованием дождевых червей Eisenia fetida (Sav.). Максимальная исследованная концентрация испытуемых растворов (0,25 мл на 1 гр) спровоцировала 100% гибель тест-организмов в 3 опытных линиях (Ag хелат, УДЧ Fe, Кверцетин контроль). При концентрации 0,16 мл на 1 гр 100% смертность зарегистрирована не была, однако при данной концентрации наблюдается 50% гибель тест-организмов. Наилучший результат показали все растворы в концентрации 0,08 мл на 1 гр, не спровоцировавшие гибели червей, однако в 6 случаях вызвавшие сублетальные эффекты (CuCl2 контроль, Ag хелат, Co хелат, УДЧ Mn, УДЧ Cu, УДЧ Fe).