3.2.4 Продуценты этилена

Фитогормон этилен регулирует широкий спектр физиологических процессов в развитии растения и координирует реакции клеток на стрессовые факторы. Аналогичный, но более слабый эффект оказывает ацетилен. В конце ХIХ века в европейских странах в течение некоторого времени для освещения жилых помещений использовали газовые горелки. В качестве горючего вещества в них использовали газообразные продукты пиролиза угля (при коксовании), и уже тогда обратили внимание на то, что в помещениях с газовым освещением быстро увядают и сбрасывают листья не только срезанные цветы в вазах, но и цветы в горшках. Возможность регуляции обменных процессов в растениях газообразным веществом можно было заметить и при хранении фруктов и овощей: в закрытых хранилищах незрелые плоды дозревают скорее, чем в вентилируемых. Достаточно быстро было установлено, что в основе регуляторного эффекта светильного газа лежат две его компоненты – этилен и ацетилен. Позже было установлено, что этилен продуцируется и самими растениями. Для этого через заполненную спелыми фруктами ёмкость прокачивали воздух и пропускали его при охлаждении через активированный уголь с сорбированным на нем бромом. При последующей обработке этого угля паром было выделено немного тяжелой жидкости, химический анализ которой показал, что она представляет собой продукт присоединения брома к этилену – дибромэтан.

Этилен, который принято считать ингибитором роста, ускоряет процессы созревания сочных плодов и вызывает опадение листьев у многих растений. В то же время у некоторых декоративных тропических растений и у ананаса этилен вызывает цветение. При обработке продуцирующими этилен веществами гевея более чем вдвое увеличивает отток латекса.

В растениях этилен образуется из аминоциклопропанкарбоновой кислоты (АЦПК), источником которой служит аденозилметионин. Обычный продукт метаболизма – аденозилметионин (из АТФ и метионина) – под действием содержащегося в растениях фермента АЦПК-синтазы разлагается на аминоциклопропанкарбоновую кислоту и S‑метилтиоаденозин:

Этилен образуется из аминоциклопропанкарбоновой кислоты в окислительно-восстановительном превращении, катализируемом АЦПК-оксидазой:

Это превращение блокируется многими веществами, среди которых диоксид углерода, ингибиторы реакций с участием свободных радикалов и антибиотики, представляющие собой замещенные винилглицины, например, ризобитоксин и метоксивинилглицин:

В роли антагонистов этилена могут выступать замещённые циклопропены, связывающиеся с рецептором на этилен в реагирующих на этот фитогормон биохимических системах. В частности, на практике для увеличения сроков хранения фруктов и продления жизни срезанных цветов используется метилциклопропен с т. кип. около 12 °С. Его получают действием сильных оснований, например, фениллития, на металлилхлорид:

В практике сельского хозяйства используются вещества, называемые продуцентами этилена. Так, например, ограниченное применение находят кремнийорганические соединения с 2‑хлорэтильными группами, в числе которых этасиласил – трис(2-метоксиэтокси)-2-хлорэтилсилан:

Однако, самым широко используемым продуцентом этилена является 2‑хлорэтилфосфоновая кислота. Её 2-хлорэтиловый эфир получают в результате перегруппировки трис(2-хлорэтил)фосфита по реакции Михаэлиса–Арбузова:

Гидролиз эфира проводят в кислой среде и осторожно переводят образующуюся кислоту в соль так, чтобы при этом значение рН среды не превышало 3,0, поскольку уже при рН 4,0 эта кислота разлагается с выделением этилена:

При добавлении растворов гидроксида натрия или калия к реакционной массе, полученной при гидролизе эфира хлорэтилфосфоновой кислоты, возможны местные превышения этого критического значения рН с потерей выхода продукта нейтрализации. В качестве слабых оснований использовались даже токсичные гидразингидрат и несимметричный диметилгидразин (препараты гидрел и дигидрел).

Различные препаративные формы солей 2-хлорэтилфосфоновой кислоты (Этрел, Этефон, Кампозан) используются для дефолиации хлопчатника и в качестве ретардантов на зерновых (особенно в смеси с хлорхолинхлоридом). Обработка хлорэтилфосфонатами сельскохозяйственных культур с сочными плодами (томаты) приводит к синхронизации их созревания, что позволяет убирать урожай за один раз.