Compostos nitrogenados e derivados

Os compostos orgânicos nitrogenados são moléculas orgânicas que apresentam em sua constituição o heteroátomo nitrogênio. Os alcalóides são bases orgânicas bastante comuns nos vegetais, possuem um átomo de nitrogênio em um ou mais anéis heterocíclicos de carbono, podendo apresentar-se na forma de aminas primárias, secundárias ou terciárias. Sua utilidade vai desde as suas ações contra herbívoros (nicotina e a estricnina) como a produção de fármacos importantes (morfina, cocaína, codeína, escopolamina) e alelopáticos (BLUA et al., 1998; BLUM, 2004).

2.2.2.1 Alcalóides

Os alcalóides eram antigamente classificados como “álcalis vegetais”, devido sua grande maioria possuir caráter alcalino como consequência do par de elétrons não emparelhados no nitrogênio (BRUNETON, 1999). Porém existem alcalóides de caráter ácido como a colchicina e piperina, oximas e alguns sais quaternários (DEWICK, 2002; KUTCHAN, 1995). Estes possuem estrutura variada: alguns são líquidos, como a nicotina, esparteína e coniina, mas sua grande maioria é composta por sólidos raramente corados, opticamente ativos e solúveis em solventes orgânicos apolares ou pouco polarizados. Como os alcalóides se encontram nas plantas na forma de sais de ácidos orgânicos, normalmente são extraídos com soluções de ácidos minerais fortes (ácido clorídrico) devido a sua fácil complexação em cloretos de alcalóides, tornando-os solúveis em água (COSTA, 2008; GERHARDT, 2012; SILVA, et al., 2012; VIZZOTO, 2010).

Compondo a principal classe de compostos nitrogenados, os alcalóides são encontrados no metabolismo secundário de plantas superiores, constituindo cerca de 20% das substâncias naturais descritas, aproximadamente 20.000 substâncias identificadas (BRUNETON, 1999; PROBT, 2012; SIMÕES, 2008). Esses compostos podem ser encontrados em todas as partes do vegetal, mas seus acúmulos preferenciais ocorrem nos tecidos em crescimento ativo, como: células epidérmicas e hipodérmicas, bainhas vasculares e vasos lactíferos (ALBURQUERQUE, 2013; COSTA, 2008; SIMÕES, 2003).

Nas plantas, os alcalóides apresentam como função principal a defesa contra a invasão de microrganismos, patógenos e herbívoros, devido a sua toxicidade e ao seu gosto amargo. Porém outras funções podem ser sugeridas para essas substâncias, como a ação fotoprotetora contra radiação ultravioleta (ZHANG; BJORN, 2009). Um exemplo disto se dá pelo aumento

da concentração do alcalóIde solanina em batatas quando estas são atacadas por microrganismos (ALBURQUERQUE, 2013; COSTA, 2008; JOSSANG et. al., 1991; HENRIQUES et al.,2004; HOCQUEMILLER et. al., 1981; SILVA et. al., 2009; SIMÕES; BENNETT; ROSA, 2009; WUERATIN et. al., 1996).

Os alcalóides podem ser classificados em alcalóides verdadeiros (Figura 2.3 a), protoalcalóides (Figura 2.3 b) e pseudoalcalóides (Figura 2.3 c). Os alcalóides verdadeiros são formados pelo átomo de nitrogênio pertencente ao anel heterocíclico; enquanto nos protoalcalóides, o nitrogênio não pertence ao anel heterocíclico. Já os pseudoalcalóides são os compostos nitrogenados cujos precursores não são aminoácidos, mas sim outras substâncias como os terpenos e esteróides (HENRIQUES et al., 2004).

FIGURA 2.3 - Alcalóide verdadeiro (Escopolanima) (a), Protoalcalóide (Muscina) (b) e Pseudoalcalóide (Teofilina) (c).

Fonte: GOBBO-NETO, 2007. 2.2.2.2 Sais de amônio

Sais de amônio são sólidos iônicos com alto ponto de fusão, muito mais solúveis em água que as aminas originais e ligeiramente solúveis em solventes orgânicos apolares. Essas propriedades são muito úteis no isolamento e purificação de aminas. Diversas técnicas analíticas têm sido desenvolvidas visando a separação das aminas bioativas em vegetais, dentre elas: as cromatografias de papel, camada fina, gasosa e líquida de alta eficiência (BUFFET-BATAILLON et al., 2012; KALAČ; DADAKOVA; PELIKÁNOVÁ, 2009; WALLEN, 1954).

A solubilidade de um sal de amônio de cadeia longa na fase aquosa, depende do ânion e do tipo de diluente podendo ser afetado com o aumento do peso molecular.

Sua ocorrência em vegetais é vasta, uma delas é o cloreto de D-tubocurarina, principal componente da espécie vegetal Chondodendron tementosum (uva do mato). Seu extrato é

usado pelos índios para o envenenamento de flechas e ao atingir o animal é capaz de produzir um quadro de paralisia progressiva, mesmo em animais de grande porte (KALAČ; DADAKOVA; PELIKÁNOVÁ, 2009)

Sua fórmula geral é representada por R1R2R3R4N+, onde Rn (alquila, arila ou hidrogênio) e classificados em função do número de substituintes ligados ao átomo de nitrogênio em primários, secundários, terciários e quaternários. Os sais de amônio podem ser divididos em duas classes bem distintas. Primeiro, aqueles nos quais um ou mais substituintes são átomos de hidrogênio; esses cátions amônio formados por protonação de aminas podem ser facilmente desprotonados, de acordo com a representação a seguir (TEZEL, 2009).

R1_R2_R3_{N + H}

3O+ R1R2R3NH+ + H2O

Muitas drogas ou moléculas biologicamente ativas são aminas, comumente armazenadas em formato de sais, por serem mais estáveis e não sofrerem reações de decomposição. Outro ponto importante é que os sais não apresentam o desagradável odor de peixe, característico das aminas.

Um exemplo é a amina efedrina (Figura 2.4 (a)), amplamente utilizada em gripes e crises alérgicas. A efedrina funde a 79 °C, tem um odor desagradável e é decomposta por oxidação pelo ar em produtos indesejáveis. Já o seu sal, cloridrato de efedrina (Figura 2.4 (b)), funde a 217°C, não se oxida e é inodoro, sendo o ideal para compor os medicamentos (BUFFET-BATAILLON et al., 2012; KALAČ; DADAKOVA; PELIKÁNOVÁ, 2009; WALLEN, 1954).

FIGURA 2.4 – Efedrina (a) e Cloridrato de efedrina (b).

Fonte: TOUBRO et al., 1993.

O segundo tipo de sais de amônio são os sais de amônio quaternário (SAQ). Nesses cátions todos os quatro grupos R na estrutura R1R2R3R4N+X- são grupos alquil ou aril e não estão em equilíbrio com a amina livre, possuindo propriedades e características bem

peculiares e X- representa um ânion, como demonstrados na figura 2.5 (BUFFET- BATAILLON et al., 2012).

Figura 2.5 - Estrutura básica de um sal de amônio.

N R1 R2 R3 R4 + Fonte: Autora.

Os sais quaternários de amônia possuem caráter anfifílico (Figura 2.6), ou seja, são compostos polares e apolares ao mesmo tempo. Por essa propriedade, são utilizados como catalisadores de transferência de fase para mover bases e nucleófilos iônicos em solventes orgânicos, facilitando reações nas quais um dos reagentes é insolúvel em soluções aquosas e o outro insolúvel em soluções orgânicas. O cátion amônio (N+R1R2R3R4) do sal transferidor de

fase forma um par iônico com o ânion solúvel em água, e os grupos alquila do amônio proporcionam solubilidade na fase orgânica (KALAČ; DADAKOVA; PELIKÁNOVÁ, 2009; WALLEN, 1954).

FIGURA 2.6 - Caráter anfifílico dos compostos orgânicos (Cloreto de hexadeciltrimetilamônio).

Fonte: http://www.homecleanbrasil.com.br/noticia.php?xampus-2-em-1--17

Os SAQ são grandes moléculas com pesos moleculares geralmente entre 300 e 400 g/mol e são compostos por duas porções distintas, já descritas acima. Apresentam propriedades físico-químicas diferentes, podendo ser afetadas pelo comprimento da cadeia. Um exemplo disso é a sua solubilidade em água, que diminui à medida que o comprimento da cadeia apolar aumenta (BOETHLING, 1994; WALLEN, 1954). Da mesma forma, a Concentração Micelar Crítica (CMC) de SAQ afeta a eficiência de muitas aplicações

relacionadas com a sua função surfactante, que diminui à medida que o comprimento da molécula aumenta. Estas características resultam em um grande número de estudos sobre as suas propriedades de superfície, especialmente aquelas que pertencem no grupo dos sais de alquiltrimetilamônio (BEYER; LEINE; BLUME, 2006; DOPIERALA; PROCHASKA, 2008; GARCIA et al., 2006; TEZEL, 2009; WALLEN 1954).

O cloreto de benzalcônio (Figura 2.7) é o sal de amônio quaternário mais conhecido, suas formulações mais comuns incluem uma mistura de cloretos de alquil-benzil- dimetilamónio com várias cadeias alquilo lineares que variam tipicamente de 8 a 18 carbonos. Outros SAQ comuns incluem o bromo e o cloro sais de cetrimónio (cetil trimetil amónio) com um comprimento de cadeia de 16 alquilos. Destes, cloreto de cetrimônio é o mais utilizado em produtos domésticos, xampus e cosméticos (BUFFET-BATAILLON et al., 2012; HEGSTAD et al., 2010)

FIGURA 2.7 - Cloreto de benzalcônio.

Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Cloreto_de_benzalc%C3%B4nio.

Os SAQ são usados em muitas aplicações: na metalurgia, petroquímica, produtos químicos orgânicos, produtos farmacêuticos, eletrônicos e equipamentos elétricos, fabricação de automóveis, vidro óptico, mineral geológico, cimento, cerâmica, joias, galvanoplastia, limpeza e desinfecção dos edifícios agrícolas, água e tratamento de águas residuais, tratamento antifúngico em horticultura, bem como a inclusão em produtos farmacêuticos do nosso dia a dia, dentre outros (BUFFET-BATAILLON et al., 2012; HEGSTAD et al., 2010; SCHCHIPUNOV, 1987; TEZEL, 2009). O interesse em SAQ não diminuiu durante anos e o número de combinações possíveis de cátions/ânions em sal de amônio quaternário é estimada em 1558. No entanto, até o ano de 2012 apenas 800 compostos estavam comercialmente disponíveis (BUFFET-BATAILLON et al., 2012).