i
Instituto de Química
Departamento de Química Orgânica
Síntese e Atividade Citotóxica, Leishmanicida e Sobre o
Síntese e Atividade Citotóxica, Leishmanicida e Sobre o
Síntese e Atividade Citotóxica, Leishmanicida e Sobre o
Síntese e Atividade Citotóxica, Leishmanicida e Sobre o
Sistema Nervoso Central de Compostos
Sistema Nervoso Central de Compostos
Sistema Nervoso Central de Compostos
Sistema Nervoso Central de Compostos
ββββ
----Carbolínicos
Carbolínicos
Carbolínicos
Carbolínicos
Tese de Doutorado
Manoel Trindade Rodrigues Junior
Orientador: Prof. Dr. Ronaldo Aloise Pilli
v
"O que sabemos é uma gota, o que ignoramos é um oceano." Isaac Newton
“A curiosidade é mais importante que o conhecimento.” Albert Einstein
Dedico esta tese: Aos meus pais e irmãos. A minha namorada Cilene. Aos meus amigos e professores.
vii Primeiramente, agradeço a Deus.
Ao professor Pilli, pela orientação, confiança e incentivo.
Aos meus pais, Manoel Trindade Rodrigues “in memorian” e Sebastiana de Oliveira Trindade, aos meus irmãos Cristovão, Bethânia, Suênia, Jairo e Marcio “in memorian”, agradeço todo amor, confiança, incentivo e respeito.
Aos meus amigos e colegas do laboratório da nova e da velha geração, Iltoviski, Rosimeire, Lucas, Valquírio, Tiago, Vanessa Caixeta, Gilmar, Roberta, Aline, Zé Gustavo, Betinho, Galático, Niltoviski, Leilita, Andréia, Mayra, Diogo, Vanessa Gonçalves e em especial ao meu IC Caio, que tanto me ajudou nas inúmeras colunas regada a clorofórmio/metanol 20%.
Aos meus amigos e colegas do andar, Rodriguete, Brunosviski, Gigi, Julioviski, Marlinha, Marcelão, Ju, Pati Resende, Kristeeeerson, Taís, Angélica, Pati Prediger, Tonhão, Jailton, Chiquito, Pablo, Sávio, Dimas, Tati, Vandinha, Carla Peres, pela convivência e aprendizado.
À minha amada, namorada, vida, meu grande amor Cilene (Mô) pelo apoio, carinho, dedicação e amor. Um mega BJAAAAAAAAAAAOOOOOOOOOO.
Ao prof. Dr. João Ernesto, Débora e Humberto (CPQBA) pelos ensaios de atividade antiproliferativa, ensaios toxicológicos e discussões.
Ao Prof. Dr. Sérgio de Albuquerque (FCF-USP-Ribeirão) pelos ensaios de atividade leishmanicida.
Ao prof. Dr. Fábio Gozzo e ao Alexandre pelas análises de EMAR.
Ao Instituto de Química da Unicamp, por ter proporcionado excelentes condições de estudo e trabalho.
viii
Aos técnicos (Dona Gilda, Rinaldo, Edson, Valquíria, Soninha, Paula, Anderson Tiago, Claudinha, Jose) e funcionários do Instituto de Química.
Ao CNPq, pela bolsa concedida nos dois primeiros meses.
ix
Súmula Curricular
1. Formação acadêmica
» Doutorado em Ciências
Ago/2005 – Out/2009- Universidade Estadual de Campinas (Unicamp)
Título: Síntese e Atividade Citotóxica, Leishmanicida e Sobre o Sistema Nervoso Central de Compostos β-Carbolínicos.
Orientador: Dr. Ronaldo Aloise Pilli
Bolsista: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). Processo: 05/52974-2
» Mestrado em Química Orgânica
Mar/2003– Mai/2005 – Universidade Federal da Bahia (UFBA).
Título: Síntese de Guanidinas a partir de Tiouréias Utilizando como Promotores Sais de Bismuto.
Orientador: Dr. Silvio de Desterro Cunha.
Bolsista: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
» Bacharelado em Química
Mar/1999- Dez/2002- Universidade Federal de Goiás (UFG)
x
Bolsista: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
2. Atuação profissional
»Professor substituto (Mai/2004-Jul/2005)
Instituto de Química -Universidade Federal da Bahia Carga horária semanal: 20 horas
3. Publicações em periódicos indexados
1. Rodrigues Jr, M. T.; Pilli, R. A. The asymmetric total synthesis of (+) and (-) trypargine via Noyori asymmetric transfer. Journal of the Brazilian Chemical Society 2009. , 20, 1438-1440.
2. Rodrigues Jr, M. T.; Pilli R. A.; Santos, L. S.; Shankaraiah, N.; Andrade, C. K. A.; Ferreira, R. B.; Silva, W. A novel supramolecular palladium catalyst for the asymmetric reduction o imines in aqueous media. Organic Letters 2009, 11, 3238-3241.
3. Cunha, S.; Macedo, F. C.; Costa, G. A. N.; Rodrigues Jr, M. T.; Verde, R. B. V.; de Souza Neta, L. C.; Vencato, I.; Lariucci, C.; Sá, F. P. Antimicrobial Activity and Structural Study of Disubstituted Thiourea Derivatives. Monatshefte für Chemie 2007, 138, 511-516.
xi
5. Cunha, S.; Vencato, I.; Rodrigues Jr, M. T.; Macedo Jr, F. C.; Sabino, J. R. Polyfunctionalized pyridinium-benzoylguanidine: -benzoyl-4-methylphenyl)-pyridinioguanidin-3-ide. Acta Crystallographica. Section E, 2006, 62, 1408-1410.
6. Cunha, S.; Beretta, M.; Fascio, M.; Santos, A. O.; Rodrigues Jr, M. T.; Bastos, R. M. Craqueamento térmico de alcanos: uma aula prática de química orgânica para a graduação. Química Nova 2005, 28, 364.
7. Cunha, S.; Oliveira, S. M.; Rodrigues Jr., M. T.; Bastos, R. M.; Ferrari, J.; de Oliveira, C. M. A.; Kato, L.; Napolitano, H.; Vencato, I.; Lauriucci, C. Structural studies of 4-aminoantipyrine derivatives. Journal of Molecular Structure, 2005,752, 32-39.
8. Cunha, S.; Rodrigues Jr, M. T.; da Silva, C. C.; Napolitano, H. B.; Vencato, I.; Lariucci, C. The first synthesis of pyridinium N-benzoylguanidines by bismuth- and mercury-promoted guanylation of N-iminopyridinium ylide with thioureas. Tetrahedron 2005, 61, 10536-10540.
xii
1. Rodrigues Jr, Manoel T.; Pilli R. A. Síntese do alcalóide beta-carbolínico (+)-harmicina. In: 31a RASBQ, 2008, Águas de Lindóia-SP.
2. Rodrigues Jr, Manoel T.; Pilli R. A. Enantioselective Total Synthesis of (R)-(+)- Tripargine. In: 4th Brazilian Symposium on Medicinal Chemistry, 2008, Porto de Galinhas-PE.
3. Rodrigues Jr, Manoel T.; Pilli R. A. Síntese de indol [2,3-a]quinolizina a partir da triptamina. In: 30a RASBQ, 2007, Águas de Lindóia- SP.
4. Rodrigues Jr, Manoel T.; Pilli R. A. Synthesis of (+/-)-deplancheine. In: 12th Brazilian Meeting on Organic Synthesis, 2007, Itapema- SC.
5. Cunha, S.; Rodrigues Jr, Manoel T.; Oliveira, S. Síntese de Bisguanidinas através de guanilação de bistiouréias. In: 28a RASBQ, 2005, Poços de Caldas- MG.
5. Prêmio
Prêmio de Painel- QO-148 MANOEL TRINDADE RODRIGUES JR (Síntese formal da cantin-6-ona), 32aRASBQ, 2009, Fortaleza-CE.
xiii
O núcleo β-carbolina encontra-se amplamente distribuído entre os produtos naturais, incluindo alcalóides ioimbina (ioimbina e aloioimbina), corinanteidina (corinanteidina), rauwolfia (reserpina) e vinca (vincamina). Além disso, essas substâncias também têm demonstrado um amplo espectro de propriedades farmacológicas, incluindo atividade antitumoral, ansiolítica, hipnótica, anticonvulsivante, antiviral, antiparasitária e antimicrobiana. Sínteses totais eficientes da (+)-tripargina (59), em 6 etapas e 46% de rendimento global, (-)-tripargina (59), em 6 etapas e 38% de rendimento global, (+)-deplancheina (60), em 11 etapas e 47% de rendimento global, (+)-debromoarborescidina A (61), em 5 etapas e 73% de rendimento global, (+)-harmicina (62), em 5 etapas e 56% de rendimento global, (-)-harmicina (62), em 5 etapas e 52% de rendimento global, cantin-6-ona (64), em 8 etapas e 45% de rendimento global e 10-metoxi-cantin-6-ona (65), em 8 etapas e 35% de rendimento global, foram realizadas com base na construção do sistema β-carbolínico via reação de Bischler-Napieralski e redução enantiosseletiva do intermediário diidro-β-carbolínico via reação de transferência de hidrogênio assimétrica usando o protocolo de Noyori. Estes compostos foram avaliados como agentes antiproliferativos contra um painel de células cancerígenas. Apenas cantin-6-ona (64) mostrou atividade contra a linhagem de célula 786-0 (célula de câncer renal). Estes compostos foram avaliados em bioensaios in vitro contra Leishmania brasiliensis, Leishmania amazonesis e Leishmania major e novamente apenas a cantin-6-ona (64) apresentou atividade contra Leishmania major (IC50=16,9 µM) e um índice de segurança altamente
promissor (Si=94,7). Testes preliminares de toxicidade in vivo mostraram que a harmicina (62) e a tripargina (59) são substâncias com potencial efeito sobre o sistema nervoso central.
xv
The β-carboline skeleton is widely distributed among natural products incluiding yohimbine (yohimbine and alloyohimbine), corynantheidine (corynantheidine), rauwolfia (reserpine) and vinca (vincamine) alkaloids. Furthermore, these coumpounds have also demonstrated a broad spectrum of pharmacological properties including ansiolytic, hypnotic, anticonvulsant, antitumor, antiviral, antiparasitic as well as antimicrobial activities. Concise and efficient total syntheses of (+)-trypargine (59), in 6 steps and 46% overall yield, (-)-trypargine (59), in 6 steps and 38% overall yield, (+)-deplancheine (60), in 11 steps and 47% overall yield, (+)-debromoarborescidine A (61), in 5 steps and 73% overall yield, (+)-harmicine (62), in 5 steps and 56% overall yield, (-)-harmicine (62), in 5 steps and 52% overall yield, canthin-6-one (64), in 8 steps and 45% overall yield and 10-methoxy-canthin-6-one (65), in 8 steps and 35% overall yield, were developed based on the construction of the β-carboline moiety via Bischler-Napieralski reaction and the enantioselective reduction of the dihydro-β-carboline intermediate via an asymmetric transfer hydrogenation reaction using Noyori′s protocol. These compounds were evaluated as antiproliferative agents against a panel of cancer cell lines. Only canthin-6-one (64) has shown promising activity against cell line 786-0 (renal cell carcinoma). These compounds were evaluated in vitro bioassays against Leishmania major, Leishmania brasiliensis and Leishmania amazonesis and again canthin-6-one (64) displayed promising activity against Leishmania major (IC50=16,9 µM) and a highly promising safety index (Si=94,7).
Preliminary tests of in vivo toxicity showed that harmicine (62) and trypargine (59) are substances with potential effect on the central nervous system.
xvii
Lista de Figuras xxi
Lista de Tabelas xxiii
Lista de Esquemas xxv
Abreviações, Símbolos e Estruturas xxxi
1 Introdução... 01
1.1 Aspectos gerais... 01
1.2 Principais métodos de obtenção de β−carbolinas... 03
1.2.1 Pictet-Spengler... 03
1.2.2 Bischler-Napieralski... 06
1.3 Breve comentário sobre preparação enantiosseletiva de β -carbolina... 08
1.4 Síntese assimétrica β−carbolinas via hidrogenação assimétrica de Noyori... 11
2 Objetivos... 16
3 Resultados e Discussões: tripargina (59)... 17
xviii
3.3 Otimização das condições reacionais da síntese da diamina 73.... 41
3.4 Síntese da (+) e (-)-tripargina (59)... 47
3.5 (R)-(+)-Deplancheina (60): introdução... 59
3.5.1 Síntese total da deplancheina (60) e da (R)-(+)-debroarborescidina... 63 3.6 Harmicina (62): introdução... 71
3.6.1 Síntese total da (+) e (-)-harmicina (62) 73 3.7 Otimização da rota sintética da (+)-harmicina (62)... 76
3.8 Síntese de derivados da harmicina (62)... 77
3.9 Síntese da cantin-6-ona (64) e da 10-metoxi-cantin-6-ona (65)... 80
3.10 Atividade citotóxica de β−carbolinas... 89
3.11 Atividade leishmanicida... 97
3.12 Atividade sobre o sistema nervoso: teste hipocrático... 105
xix
3.13.2 Avaliação hipocrática: toxicidade aguda... 107
3.13.3 Conclusões dos testes de toxicidade aguda... 112
4 Conclusões... 113
5 Parte Experimental... 116
6 Anexo... 173
xxi
Figura 1 Exemplos de alcalóides verdadeiros, protoalcalóides e pseudoalcalóide... 01 Figura 2 Exemplos de alcalóides indólicos... 02
Figura 3 Fotos das espécies Banisteriopsis caapi (esquerda) e Peganum harmala (direita)... 03 Figura 4 Rã da espécie Kassina senegalensis e estrutura da
(S)-(-)-tripargina (59)... 17
Figura 5 Espectro de IV (filme) do derivado acilazida 102 (esquerda) e isocianato 103 (direita)... 34 Figura 6 Arbusto de uma Alstonia e estruturas da deplancheina
(60)... 59 Figura 7 Ilustração da Kopsia griffithii (esquerda) e estrutura da
harmicina (62) (direita)... 71 Figura 8 Determinação do excesso enantiomérico de 167... 75
Figura 9 Tipos de câncer mais incidentes, estimados para 2008, na população brasileira... 89 Figura 10 Relação de estrutura-atividade de derivados de β
-carbolinas frente a células tumorais... 90 Figura 11 Porcentagem de crescimento de células de câncer
humano após 48h na presença de diferentes concentrações de 59 e 73... 92 Figura 12 Porcentagem de crescimento de células de câncer
humano após 48h na presença de diferentes concentrações de 62 e 60... 93 Figura 13 Porcentagem de crescimento de células de câncer
humano após 48h na presença de diferentes concentrações de 64 e 65... 94
xxii
concentrações de 7... 95 Figura 15 Distribuição de espécies Leishmania pelo Brasil (ano:
2005)... 98 Figura 16 Densidade de casos de Leishmania no Brasil... 98
Figura 17 Os tipos de leishmaniose: cutânea, muco-cutânea e visceral... 99 Figura 18 Ciclo de vida do gênero Leishmania... 102
Figura 19 Tratamento via intraperitoneal em camundongo... 108
Figura 20 Após administração intraperioneal da (R)-harmicina
xxiii
Tabela 1 Hidrogenação assimétrica de iminas com catalisador de Noyori... 12 Tabela 2 Otimização das condições reacionais para a síntese do
4-nitroéster 78... 21 Tabela 3 Otimização das condições reacionais de hidrólise do
nitroéster 78... 24 Tabela 4 Verificação das condições reacionais da reação de
Bischler-Napieralski... 27 Tabela 5 Otimização das condições reacional da redução do
grupo nitro de 77... 28 Tabela 6 Formação da imina 90 via reação de
Bischler-Napieralski... 31 Tabela 7 Desproteção do grupo carbometoxi do composto 108... 37
Tabela 8 Desproteção do grupo Cbz de 118... 45
Tabela 9 Deslocamento químico de RMN de 13C da tripargina (59): literatura e experimental ...
53
Tabela 10 Dados espectroscópicos de RMN de 1H e RMN de 13C da deplancheina (60)...
67
Tabela 11 Dados espectroscópicos de RMN de 1H e RMN de 13C da desbromoarborescidina A (61)...
70
Tabela 12 Dados comparativos de 1H-RMN e 13C-RMN da harmicina (62)...
75
Tabela 13 Efeito citotóxico da cantin-6-ona (64) e de derivados frente a células de câncer...
81
xxiv
Tabela 15 Valores de TGI em µmol/L para β-carbolinas 59, 73, 63, 60, 62, 64, 65, 7...
96
Tabela 16 Classificação das espécies de Leishmania e suas
manifestações clínicas...
100
Tabela 17 Índice de segurança, citotoxicidade e atividade
Leishmanicida de 59, 60, 61, 62, 64, 65 ...
xxv
Esquema 1 Síntese de tetraisoquinolinas via Pictet-Spengler... 04
Esquema 2 Mecanismo proposto para reação de Pictet-Spengler... 05
Esquema 3 Mecanismo alternativo para a reação de
Pictet-Spengler... 06 Esquema 4 Mecanismo proposto para a reação de
Bischler-Napieralski... 07 Esquema 5 Mecanismo proposto para a reação de
Bischler-Napieralsk via intermediário espiroindolenina... 07 Esquema 6 Pictet-Spengler assimétrica com utilização de auxiliar
quiral... 09 Esquema 7 Versão assimétrica da reação de Pictet-Spengler por
Waldmann... 10 Esquema 8 Síntese da Geissoschizina (43) por Martin e
colaboradores... 11
Esquema 9 Reação de transferência de hidrogênio em meio aquoso... 13 Esquema 10 Síntese das arborescidinas A, B e C... 14
Esquema 11 Quadro Geral dos compostos sintetizados... 16
Esquema 12 Primeira abordagem sintética para a tripargina (59) por Nakajima... 18 Esquema 13 Síntese da (-)-tripargina (59) por Nakajima... 19
xxvi
Esquema 16 Síntese do amida 77... 23
Esquema 17 Rotas alternativas para síntese da amida 77... 23
Esquema 18 Métodos de obtenção da amida 77... 25
Esquema 19 Proposta de mecanismo de formação de amida 77 mediada por SOCl2... 26
Esquema 20 Tentativa de formação de 88 via reação de
Bischler-Napieralski... 29 Esquema 21 Formação do carbamato 89... 30
Esquema 22 Métodos para rearranjo de Curtius... 32
Esquema 23 Formação do derivado carbamato 89 via rearranjo de Curtius... 34 Esquema 24 Mecanismo alternativo para formação de 107... 35
Esquema 25 Redução da imina 108 com NaBH4... 36
Esquema 26 Mecanismo de redução com NaBH4... 36
Esquema 27 Tentativa de guanilação da diamina 73... 39
xxvii
Esquema 30 Desproteção de 111 com TFA... 41
Esquema 31 Formação do derivado carbamato 113 via rearranjo de Curtius... 42 Esquema 32 Esquema geral de formação de amida 113 na presença
de HOBt e EDCI... 43 Esquema 33 Formação do derivado composto 118... 44
Esquema 34 Formação do composto 123... 46
Esquema 35 Formação da diamina 73 a partir de 123... 47
Esquema 36 Formação do derivado carbamato 127 via rearranjo de Curtius...
48
Esquema 37 Síntese do composto 129... 49
Esquema 38 Desproteção do derivado de leucina 130 com Et3SiH e
Pd-C... 50 Esquema 39 Desproteção do composto 129 com Et3SiH e Pd-C... 50
Esquema 40 Mecanismo para a desproteção de N-alil aminas 132 catalisada por Pd...
51
Esquema 41 Etapa de guanilação na síntese da (-)-batzeladina D (137)...
52
Esquema 42 Etapa de guanilação da síntese da tripargina (59)... 53
xxviii
Esquema 45 Derivatização do composto 129 com MTPA... 56
Esquema 46 Finalização da síntese da (+)-tripargina (59)... 57
Esquema 47 Síntese da (+)-tripargina (59) por Drabowicz... 58
Esquema 48 Síntese da deplancheina (60) por Meyers... 61
Esquema 49 Síntese da deplancheina (60) por Allin e colaboradores.. 62
Esquema 50 Síntese da lactama 148... 64
Esquema 51 Síntese do intermediário 157... 65
Esquema 52 Formação do intermediário 150... 66
Esquema 53 Síntese da (+)-deplancheina (60)... 67
Esquema 54 Alternativa de síntese de 150... 68
Esquema 55 Síntese da (+)-debromoarborescidina A (61) a partir de 148... 69
Esquema 56 Síntese da harmicina (62) por Allin e colaboradores... 72
Esquema 57 Síntese da harmicina (62) por Jacobsen e colaboradores... 73 Esquema 58 Síntese da harmicina (62)... 74
xxix
Esquema 60 Síntese de derivados da harmicina (62)... 77
Esquema 61 Condições... 79
Esquema 62 Síntese da cantin-6-ona (64) por Poupon... 82
Esquema 63 Síntese do composto 194... 83
Esquema 64 Síntese do composto 198... 84
Esquema 65 Ciclização intramolecular de 198... 85
Esquema 66 Desproteção do grupo benzila de 199... 85
Esquema 67 Formação da cantin-6-ona (64)... 86
Esquema 68 Síntese da 10-metoxi-cantin-6-ona (65)... 88
Esquema 69 Exemplos de compostos com atividade citotóxica... 91
Esquema 70 Estruturas de fármacos utilizados na terapia da
leishmaniose... 103 Esquema 71 Compostos avaliados nos ensaios de toxicidade aguda.. 106
xxxi [α] D25: rotação óptica específica;
δ
: deslocamento químico;ν
: freqüência de estiramento; Aloc: aliloxicarbonila;Boc: t-butiloxicarbonila;
Cbz: carbobenziloxi (BnOC=O);
CCD: cromatografia em camada delgada; CG: cromatografia gasosa;
DBN: 1,5-diazobiciclo[4.3.0]non-5-eno; DBU: 1,5-diazobiciclo[5.4.0]undec-7-eno; DIBAL-H: hidreto de diisobutilalumínio; DIPEA: diisopropiletilamina;
DMANE: 1-dimetilamino-2-nitroetileno; DMAP: N,N-dimetil-4-aminopiridina; DMF: N,N-dimetilformamida;
DMSO: dimetil sulfóxido; DOX: doxorrubicina;
EDCI: 1-[3-(dimetilamino)propil]-3-etilcarbodiimida; e.e.: excesso enantiomérico;
EMAR: espectrometria de massas de alta resolução; ESI: ionização por eletrospray
Fmoc: 9-fluorenilmetoxicarbonil;
GI50: concentração responsável por 50% de inibição de crescimento celular
HOBt: 1-hidroxibenzotriazol;
HPLC: cromatografia líquida de alta eficiência; HT-29: linhagem tumoral de célula de cólon;
O O Boc O O Aloc N N DMAP Al H Dibal-H N N N OH HOBt O O Fmoc NO2 N H3C CH3 DMANE
xxxii IV: infravermelho;
J: constante de acoplamento;
K562: linhagem tumoral de célula de leucemia;
LC50: concentração necessária para matar 50% das células;
LDA: diisopropilamideto de lítio; LLM-MK2: células de rim de macaco; Ms: metanossulfonila;
MTPA: ácido α-metoxi-α-trifluorometilfenilacético; NCI: National Cancer Institute;
NCI-486: linhagem tumoral de célula de pulmão;
NCI-ADR: linhagem tumoral de célula de ovário resistente; OMS: Organização Mundial de Saúde;
OVCAR: linhagem tumoral de célula de ovário; PCO-3: linhagem tumoral de célula de próstata; Pd-C: paládio sobre carvão ativo;
RMN: ressonância magnética nuclear;
SI: índice de segurança para ensaios biológicos; t.a.: temperatura ambiente;
TBAF: fluoreto de tetrabutil amônio; TFA: ácido trifluoroacético;
TFAA: anidrido trifluoroacético; THF: tetraidrofurana;
TMS: tetrametilsilano;
TGI: concentração mínima que causa a inibição total do crescimento; Ts: p-toluenossulfonila
1
1. Introdução
1.1. Aspectos gerais
Os alcalóides são metabólitos secundários provenientes de aminoácidos contendo pelo menos um nitrogênio básico em sua estrutura. Essencialmente, podemos distinguir três classes de alcalóides: 1
Alcalóides verdadeiros: são substâncias que contêm um nitrogênio em anel heterocíclico, sendo derivadas de amino ácidos.
Protoalcalóides: são aminas simples, também derivadas de amino ácido, porém o nitrogênio não se encontra no anel heterocíclico.
Pseudoalcalóides: não derivam de amino ácidos e são geralmente básicos.
Alcalóides N H HO Serotonina (3) (protoalcalóide)
Figura 1. Exemplo de alcalóides verdadeiros,
protoalcalóides e pseudoalcalóide. NH2 O N Me HO HO H Morfina (1) (alcal. verdadeiro) N Me OH Pumiliotoxina 251D (2) (alcal. verdadeiro) Me N N H N N O O Me Me Cafeína (5) (pseudoalcalóide) MeO OMe MeO NH2 Mescalina (4) (protoalcalóide) 1
a) Hesse, M. Alkaloids: Nature Curse Or Blessing; Ed. Wiley-VCH; Weinheim, 2002. b) Cordell, G. A. Introduction To Alkaloids: A Biogenetic Approch; Ed. Wiley Interscience Publication, 1981.
2
Dentro da classe dos alcalóides heterocíclicos, encontramos os alcalóides indólicos. Os alcalóides indólicos compreendem um grande grupo de produtos naturais de ocorrência freqüente (já foram identificados mais de 1500) e considerável diversidade estrutural. O núcleo β−carbolínico (ver o núcleo em azul da estrutura 7 da Figura 2) encontra-se presente no esqueleto de vários alcalóides indólicos apresentando um sistema tricíclico pirido[3,4-b]indólico, com diferentes padrões de hidrogenação e substituição. Dentre os efeitos farmacológicos atribuídos as β-carbolinas podemos destacar: atividade anti-HIV, atividade citotóxica, atividade antimicrobiana, atividade sobre o sistema nervoso central, entre outras.2
Harmina (7)
N H Indol (6)
Figura 2. Exemplos de alcalóides indólicos.
N S N SMe Sinalbina B (8) OMe N H OMe CHO Murraianina (9) N H N HN OH HO CO2H Hirtiazepina (12) N H N Et Quebrachamina (11) N H N OH H M e Alina (10) N H N H3CO 2
Para revisões sobre alcalóides β-carbolínicos, ver: a) Morales-Rios, M. S.; Suarez-Castillo, O. R.
Nat. Prod. Commun. 2008, 3, 629. b) Ishikura, M.; Yamada, K. Nat. Prod. Rep. 2009, 26, 803. c)
Allen, J. R. F.; Holmstedt, B. R. Phytochemistry 1980, 19, 1573. d) Husson, H. P. In The Alkaloids, Brossi, A., Ed., Vol. 26, Academic Press, 1985.
3
A planta Banisteriopsis caapi encontrada na América do Sul e a Peganum harmala encontrada da região do mar Mediterrâneo são exemplos de espécies que apresentam β−carbolinas em sua composição. Além de sua ocorrência em plantas, a presença de compostos β−carbolínicos foi observada também em tecidos de mamíferos, insetos, frutas e em extratos de ervas preparados por algumas tribos de índios sul-americanos. 3
Figura 3. Fotos das espécies Banisteriopsis caapi (esquerda) e Peganum harmala (direita).
1.2. Principais métodos de obtenção de ββββ−−−−carbolinas
1.2.1. Pictet-Spengler
Em 1911, A. Pictet e T. Spengler reportaram que a condensação de 2-feniletilamina (13) e dimetoximetano (14), na presença de ácido clorídrico concentrado, resultou na formação do sistema 1,2,3,4-tetraidroisoquinolínico 15,
3
4
em rendimento moderado.4 Embora os estudos iniciais de Pictet e Spengler5 tenham sido desenvolvidos visando a síntese de tetraidroisoquinolinas 15 (Esquema 1), a metodologia foi logo aplicada à síntese de β−carbolinas.
NH2 H3COCH2OCH3 NH
H+
Esquema 1. Síntese de tetraisoquinolinas via reação Pictet-Spengler.
13 14 15
O mecanismo aceito4 para a reação de Pictet-Spengler, quando analisado no contexto da síntese de β-carbolinas, envolve inicialmente a formação de uma base de Schiff pela desidratação de um aminal 18 em condições ácidas. A imina 20 é protonada resultando em um íon imínio 21. A formação da β-carbolina 23 é finalizada pelo ataque nucleofílico de C-2 do anel indólico ao íon imínio 21 (Esquema 2).
4
Kurti, L.; Czakó, B. Strategic Aplications of Named Reaction in Organic Synthesis; Ed. Elsevier Academic Press, 2005.
5
5 N H NH2 N H NH R O R H N H HN R H OH +H+ N H HN R H OH2 -H2O -H+ N H N R +H+ N H N R H 6-endo-trig H N H NH R -H+ aminal
imina íon imínio
ββββ-carbolina Esquema 2. Mecanismo proposto para reação de Pictet-Spengler.
16 17 18
19 20 21
22 B 23
Posteriormente, estudos de Jackson e Smith6 sugeriram um mecanismo alternativo que envolve o ataque da posição mais nucleofílica do anel indólico (C-3) ao íon imínio 21, seguido de um rearranjo [1,2]-C para fornecer o sistema
β−carbolínico (Esquema 3).
6
a) Jackson, A. H.; Smith, A. E. Tetrahedron 1968, 24, 403. b) Jackson, A. H.; Smith, A. E.
Tetrahedron 1968, 24, 2227. c) Jackson, A. H.; Naidoo, B.; Smith, P. Tetrahedron 1968, 24, 6119.
6 N H NH R N H N R H H N H NH R -H+ N H [1,2]-C NH R íon imínio ββββ-carbolina 23
Esquema 3. Mecanismo alternativo para a reação de Pictet-Spengler.
21 24 22
1.2.2. Bischler-Napieralski
Outra abordagem sintética bastante empregada para a síntese de sistemas
β-carbolínicos está baseada no emprego da reação de Bischler-Napieralski. A reação de Bischler-Napieralski consiste na ciclodesitratação de feniletilamina fornecendo 3,4-diidroisoquinolinas através do aquecimento a altas temperaturas com agentes desidratantes (P2O5, POCl3, PPA, TFAA, Tf2O).7 A reação de
Bischler-Napieralski é também usada para a conversão de derivados de triptamina (16) em β-carbolinas.8
Estudos mecanísticos feitos por Fodor9 demonstraram que a formação de ambos os intermediários (cloreto de imidoila e sal nitrílio) é promovida por agentes desidratantes. Por exemplo, uma amida indólica 25 pode reagir com POCl3
formando o cloreto de imidoila 29 que mediante aquecimento transforma-se no sal de nitrílio 30. Após uma substituição eletrofílica aromática intramolecular leva a formação da β-carbolina 32 correspondente (Esquema 4).
7
Bischler, A.; Napieralski, B. Berichte 1893, 26, 1903 (conforme ref. 4). 8
a) Whaley, W. M.; Govindachari, T. R. Organic Reaction 1951, 6, 74. b) Li, J. J.; Corey, E. J.,
Name Reactions in Heterocyclic Chemistry; Ed John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey,
2005.
9
a) Fodor, G.; Nagubandi, S. Tetrahedron 1980, 36, 1279. b) Fodor, G.; Gal, J.; Phillips, A. Angew.
7
Esquema 4. Mecanismo proposto para a reação de Bischler-Napieralski. N H HN R O Cl P O Cl Cl N H N R OPOCl2 Cl H N H N R OPOCl2 H Cl N H N H R Cl NH N R Cl NH N R Cl N H N R H NH N R -H 25 26 27 28 29 30 31 32
∆
6-endo-dig BDo mesmo modo que para a reação de Pictet-Spengler, alguns autores propõem que o mecanismo da reação de Bischler-Napieralski envolva um intermediário espiroindolenina 33 (Esquema 5).10
B
Esquema 5. Mecanismo proposto para a reação de Bischler-Napieralski
via intermediário espiroindolenina.
N H NH O R POCl3 N H N R Cl N H N R N H N R N H N Indolenina R N H N R N H N R Não-observado N H N R H -HCl 1,2-C 1,2-C 25 32 30 29 33 31 30 34 -H+ H 10
a) Doi, S.; Shirai, N.; Sato, Y. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 1997, 2217. b)Liu, J.; Nakagawa, M.; Ogata, K.; Hino, T. Chem. Pharm. Bull. 1991, 39, 1672.
8
As propostas de mecanismos para as reações de Bischler-Napieralski e de Pictet-Spengler que passam por um intermediário espiro foram contestadas por cálculos teóricos que mostraram que para a formação do intermediário espiro haveria altas barreiras de energia. Outro fator que contribui para o questionamento é que não se teve o isolamento de produtos do tipo γ−carbolínicos.11
1.3. Breve comentário sobre preparação enantiosseletiva de ββββ-carbolina A crescente demanda por substâncias enantiomericamente puras levou a síntese assimétrica a ocupar um lugar de destaque dentro do panorama científico.12 Várias metodologias para a síntese assimétrica de β−carbolinas foram desenvolvidas, dentre elas podemos citar: uso de blocos de construção quirais; uso de auxiliares quirais; uso de ácido de BrØnsted quiral, adição de nucleófilo e
hidrogenação assimétrica, entre outras.13
Em 1995, Waldmann e colaboradores exploraram a reação de Pictet-Spengler na versão assimétrica, empregando derivados de ftaloimido-ácidos 36 como auxiliares quirais.14 A seletividade foi explicada pela coordenação do átomo de titânio à carbonila (Esquema 6). Essa coordenação levou a formação de derivados 38 em rendimentos moderados a excelentes e em bons excessos diastereoisoméricos (64-98%).
11
a) Kowalski, P.; Mokrosz, J. L. Bull. Soc. Chem. Belg. 1997, 106, 147. b) Kowalski, P.; Bojarski, A. J.; Mokrosz, J. L. Tetrahedron 1995, 51, 2737.
12
a) Seayad, J.; List, B. Org. Biomol. Chem. 2005, 3, 719. b) Gladiali, S.; Alberico, E. Chem. Rev.
2006, 35, 226. c) Feringa, B. L.; Delden, R. A. Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 3418. d) Enders,
D.; Huttl, M. R. M.; Grondal, C.; Raabe, G. Nature, 2006, 441, 861. 13
a) Tietze, L. F.; Zhou, Y.; Topken, E. Eur. J. Org. Chem. 2000, 2247. b) Wanner, M. J.; van der Hass, R. N. S.; de Cuba, K. R.; van Maarseveen, J. H.; Hiemstra, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2007,
46, 1. c) Gremmen, C.; Willemse, B.; Wanner, M. J.; Koomen, G. J. Tetrahedron Lett. 2001, 42,
8885. d) Waldmann, H.; Schimit, G.; Jasen, M.; Geb, J. Tetrahedron 1994, 50, 11865. e) Waldmann, H.; Schimit, G.; Jasen, M.; Geb, J. Tetrahedron Lett. 1993, 34, 5867. f) Wee, A. G. H.; Yu, Q. J. Org. Chem. 2001, 66, 8935. g) Zhou, H.; Lião, X.; Yin, W.; Ma, J.; Cook, J. M. J. Org.
Chem. 2006, 71, 251. h) Bandini, M.; Melloni, A.; Piccinelli, F.; Sinisi, R.; Tommasi, S.;
Umani-Ronchi, A. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1424. i) Yamada, H.; Kawate, T.; Matsumizu, M.; Nishida, A.; Yamaguchi, K.; Nakagawa, M. J. Org. Chem. 1998, 63, 6348.
14
9 N H N O O O Cl R 1 N R2
36: R2= Me, Et, iPr, Ph,
4-NO2-Ph, 4-Cl-Ph Ti(OiPr)4 CH2Cl2, t.a. N O O O R1 H N R2 H NH Ti L L L L NH N O N R1 R2 O O
Esquema 6. Reação de Pictet-Spengler assimétrica com utilização de auxiliar quiral. 35: R1= Me, iPr, t -Bu
+
37 38
L=OiPr
Recentemente, List e colaboradores desenvolveram uma metodologia para a síntese assimétrica de β−carbolinas via reação de Pictet-Spengler utilizando derivado do ácido fosfórico quiral A como catalisador. Essa metodologia levou a formação de sistemas β−carbolínicos em altos rendimentos (94-98%) e bons excessos enatioméricos (86-90%). A presença do éster geminal foi essencial para o processo de ciclização (Esquema 7).15
15
10 N H R1 CO2Et CO2Et NH2 N H R1 NH CO2Et CO2Et R2 A (20mol%) Na2SO4 tolueno, t.a. 39: R1= H, OMe, OBn 40:R2= Et, n-Pr, n-Bu, i -Pr, i-Bu, Bn, Cy, Ph P O O O OH R R i-Pr i -Pr i -Pr R = A R2CHO
Esquema 7. Versão assimétrica da reação de Pictet-Spengler proposta por List.
Em 2003, Martin e colaboradores relataram um elegante trabalho de adição assimétrica do nucleófilo B a imina 41 para a síntese da (+)-geissoschizina. O ataque do nucleófilo acetal B ao intermediário 41 ocorreu pelo lado trans ao grupo carboxila, levando a um único enantiômero através de uma reação de Mannich viníloga (Esquema 8).16
16
11
Esquema 8. Síntese da Geissoschizina (43) por Martin e colaboradores. N H N.HCl CO2H OCH3 OTBDMS N H NH CO2t -Bu CO2CH3 (CH3)2C=CH2, H2SO4 59% (2 etapas) R=H R=t -Bu N H N MeO2C CHOH (+)-Geissoschizina (43) 41 42 B H H H 1) 2)
1.4. Síntese assimétrica de β−β−β−β−carbolinas via hidrogenação assimétrica de Noyori
Na natureza, as oxirredutases catalisam a transferência de hidrogênio a compostos carbonílicos levando aos seus respectivos álcoois, usando co-fatores como NADH e NADPH.17 Noyori e colaboradores mostraram que complexos de p-cimeno-Ru(II), possuindo uma 1,2-diamina quiral adequada, catalisa de forma eficiente as reduções assimétricas de iminas quando se emprega uma mistura azeotrópica de ácido fórmico-trietilamina como fonte de hidrogênio. Essa
17
a) Jones, J. B. Tetrahedron 1986, 42, 3351. b) Leninger, A. L.; Nelson, D. L.; Cox, M. M.;
12
metodologia é particulamente útil e conveniente como uma rota geral para a síntese assimétrica de alcalóides β−carbolínicos naturais (Tabela 1).13a,18,19
Tabela 1. Hidrogenação assimétrica de iminas com catalisador de Noyori
N H N R 46 (S,S ou R,R), HCO2H:Et3N (5:2) N H ∗∗∗∗ NH R 44: a: R=Me; b: R=Ph; c: R=Et; d: R=-(CH2)2CH3; e:-(CH2)7CH3; f: -(CH2)16CH3; g: -CH2CO2Et N N H2 Ru Cl Tos N N H2 Ru Cl Tos 46a: (S,S) 46b: (R,R) Rn Rn
46a:ηηηη6666-areno= p-cimeno 46b:ηηηη6666-areno= benzeno
imina 44 cat. rend (%) ee (%) Conf. a b c d e f g (S,S)- (R,R)-86 83 84 88 81 77 93 97 96 98 98 98 98 97 R R R S S S S 45
A primeira reação de transferência de hidrogênio assimétrica de iminas 44 cíclicas e íons iminios em meio aquoso foi desenvolvida por Zhu e colaboradores.
20
A reação ocorreu na presença de um surfactante, formiato de sódio e de um derivado do catalisador de RuΙΙ 47 solúvel em água. Essa metodologia fornece isoquinolinas e β-carbolinas em bons rendimentos e excessos enantioméricos
18
a) Uematsu, N.; Fujii, A.; Hashiguchi, S.; Ikariya, T.; Noyori, R. J. Am. Chem. Soc 1996, 118, 4916. b) Kobayashi, S.; Ishitani., H.; Chem. Rev. 1999, 99, 1069. c) Roszkowski, P.; Wojtasiewicz, K.; Leniewski, A.; Maurin, J. K.; Lis, T.; Czarnocki, Z. J. Mol. Cat. 2005, 143.
19
Noyori, R.; Hashiguchi, S. Acc. Chem. Res. 1997, 30, 97. 20
Wu, J.; Wang, F.; Yaping, M.; Cui, X.; Cun, L.; Zhu, J.; Deng, J.; Yu., B. Chem. Commun. 2006, 1766.
13
(Esquema 9). Esse resultado foi de certa forma surpreendente, uma vez que já se tinha relatado na literatura o insucesso da aplicação desse tipo de catalisador para a redução de cetonas a alcóois em meio prótico.18a
cat., HCOONa surfactante, H2O, 28oC N N H2 Ru Cl Tos NaO3S NaO3S N H N R N H NH R H
44: R= Me, Et, iPr, Cy, Ph.
rend = 83-97% ee = 98-99%
Esquema 9. Reação de transferência de hidrogênio em meio aquoso. 45
47
Em 2004, nosso grupo de pesquisa desenvolveu a primeira síntese assimétrica dos alcalóides β-carbolínicos arborescidina A21 (51) em 5 etapas e 50% de rendimento global, arborescidina B (58) em 8 etapas e 61% de rendimento global e arborescidina C (57) em 9 etapas e 51% de rendimento global (Esquema 10). 22
A estratégia de síntese empregada encontra-se ilustrada no Esquema 10 onde descrevemos as etapas envolvidas desde a conversão da 6-bromotriptamina nas respectivas arborescidinas, tendo como etapa chave de introdução de quiralidade a redução enantiosseletiva da imina formada na etapa de Bischeler-Napieralski utilizando-se a metodologia de transferência de hidrogênio introduzida por Noyori e colaboradores. Neste processo, a fonte de hidrogênio é o ácido fórmico que é empregado na forma de uma mistura azeotrópica de ácido fórmico-trietilamina e a espécie cataliticamente ativa é gerada a partir de RuCl2(η6
21
Chbani, M.; Païs, M. J. Nat. Prod. 1993, 56, 99. 22
Santos, L. S. Tese de doutorado, Instituto de Química, Unicamp, 2003; b) Santos, L. S.; Pilli, R. A.; Rawal, V. J. Org. Chem. 2004, 69, 1283.
14
cimeno) e (S,S)-N-tosil-1,2-difeniletilenodiamina [(S,S)-TsDPEN], disponíveis comercialmente. N H N Br H N NMe Br H (-)-Arborescidina A (51) N NMe Br H (+)-Arborescidina B (58) N H Br NH2 N H Br NH N H Br N MeO2C N H Br N H O O H3CO O N H Br NH O N H Br N N H Br NCO2Me H N H Br NCO2Me O H H (+)-Arborescidina C (57) N NCO2Me Br H HO a b c d e f g, h i, j l m n HO
Esquema 10. Síntese das arborescidinas A, B e C por Pilli e colaboradores: a) i: anidrido
glutárico, CH2Cl2, 0oC, 10 min; ii: SOCl2, MeOH, 0oC a t.a., 3h, (83%); b) POCl3, benzeno, refluxo, (83%); c) (S,S)-TsDPEN-RuII, HCO2H-Et3N (5:2), DMF, t.a., 12h, (89%); d) AlH3, THF, 10 min., (78%); e) ácido 5-hexenóico, HOBt, EDCI, CH2Cl2, t.a., 10h, (99%); f ) POCl3, MeCN, refluxo, 3 h, (90%) ou POCl3, benzeno, ref luxo, 2,5h, (75%); g) (S,S)-TsDPEN-RuII, HCO2H-Et3N (5:2), DMF, t.a., 12h, (89%); h) MeOCOCl, Et3N, CH2Cl2, (99%); i) OsO4, tBuOH, NMO, THF:H2O, 0oC a t.a., 10h, (88%); j) NaIO4, THF:H2O (1:2), (90%); l) TFA, 1h, (95%); m) AlH3, THF, t.a., 15 min., (96%); n) MeO2CNSO2NEt3, 8h, (84%).
48 49 50 52 53 54 55 56
15
Pelo nosso conhecimento, esta foi a primeira oportunidade em que a aplicação do protocolo de Noyori foi empregada na síntese enantiosseletiva de um produto natural e, considerando-se os excelentes resultados alcançados na síntese assimétrica dos alcalóides β-carbolínicos arborecidinas pelo nosso grupo de pesquisa, é de interesse estender o emprego desta metodologia para outros compostos alvos. Naquela oportunidade, nosso foco principal encontrava-se no desenvolvimento de metodologias sintéticas e não nos ocupamos de avaliar a atividade farmacológica das tetraidro-β-carbolinas preparadas.
16 2. Objetivos
Em função da pronunciada atividade biológica relatada para os compostos β -carbolínicos e considerando-se os excelentes resultados anteriores obtidos pelo nosso grupo de pesquisa, é de interesse estender o emprego desta metodologia para outros compostos dessa mesma família. Como um conjunto representativo de substâncias elegemos as estruturas mostradas abaixo por apresentarem a possibilidade de contribuirmos com uma metodologia catalítica e enantiosseletiva para sua preparação e apresentarem potencial de atividade farmacológica em função de precedentes descritos em literatura. Os objetivos deste trabalho são: 2.1. Desenvolver novas rotas sintéticas para um conjunto de β-carbolinas naturais e não naturais, dentre as quais se incluem a tripargina (59), deplancheína (60), debromo-arborescidina (61), harmicina (62), 5-metoxi-harmicina (63a), 5-bromo-harmicina (63b), cantin-6-ona (64), 10-metoxi-cantin-6-ona (65) (Esquema 11).
N H NH NH NH2 HN tripargina (59) harmicina (62) N H N deplancheina (60) N H N debromo-arborescidina A (61) N N O cantin-6-ona (64) N N O 10-metoxi-cantin-6-ona (65) MeO
Esquema 11. Quadro geral dos compostos a serem sintetizados.
R=OMe (5-metoxi-harmicina) (63a) R=Br (5-bromo-harmicina) (63b) N H N N H N R
2.2. Avaliar in vitro a atividade citotóxica das β-carbolinas sintetizadas contra células tumorais humanas.
2.3. Avaliar in vitro a atividade anti-Leishmania das β-carbolinas sintetizadas contra a forma promastigota de Leishmania major, Leishmania brasiliensis e Leishmania amazonesis.
2.4. Avaliar a toxicidade aguda das β-carbolinas sintetizadas em camundogos Swiss e realizar testes preliminares de ação sobre o sistema nervoso central.
17 3. Tripargina (59)
3.1. Considerações gerais: introdução.
A (S)-(-)-tripargina (59) é um alcalóide tetraidro-β-carbolínico isolado pela primeira vez em 1982, por Akizawa e colaboradores, da pele de rãs da espécie Kassina senegalensis (Figura 4) e, posteriormente, da ascidia Eudistoma sp por Ireland e colaboradores.23 Apesar de alguns relatos sobre a toxicidade da (-)-tripargina (59) em experimentos com camundongos (LD50=16,9 mg/kg,
administração intravenosa)24 e de seu efeito sobre o bloqueio de canais de sódio em membranas de axônios de lulas,25 a relevância fisiológica da (-)-tripargina (59) permanece virtualmente inexplorada. Ireland e colaboradores não observaram atividade citotóxica significativa em frações contendo o alcalóide (S)-(-)-tripargina (59) em células de tumor de cólon humano.
Figura 4. Rã da espécie Kassina senegalensis e estrutura da (S)-(-)-tripargina (59) (59).
23
a) Akizawa, T.; Yamazaki, T.; Yasuhara, T.; Nakajima, M.; Rosegline, G. F.; Ersparmer, G. F.; Ersparmer, V. Biomed Res. 1982, 3, 232. b) Van Wagoner, R. M.; Jompa, J.; Tahir, A.; Ireland, C. M. J. Nat. Prod 1999, 62, 794.
24
Shimizu, M.; Ishikawa, M.; Komoda, Y.; Nakijima, T.; Tamaguchi, K.; Sakai, S. Chem. Pharm. Bull
1984, 32, 1313.
25
Seyama, L.; Yakehiro, M.; Nakajima, T. Japan J. Phisiol 1985, 35, 367.
N H NH NH NH2 HN H
18
Na literatura existem apenas cinco trabalhos sobre a síntese da tripargina (59), sendo que quatro destes trabalhos são do grupo do professor Terume Nakajima. A primeira abordagem para síntese da tripargina (59) foi realizada via reação de Pictet-Spengler, entre o aminoacetal 66 e a triptamina (16) (Esquema 12) levando a formação da tripargina (59) na sua forma racêmica.26
O O HN NH2 NH N H NH2 N H NH HN H2N NH AcOH, 50°C
Esquema 12. Primeira abordagem sintética para a tripargina (59)
desenvolvida por Nakajima.
66
16
59 78,5%
A configuração absoluta do produto natural foi estabelecida posteriormente por Nakajima e colaboradores24, através de síntese em dez etapas e aproximadamente 13% rendimento global a partir do derivado de (S)-triptofano 67 e utilizando uma reação de Pictet-Spengler para construção do anel β-carbolínico. Uma mistura racêmica de configuração R e S (proporção de 1:1) em C-1 do sistema β-carbolínico foi obtida após separação e descarboxilação do epímero de configuração 1S forneceu amostra sintética da (S)-(-)-tripargina (59) (Esquema 12).
26
19 N H CO2Me NCH2Ph CO2H N H CO2Me NCH2Ph CO2Me N H CN NCH2Ph CN H H H N H NCH2Ph CH2NH2 H N H NH H c d e
Esquema 13. Síntese da (-)-tripargina (59) por Nakajima: a) 10% Pd-C/H2; PhCHO/EtOH; b) ac. α-cetoglutárico, benzeno; c) CH2N2, NH3, MeOH; d) POCl3; DMF-Piridina; e) ii: NaBH4/EtOH; ii: LiAlH4/Et2O; f) 10% Pd-C/H2.
N H CO2Me NH2 N H CO2Me NHCH2Ph b a NH MeS NH2 H2O f 67 68 69 70 71 72 73 74 59 NH2 N H NH H NH NH2 HN
Considerando-se a relativa simplicidade estrutural da tripargina e os métodos sintéticos hoje disponíveis, é possível almejar uma rota de síntese mais simples e eficiente para a obtenção das duas formas enantioméricas da tripargina (59) em quantidades apreciáveis para estudos de atividade biológica.
3.2. Estudos visando à síntese total da (±)-tripargina (59)
A primeira estratégia de síntese proposta para a tripargina (59) foi orientada pelo conhecimento prévio de nosso grupo de pesquisa na síntese do núcleo β -carbolínico, via reação de Bischler-Napieralski e também na construção do centro em C1, via hidrogenação assimétrica de Noyori.22
20
Sob tal perspectiva, planejamos uma rota sintética para tripargina (59) a partir da diamina 73 poderia ser preparada a partir da redução do intermediário 75. Este, por vez, poderia ser obtido por hidrogenação assimétrica de Noyori da imina 76. A imina 76 poderia ser proveniente de uma reação de Bischler-Napieralski. A nitroamida 77 poderia ser obtida a partir da reação entre a triptamina (16) e nitroéster 78 (Esquema 14). N H NH2 N H HN O N H N O2N MeO NO2 O O2N N H NH H H2N N H NH H N H H2N NH + N H NH H O2N formação da amida Bischler-Napieralski hidrogenação assimétrica de Noyori redução guanilação
Esquema 14. Primeira abordagem sintética para (R)-(+)-tripargina (59) .
59 73 75 16 78 76 77 OMe O + CH3NO2 79
A primeira etapa da rota sintética planejada consistiu na preparação do 4-nitroéster 7827 que foi obtido através da reação entre o acrilato de metila (79) e o nitrometano, sob condições de Michael empregando-se quantidades catalíticas de
27
21
DBU (1,8-diazobiciclo[5.4.0]undec-7-eno). A Tabela 2, ilustra as condições de otimização para a síntese do nitro-éster 78.
Tabela 2. Otimização das condições reacionais para a síntese do 4-nitro-éster 78
OMe O OMe O NO2 CH3NO2 DBU, 0 ºC 79 78
Entrada Tempo reacional (h) DBU (mol%) Purificação 78 (%) 1 12 3 Dest. a vácuo 42 2 12 5 Dest. a vácuo 51 3 2h 10 Dest. a vácuo 58 4 2h 10 Coluna filtrante 89 5 3h 10 Coluna filtrante 73 6 2h 20 Coluna filtrante 76
As variações em algumas condições experimentais foram, de certa forma, vantajosa tendo em vista que alcançou-se um aumento considerável no rendimento do 4-nitroéster 78 (Entrada 4; rend.: 89%) em relação a literatura27 (60%).
O 4-nitroéster 78 foi caracterizado por RMN de 1H, RMN de 13C e espectroscopia na região do infravermelho (IV). A análise do espectro de IV do 4-nitroéster 78, apresentou bandas a 1737 cm-1, correspondente à carbonila do éster e a 1550 cm-1 referente ao grupo nitro. A análise do espectro de RMN de 1H apresentou sinais correspondentes aos hidrogênios metilênicos α-nitro a δ 4,49
22
como tripleto e a δ 3,70 como um singleto correspondente aos hidrogênios da metila.
O mecanismo proposto para a formação do 4-nitroéster 78 está representado no Esquema 15. A primeira etapa consiste na desprotonação do nitrometano pela base (DBU), formação do ânion nitronato, adição ao sistema acrilato de metila, seguida da reprotonação para formação do nitroéster.
CH3NO2 DBU DBU-H+ CH2NO2 H 2C N O O OMe O NO2 N OMe O O H+ O2N OMe O N N DBU (81)
Esquema 15. Mecanismo proposto para a f ormação do nitro-éster. 80
79
78 O
O OMe
Com o 4-nitroéster 78 em mãos, partimos para a síntese da nitroamida 77. As condições descritas na literatura para formação de amidas a partir de ésteres, geralmente são drásticas, com utilização de temperaturas elevadas.28 Mesmo tendo esses precedentes nada animadores, resolvemos investigar a formação da nitroamida 77 a partir do nitroéster 78.
A primeira condição investigada foi submeter a mistura de triptamina (16) e nitroéster 78 ao refluxo em tolueno. A reação foi acompanhada por CCD e mesmo após cinco dias sob refluxo não foi detectado a formação de produto. Com isso, partimos para utilização de uma condição mais drástica, com utilização de clorobenzeno como solvente que possui ponto de ebulição superior do tolueno. O
28
23
curso da reação foi acompanhado por CCD durante sete dias e, além de não observar a formação da nitroamida 77, verificamos decomposição parcial do substrato (Esquema 16). N H NH2 NH HN O O2N MeO NO2 O +
Esquema 16. Síntese do amida 77. Condição: a) tolueno, refluxo, 5
dias; condição b) cloro-benzeno, refluxo, 7 dias. a ou b
16 78 77
Weinreb e colaboradores desenvolveram uma metodologia para a síntese de amidas a partir de ésteres utilizando trimetilalumínio, sob condições suaves e em altos rendimentos.29 Tendo como base as inúmeras aplicações da metodologia de Weinreb, resolvemos investigá-la na síntese da nitroamida 77.
No primeiro momento, a reação foi feita em CH2Cl2 à 0ºC (Esquema 15)
obtendo-se, contudo somente traços da nitroamida 77 (condição A). Entendemos que o baixo rendimento seria consequência da baixa solubilidade da triptamina (16) em CH2Cl2 e empregamos então um solvente mais polar (CH3CN) à 0ºC.
Novamente obtivemos baixo rendimento da amida 77 (3%) (Esquema 17).
N H NH2 N H HN O O2N
Esquema 17. Rotas alternativas para síntese da amida 77. Condição A:
i-AlMe3, CH2Cl2; -78oC; ii- nitroéster 78, 0oC, 24h, traços; condição B: i-AlMe3, CH3CN; -78oC; ii- nitroéster 78, 0oC, 24h, traços, 3%.
condições
16 77
29
a) Basha, A.; Lipton, M.; Weinreb, S. M. Tetrahedron Letters 1977, 18, 4171. b) Lipton, M. F.; Basha, A.; Weinreb, S. M. Org. Syn. 1988, 49, 492.
24
Diante desses resultados, passamos a investigar alternativas para a obtenção da nitroamida 77. A metodologia que se mostrou mais promissora foi transformar o 4-nitroéster 78 no ácido carboxílico 83 correspondente e, posteriormente, formar a nitroamida 77.
As condições empregadas para a hidrólise do nitroéster 78 estão apresentadas na Tabela 3 e, a melhor condição alcançada envolveu a utilização de KOH em metanol a 50ºC, por 12 h (Entrada 7).
Tabela 3. Otimização das condições reacionais de hidrólise do nitroéster 78.
MeO2C NO2 NaO2C NO2 A, solvente temperatura tempo reacional HCl 1M HO 2C NO2 78 82 83
Entrada A Solvente Temp.(ºC) T (h) 83 (%)
1 KOH (2 eq.) H2O/EtOH (1:1) 80 3,5 55
2 HCl(1M) ______ 80 6 60
3 HCl (2M) ______ 80 24 45
4 NaOH (2eq.) EtOH 70 24 57
5 KOH (2 eq.) EtOH 70 24 75
6 KOH (3 eq.) MeOH t.a. 24 65
7 KOH (4 eq.) MeOH 50 12 92
25
O ácido carboxílico 83 foi caracterizado por RMN de 1H, apresentando três sinais correspondentes aos hidrogênios metilênicos a δ 2,27; 2,50 e 4,46, enquanto no espectro de RMN de 13C foram observados três sinais (δ 21,9; 30,2 e 74,0) correspondentes aos carbonos metilênicos e um sinal correspondente ao carbono da carboxila (δ 177,7). A análise de IV indicou a banda da carboxila a 1719 cm-1 e uma banda larga entre 3600 a 2930 cm-1 correspondente ao grupo OH da carboxila.
Tendo alcançado a síntese do ácido carboxílico 83 em excelente rendimento, iniciamos a investigação de formação da nitroamida 77. Para tal, foram investigadas duas metodologias que envolvem a transformação o ácido carboxílico em uma espécie mais eletrofílica (cloreto de acila 84 ou anidrido 85)30para, posteriormente, submetê-la as condições de formação de amida. A síntese da nitroamida 77 foi alcançada em bom rendimento (Esquema 18).
HO2C NO2 NO2 SOCl2 NO2 O O O MeO N H HN O O2N Cl O triptamina,Et3N CH2Cl2, t.a. 12h, 56% triptamina,CH2Cl2, N-metil morf olina,
t.a. 12h, 72%
Esquema 18. Métodos de obtenção da amida 77. O
OMe Cl
84 83 85
77
A análise de IV da nitroamida 77 mostrou uma banda em 1655 cm -1 correspondente à carbonila e duas bandas a 3400 e 3290 cm-1 correspondentes
30
a) Braga, A. L.; Lüdtke, D. S.; Paixão, M. W.; Alberto, E. E.; Stefani, H. A.; Juliano, L. Eur. J. Org.
Chem. 2005, 4260. b) Anderson, G. W.; Zirmmerman, J. E.; Callehan, F. M. J. Am. Chem. Soc. 1967, 89, 5012. c) Angelastro, M. R.; Peet, N. P.; Bey, P. J. Org. Chem. 1989, 54, 3913.
26
às deformações axiais N-H. A análise de RMN de 1H da nitroamida 77 revelou 4 sinais (δ 2,29; 3,13; 3,74 e 4,50) correspondentes aos hidrogênios metilênicos e 5 sinais (δ 7,16; 7,29; 7,38; 7,53; 7,53 e 7,75) correspondentes aos hidrogênios aromáticos. O espectro de RMN 13C apresentou 14 sinais com os sinais dos carbonos metilênicos a δ 22,9; 25,1; 32,1; 39,8 e 74,5.
O mecanismo proposto para a esterificação promovida por cloreto de tionila é baseado no ataque nucleofílico da carboxila ao átomo de enxofre do cloreto de tionila, levando a formação de uma espécie eletrofílica (intermediário C). Este intermediário sofre ataque nucleofílico de um íon cloreto que, após regeneração da carbonila, conduz a formação do cloreto de acila 84. Esta espécie reage com a triptamina fornecendo assim a nitroamida 77 correspondente (Esquema 19).
O2N N H HN O O2N O OH S O Cl Cl O2N O O S Cl O Cl H -HCl O2N O O S Cl O intermediário C Cl O2N O S Cl O Cl O -SO2, -Cl O2N O Cl N H NH2
Esquema 19. Proposta de mecanismo de formação de amida 77 mediada por SOCl2.
16 84 83 77 C O2N O Cl N H H2N -HCl
27
Após a preparação da nitroamida 77, voltamos nossa atenção para a síntese da imina 86 através da reação de Bischler-Napieralski. 6, 7, 8 Nesta etapa, avaliamos algumas condições reacionais como mudança de solvente, de agente desidratante e de tempo reacional (ver Tabela 4). Em princípio, realizamos a reação com POCl3 em diclorometano porém, mesmo após 24horas, não se
detectou a formação do produto de ciclização desejado e o substrato foi parcialmente recuperado (Entrada 1). O mesmo comportamento foi verificado quando se utilizou PCl5 em benzeno (Entrada 6). Nos demais casos, os métodos
empregados levaram invariavelmente à formação de misturas complexas de produtos, ainda que traços do produto desejado pudessem ser detectados.
Tabela 4. Verificação das condições reacionais da reação de Bischler-Napieralski
77 86 N H HN O O2N N H N O2N agente desidratante solvente, tempo reacional
Entrada Ag. desidratante Solvente Tempo (h)
1 POCl3 CH2Cl2 24 2 POCl3 CH3CN 6 3 POCl3 MeOH 6 4 5 POCl3 POCl3 Benzeno CH3CN 6 6 6 7 PCl5 PCl5 Benzeno CH3CN 24 6 8 POCl3/P2O5 Benzeno 6
28
Diante desses resultados, reavaliamos a rota sintética considerando a utilização da nitroamida 77. Para tal, recorremos à redução do grupo nitro à amina e posterior proteção.31
A Tabela 5 apresenta todas as condições investigadas para essa transformação, destacando-se a condição da entrada 6 que forneceu o composto 87 em 95% de rendimento (Entrada 6).
Tabela 5. Otimização das condições reacional da redução do grupo nitro de 77.
N H HN O 77 87 O2N N H HN O H2N condições [H]
Entrada Solvente Condição Tempo (h) Rend (%)
1 MeOH NaBH4/Pd/C (10 mol) 24 35
2 AcOH Pd/C (10 mol%) 48 54
3 AcOH Pd/C (10 mol%),CuSO4
(10 mol %)
48 *RMP
4 EtOH NaBH4, CuSO4 (10 mol %) 48 56
5 MeOH Pd/C (10 mol%), pH=2 48 42
6 MeOH Pd/C (10 mol%) 24 95
*RMP: recuperação do material de partida.
31
a) Petrini, M.; Ballini, R.; Rosini, G. Synthesis 1987, 713. b) Andraszkicwicz, R.; Silverman, R. B.;
Synthesis 1989, 953. c) Yoo, S.; Lee, S. Synlett 1990, 419. d) Kieb, F. M.; Poggendorf, P.; Picasso,
S.; Janger, V. Chem. Comm. 1998, 119. e) Welner, V.; Jager, V. Angew. Chem. Int. Ed. Engh.
