Universidade Estadual de Campinas
Instituto de Química
ANA LETICIA PIRES DOS SANTOS
“Explorando a Oxidação de Compostos Furânicos: Síntese da
Cheliensisina A.”
Campinas 2019
ANA LETICIA PIRES DOS SANTOS
Explorando a Oxidação de Compostos Furânicos: Síntese da
Cheliensisina A.”
Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestra em Química na área de Química Orgânica
Orientador: Prof. Dr. Ronaldo Aloise Pilli
O ARQUIVO DIGITAL CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA ANA LETICIA PIRES DOS SANTOS E ORIENTADA PELO PROF. DR. RONALDO ALOISE PILLI
Campinas 2019
BANCA EXAMINADORA
Dr. Ronaldo Aloise Pilli (Orientador)
Dr. Emilio Carlos de Lucca Júnior (IQ-Unicamp)
Dra. Marjorie Christine Paule Bruder (LNBio/CNPEM)
A Ata da defesa assinada pelos membros da Comissão Examinadora, consta no SIGA/Sistema de Fluxo de Dissertação/Tese e na Secretaria do Programa da Unidade.
Este exemplar corresponde à redação final da Dissertação de Mestrado defendida pela aluna Ana Leticia Pires dos Santos, aprovada pela Comissão Julgadora em 06 de agosto de 2019.
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Paulino e Cláudia e minha avó Lúcia pelo apoio incondicional durante todo esse período e à minha irmã Ana Paula por todas as mensagens de incentivo e carinho. Sou imensamente grata por tudo que já fizeram e ainda fazem por mim, espero que algum dia eu consiga retribuí-los. Obrigada também aos meus familiares que torcem por mim.
A Deus por tornar tudo isso uma realidade.
Ao professor Pilli, pela grande oportunidade de fazer parte do seu grupo de pesquisa e por todo o auxilio durante o mestrado. Obrigado por todos os ensinamentos, pelos conselhos e por toda a ajuda nessa fase.
Aos amigos de laboratório Ian, Matheus, Juliana, Karla, Chico, Marcela, Adriano, Franco, Thiago e em especial Bruno e Luis Henrique, pela convivência diária e por todos os momentos divertidos. Obrigado pela amizade e por todo o incentivo.
A todos os técnicos de laboratório. Em especial a Wal, pela ajuda com os reagentes, solventes e pelas análises de espectrometria de massas.
As professoras maravilhosas Conceição Oliveira e Fátima Miranda, por me apresentarem a química orgânica durante minha graduação e por serem grandes incentivadoras da minha carreira.
Aos meus amigos de Campinas Aline, Vitor, Isabela, Débora e Michele, que sempre me apoiaram.
As minhas amigas maravilhosas Barbará Sodré e Fernanda Luz, por todos os momentos divertidos durante nossos encontros e por me presentearem com a minha afilhada Nina.
Aos meus amigos do Ceará Connie, Lucas Amorim, Lucas Sampaio, Kheslley, Diego, Mayara, Rudson, Maria Vieria, Bruna Rocha e Agda bem como todos os outros que sempre me apoiaram e vibraram com minhas conquistas.
A minha amiga Camila Ellert que me mantém atualizada com tudo que acontece na vida dela e no mundo.
A minha amiga maravilhosa Katarina Botelho, pelos conselhos inúteis e pelas saídas aleatórias.
A todos os profissionais do Instituto de Química e da Unicamp, em especial ao Sr. Pedro, motorista do ônibus da moradia.
Aos membros da banca examinadora, pela disponibilidade de participar da defesa de mestrado e pelas contribuições ao trabalho.
A CNPq, pela bolsa concedida e auxilio financeiro
A FAPESP, pelo auxilio financeiro fornecido ao laboratorio.
O presente trabalho foi realizado com o apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de pessoal de Nível Superior- Brasil (CAPES) - Código de financiamento 001.
Ao Instituto de Quimica e a Unicamp, por toda a estrutura oferecida, permitindo o desenvolvimento do trabalho.
RESUMO
A Goniotalamina (11), produto natural pertencente a classe das lactonas estirênicas, é o composto mais estudado dentro dessa família de moléculas e isso se deve, principalmente, à sua atividade citotóxica. Outro produto natural pertencente a classe das lactonas estirênicas é a Cheliensisina A (34), também denominada de Óxido de 5-acetoxi-isogoniotalamina, isolada primeiramente em 1994 por Hasan e colaboradores e que mostrou ter propriedades antitumorais. Netse trabalho, foi desenvolvido uma rota de síntese racêmica para a Cheliensisina A (34) empregando-se o rearranjo de Achmatowicz. A partir do cinamaldeído e do epoxicinamaldeído não foi possível obter o produto da referida reação, sendo necessário uso do álcool furfurílico derivado do 2-furfuraldeído que permitiu desenvolver uma rota de síntese para se obter além do produto final 34 (6 etapas, 4% de rendimento global) outros dois produtos naturais, a 5-Hidroxigoniotalamina (4 etapas, 10% de rendimento global) e a 5-Acetoxigoniotalamina (5 etapas, 9% de rendimento global).
ABSTRACT
Goniothalamin (11), a representative of the styryl lactone family of natural products, is the most studied member due mainly to its cytotoxic properties. Another member of this family is Cheliensisin A (34), also known as 5-acetoxyisogoniothalamin oxide, which was isolated in 1994 by Hasan and coworkers and which also displayed antitumoral activity. In this work, we report on the synthesis of the racemic form of Cheliensisin A (34) based on the Achmatowicz rearrangement. We were not able to implement this rearrangement starting from cinnamaldehyde or epoxycinnamaldehyde but we succeded when the furfuryl alcohol derived from 2-furfural was employed. Based on the Achmatowicz rearrangement, we prepared racemic Cheliensisin A (34) after 6 steps in 4% overall yield and two other natural products, 5-hydroxygoniothalamin (4 steps, 10% overall yield) and 5-acetoxygoniothalamin (5 steps, 9% overall yield).
LISTA DE FIGURAS:
Figura 1 Estrutura química da Salicina (1) e Ácido acetilsalicílico (2) ... 18
Figura 2 Estruturas químicas da Galegina (3), Metformina (4), Papaverina (5) e Verapamil (6) ... 19
Figura 3 Estruturas químicas da Artemisinina (7) e do Taxol (8) ... 19
Figura 4 Estrutura química da Anonnalida (9) ... 20
Figura 5 Estrutura química da Oncocalixona A (10) ... 20
Figura 6 Estrutura química da (R)-Goniotalamina (11) ... 21
Figura 7 Estrutura química da (+)-Criptoconcatona H proposta (12) e revisada (13) 21 Figura 8 Classificação das lactonas estirênicas encontradas nas plantas do gênero Goniothalamus, segundo Blazquez. ... 23
Figura 9 Classificação das estruturas químicas presentes no grupos das piranonas estirênicas, segundo Blazquez. ... 24
Figura 10 Exemplos de lactonas estirênicas pertencentes ao grupo das furano piranonas... 24
Figura 11 Exemplos de lactonas estirênicas pertencentes aos grupos menos abundantes. ... 25
Figura 12 Estruturas químicas da (R)-Goniotalamina e da (S)-Goniotalamina (11) . 26 Figura 13 Estrutura proposta para a Cheliensisina A (34) ... 32
Figura 14 Estruturas químicas do óxido de goniotalamina (23) e da Asperlina (35) . 33 Figura 15 Estrutura de derivados da Cheliensisina A (34) que apresentaram potente atividade inibitória de acordo com Deng e colaboradores ... 34
Figura 16 Estrutura do complexo de irídio ... 48
Figura 17 Estruturas químicas do IBX e DMP ... 54
Figura 18 Estrutura da 5-acetoxigoniotalamina (38) ... 65
Figura 19 Estruturas químicas dos catalisadores empregados nas reações de metátese... 68
Figura 20 Estrutura da 5-hidroxigoniotalamina (62) ... 70
Figura 21 Estrutura proposta para a Cheliensisina A (34) ... 74
Figura 22 Estrutura da Cheliensisina A (34) rescolvida por análise de raio-x ...116
Figura 23 Estrutura elucidada para a Cheliensisina A (34) ...116
Figura 24 Ataque do m-CPBA pela face Re da 5-Acetoxigoniotalamina ...117
LISTA DE ESQUEMAS:
Esquema 1 Proposta de via biogenética para algumas estiril lactonas relacionadas
Goniotalamina, segundo Blazquez ... 27
Esquema 2 Síntese da (R)-Goniotalamina (11) a partir do cinamaldeído (31) ... 28
Esquema 3 Abordagens sintéticas para a Goniotalamina (11)... 29
Esquema 4 Mecanismo do rearranjo de Achmatowicz utilizando Br2 e MeOH/H2O .. 36
Esquema 5 Métodos desenvolvidos para o rearranjo de Achmatowicz...38
Esquema 6 Proposta de retrossíntese para a Cheliensisina A (34) ... 42
Esquema 7 Reação de adição do ânion de furano ao trans-cinamaldeído para obtenção de 43 ... 43
Esquema 8 Rearranjo de Achmatowicz para obtenção de 41 (Tabela 2)...43
Esquema 9 Reação de adição do ânion de furano para obtenção de 45 ... 45
Esquema 10 Rearranjo de Achmatowicz para obtenção de 46. ... 45
Esquema 11 Mecanismo proposto para o rearranjo de Achmatowicz de 46. ... 46
Esquema 12 Reação de isomerização cinética dinâmica para obtenção de 47 ... 47
Esquema 13 Mecanismo da reação de isomerização cinética dinâmica proposto por Wang e colaboradores. ... 47
Esquema 14 Epoxição com m-CPBA de álcool alílico cíclico ... 48
Esquema 15 Estado de transição "borboleta" proposto no mecanismo de Bartlett .. 49
Esquema 16 Mecanismo de epoxidação com tBuOOH e VO(acac)2, segundo Sharpless ... 50
Esquema 17 Reação de epoxidação para obtenção de 55 (Tabela 3) ... 50
Esquema 18 Reação de redução para obtenção de 53 ... 51
Esquema 19 Formação de alcoxiboridretos ... 52
Esquema 20 Mecanismo proposto para a redução de aldeídos e cetonas ... 52
Esquema 21 Reação de epoxidação e oxidação para obtenção de 55 ... 52
Esquema 22 Ativação do DMSO com cloreto de oxalila ... 53
Esquema 23 Formação do produto da reação de Swern ... ...54
Esquema 24 Mecanismo proposto para oxidação com DMP...55
Esquema 25 Reação de adição do 2-lítiofurano para obtenção de 56 ... 55
Esquema 27 Reação de Grignard para obtenção de 42... 58
Esquema 28 Proposta de mecanismo através de um processo concertado ... 59
Esquema 29 Proposta de mecanismo através de um caminho radicalar ... ...59
Esquema 30 Rearranjo de Achmatowicz para obtenção de 40 (Tabela 6)...60
Esquema 31 Reação de isomerização cinética dinâmica do composto 40 ... 61
Esquema 32 Rotas sintéticas testadas para a síntese de 38 ... 62
Esquema 33 Reação de acetilação do composto 59...62
Esquema 34 Proposta de mecanimo para a reação de acetilação na presença de DMAP...63
Esquema 35 Metátese cruzada de olefinas para obtenção de 38 (Tabela 7)...64
Esquema 36 Proposta de mecanismo para metátese cruzada de olefinas ... 67
Esquema 37 Metátese cruzada de olefinas do composto 59 ... 69
Esquema 38 Reação de acetilação de 61 ... 71
Esquema 39 Reação de epoxidação da 5-Hidroxigoniotalamina segundo Harris e O’Doherty ... 72
Esquema 40 Reação de epoxidação da 5-Hidroxigoniotalamina protegida com TBS segundo Harris e O’Doherty ... 72
Esquema 41 Reação de epoxidação de 61 ... 72
LISTA DE TABELAS:
Tabela 1 Valores dos IC50 (µM) para a Cheliensisina A (34) e derivados que
apresentaram potente atividade inibitória, de acordo com Deng e colaboradores .... 34
Tabela 2 Condições experimentais testadas para o rearranjo de Achmatowicz do composto 43 ... 44
Tabela 3 Condições experimentais testadas para a epoxidação do cinamaldeído (31) ... 51
Tabela 4 Condições testadas para adição do 2-lítiofurano para obtenção do composto 56 ... 56
Tabela 5 Condições testadas para a epoxidação de 43 ... 57
Tabela 6 Condições testadas para obtenção do composto 40 através do rearranjo de Achmatowicz. ... 60
Tabela 7 Condições reacionais testadas para a reação de metátese cruzada de olefinas do composto 60... 64
Tabela 8 Classificação das olefinas utilizadas em metátese cruzada de olefinas ... 68
Tabela 9 Condições reacionais testadas para epoxidação do composto 61 ... 73
Tabela 10 Condições reacionais testadas para epoxidação do composto 38 ... 74
Tabela 11 Comparação dos sinais de 1H RMN dos compostos obtidos nesse trabalho com os dados da literatura...77
Tabela 12 Comparação dos sinais de 13C RMN dos compostos obtidos nesse trabalho com os dados da literatura ... 78
Tabela 13: Dados cristalográficos da Cheliensisina A (34) ... 117
Tabela 14: Coordenadas atômicas fracionárias (× 104) e isotrópica equivalente Parâmetros de deslocamento (Å2 × 103). Ueq é definido como 1/3 do traço do tensor UIJ ortogonalizado...119
Tabela 15: Coordenadas de átomos de hidrogênio (Å × 104) e Parâmetros de deslocamento isotrópico (Å2 × 103)...120
Tabela 16: Comprimento de ligação/ Å...121
LISTA DE GRÁFICOS:
Gráfico 1 Fármacos aprovados pelo FDA durante o período de 1981 a 2014 ... 22 Gráfico 2 Comparação dos deslocamentos químicos de 1H RMN da 5-acetoxigoniotalamina (38) natural e sintética ... 65 Gráfico 3 Comparação dos deslocamentos químicos de 13C RMN da 5-acetoxigoniotalamina (38) natural e sintética ... 66 Gráfico 4 Comparação dos deslocamentos químicos de 1H RMN da 5-hidroxigoniotalamina (61) natural e sintética ... 70 Gráfico 5 Comparação dos deslocamentos químicos de 13C RMN da 5-hidroxigoniotalamina (61) natural e sintética ... 71 Gráfico 6 Comparação dos deslocamentos químicos de 1H RMN da Cheliensisina A (34) natural e sintética ... 75 Gráfico 7 Comparação dos deslocamentos químicos de 13C RMN da Cheliensisina A (34) natural e sintética ... 76
LISTA DE ABREVIAÇÕES: DCE: Dicloroetano DCM: Diclorometano DMAP: 4-dimetilaminopiridina DMDO: Dimetildioxirana DMP: Periodinana de Dess-Martin DMSO: Dimetilsulfóxido
ESI: Ionização por electrospray FDA: Food and Drug Administration Hex.: Hexano
IBX: Ácido 2-iodoxibenzóico
J: Constante de acoplamento
m-CPBA: Ácido m-cloroperbenzóico
MHz: Megahertz
MMPP: Monoperoxiftalato de magnésio
m/z: Relação massa/carga
NBS: N-bromosuccinimida ppm: parte por milhão t.a: Temperatura ambiente THF: Tetraidrofurano
TLC: Cromatografia em camada delgada TFAA: Anidrido trifluoroacético
TMEDA: Tetrametiletilenodiamina TOF: Tempo de vôo
1H RMN: Ressonância magnética nuclear de Hidrogênio-1 13C RMN: Ressonância magnética nuclear de Carbono-13 δ: Deslocamento químico
SUMÁRIO:
1- INTRODUÇÃO: ... 16
1.1- Produtos Naturais na Química Medicinal ... 17
1.2- Lactonas estirênicas ... 23
1.3- Goniotalamina ... 25
1.3.1- Sínteses da Goniotalamina ... 27
1.3.2- Atividade biológica da Goniotalamina ... 30
1.4- Cheliensisina A ... 32 1. 5- Rearranjo de Achmatowicz ... 35 2- OBJETIVOS: ... 39 2.1- Objetivo geral ... 40 2.2- Objetivo específico ... 40 3- RESULTADOS E DISCUSSÕES:... 41 3.1- Retrossíntese da Cheliensisina A (34) ... 42
3.2- Rota de síntese a partir do cinamaldeído (31)... 42
3.2.1- Estudo do rearranjo de Achmatowicz sem a presença de insaturação...44
3.3- Rota de síntese a partir do epoxicinamaldeído (53) ... 48
3.4- Rota de síntese a partir do 2-furfuraldeído (42) ... 58
4- CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS ... 79
5- PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ... 83
5.1- Informações Gerais ... 84
5.1.1- Reagentes, solventes e reveladores ... 84
5.1.2- Métodos Cromatográficos ... 84
5.1.3- Métodos Espectroscópicos, Espectrométricos e Cálculos teóricos ... 84
5.2- Procedimentos experimentais referentes à rota de síntese a partir do cinamaldeído ... 86
5.3- Procedimentos experimentais referentes à rota de síntese a partir do 2- furfuraldeído ... 90
6- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 98
1- INTRODUÇÃO:
1.1- Produtos Naturais na Química Medicinal
Os produtos naturais são utilizados pela humanidade há milhares de anos. A busca por alívio e cura de doenças pela ingestão de extratos, chás e outras preparações a base de ervas e folhas de espécies vegetais talvez tenha sido uma das primeiras formas de utilização dos produtos naturais. A história do desenvolvimento das civilizações pelos cinco continentes é rica em exemplos da utilização de recursos naturais na medicina, no controle de pragas e em mecanismos de defesa, merecendo destaque a civilização Egípcia, Greco-romana e Chinesa. (Veigas et al., 2006).
Os primeiros relatos do uso de plantas na medicina ocorreram por volta do século 26 a.C., quando a população utilizava extratos de plantas para o tratamento de enfermidades, segundo documentos que relatam o uso de aproximadamente 1000 substâncias derivadas de plantas da Mesopotâmia incluindo óleos de espécies de cedro, Cypressus sempevirens (cipestre), Glycyrrhiza glabra (alcaçuz), Commiphora
myrrha (mirra) e Papaver somniferum (papoula), todos ainda usados hoje para o
tratamento de doenças variando de tosse e resfriados até infecções e inflamações. A medicina egípcia remonta a cerca de 2900 a.C, onde o melhor registro conhecido é o “Papiro de Ebers” que documenta mais de 700 drogas, principalmente de origem vegetal. (Cragg et al., 2013).
Um exemplo bastante conhecido é Hipócrates (430 a.C), considerado o pai da medicina, que prescrevia sucos da casca do salgueiro para aliviar as dores e diminuir a febre. Centenas de anos mais tarde, estudos descobriram a Salicina (1) como sendo a substância presente na casca do salgueiro capaz de aliviar esses sintomas. A Salicina (1) serviu como inspiração para a síntese do ácido acetilsalicílico (AAS-2) que demonstrou uma ação analgésica superior ao ácido salicílico. O responsável pela síntese do ácido acetilsalicílico (AAS-2), em 1897, foi o farmacêutico Felix Hoffmann e, em 1899, o ácido acetilsalicílico teve registrado o nome comercial de Aspirina pela Bayer AG (Bayer, 2016).
Os gregos e romanos contribuíram substancialmente para o desenvolvimento do uso de ervas no antigo Ocidente, um exemplo dessa contribuição sendo a do médico grego Dioscórides (100 d.C) que ficou conhecido por registrar com precisão a coleta, o armazenamento e o uso de ervas medicinais durante suas viagens com o exército. Galeno (130-200 d.C), professor de farmácia e medicina em Roma, ficou bastante conhecido por suas prescrições complexas e fórmulas usadas na composição de medicamentos. (Cragg et al., 2013).
Os medicamentos baseados em plantas continuam a desempenhar um papel essencial na saúde e seu uso por diferentes culturas tem sido amplamente documentado. A organização Mundial da Saúde (OMS) estimou, em 1985, que aproximadamente 65% da população mundial utilizava medicamentos derivados de plantas para seus cuidados com a saúde, alguns exemplos são a Galegina (3), extraída da espécie Galega officinalis, que serviu como modelo para a síntese da Metformina (4), utilizada no tratamento da diabetes, a Papaverina (5), extraída da espécie Papaver somniferum e que serviu como base para a síntese do Verapamil (6), usado para o tratamento da hipertensão. (Cragg et al., 2013).
Figura 1 Estrutura química da Salicina (1) e Ácido acetilsalicílico (2)
1 2
3
3
4
Um dos exemplos de medicamentos baseado em plantas que alcançou repercussão mundial foi a Artemisinina (7), isolada em 1971 por cientistas chineses a partir da Artemisia annua empregada no tratamento da malária e que rendeu o prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia, em 2015, para a pesquisadora chinesa Youyou Tu. Outro exemplo de medicamento que causou enorme impacto no tratamento da saúde humana foi o Paclitaxel (8), cujo nome comercial é Taxol®, isolado da casca ou folhas de espécies de Taxus e utilizado no tratamento contra o câncer de ovário e o câncer de mama. (Cragg et al., 2013).
Figura 3 Estruturas químicas da Artemisinina (7) e do Taxol (8)
A biodiversidade brasileira também se destaca como uma das maiores fontes de produtos naturais, em especial a encontrada na Floresta Amazônica, região com a maior biodiversidade do planeta. (Calderon et al., 2009). Entre as plantas amazônicas encontra-se Humirianthera ampla, pertencente à família Icacinaceae, conhecida popularmente por surucuína, mairã ou mairá, usada na terapia popular para o tratamento de pessoas picadas por cobras (Ming et al., 1997).
O extrato etanólico das raízes de Humirianthera ampla inibe a ação do veneno de cobras da espécie Bothrops atrox, Bothrops jararacussu e Bothrops jararaca, apresentando um elevado potencial antiofídico (Strauch et al., 2013). A Anonnalida
5
5
6
6
Figura 2 Estruturas químicas da Galegina (3), Metformina (4), Papaverina (5) e Verapamil (6)
8 7
(9), composto extraído das raízes da Humirianthera ampla, possui potente atividade citotóxica contra algumas linhagens de câncer em células humanas. (Marques et al., 2018)
Figura 4 Estrutura química da Anonnalida (9)
Outro exemplo de fonte de produto natural encontrado no Brasil é a Auxemma
oncocalyx, pertencente a família Boraginacea, conhecida popularmente como “pau
branco”, uma árvore característica da Caatinga presente no nordeste brasileiro, com uma distribuição mais expressiva no estado do Ceará. A casca do caule da árvore tem efeito adstringente sendo utilizada na medicina popular para o tratamento de cortes e algumas feridas (Braga, 2010). A partir do extrato etanólico da casca do caule é possível extrair a Oncocalixona (10) (Pessoa et al., 1995) que apresenta atividades antiedematogênica, analgésica (Ferreira et al., 2004), antidiabética (Sivagnanam et
al., 2013) e antiagregante plaquetária (Ferreira et al., 2008).
Outro exemplo de produto natural é a Goniotalamina (11), pertencente à classe de lactonas estirênicas, podendo ser encontrada em plantas do gênero
Goniothalamus, presente na Ásia, e em plantas do gênero Cryptocarya, sendo a
espécie Cryptocarya moschata encontrada em algumas regiões do Brasil. Aspectos de isolamento, determinação estrutural, sínteses e atividades biológicas da
Figura 5 Estrutura química da Oncocalixona A (10)
9
6
10
Goniotalamina (11) serão abordadas com mais detalhes na próxima seção 1.3 (De Toledo, et al., 2019).
Os compostos orgânicos encontrados na natureza possuem uma grande diversidade estrutural que permite uma vasta aplicação farmacológica (Betschart et
al., 2015; Chen et al., 2015; Gosslau et al., 2011; Li et al., 2014; Lin et al., 2013;
Newman et al., 2016; Shah et al., 2014). Por essa razão, a identificação, caracterização e síntese dessas moléculas são de grande interesse e tem sido o objetivo de diversos grupos de pesquisa. Contudo, a caracterização incorreta dos produtos naturais é um problema na ciência pois fornece estruturas químicas incertas (Maier, 2009; Nicolaou et al., 2005), sendo a síntese orgânica um método fundamental na correção das estruturas desses produtos naturais (Della-Felice et al., 2018).
Exemplos de erro na caracterização de produto natural podem ser encontrados na discordância de atribuição da configuração relativa de centros estereogênicos. A (+)-Criptoconcatona H (12 e 13) é um produto natural inicialmente isolado por Wang e colaboradores a partir das folhas de Cryptocarya concinna (Yang et al., 2016). As configurações dos centros estereogênicos foram propostas através dos experimentos de ROESY juntamente com o uso do éster de Mosher, atribuindo a configuração absoluta S para o carbono C-4 e estabelecendo uma relação cis com os outros centros estereogênicos H-2, H-4 e H-6 (12). Os centros inicialmente propostos foram revisados por Della-Felice e colaboradores que, após estudos computacionais e síntese total da ent-Criptoconcatona H, concluíram que os centros estereogênicos do produto natural são todos de configuração R (13) (Della-Felice et al., 2018).
Figura 7 Estrutura química da (+)-Criptoconcatona H proposta (12) e revisada (13) Figura 6 Estrutura química da (R)-Goniotalamina (11)
11
6
Os produtos naturais também têm sido utilizados há muito tempo como fonte de inspiração para o design de drogas, com particular eficiência para o tratamento de câncer e algumas doenças infecciosas, pois frequentemente apresentam estruturas moleculares biologicamente relevantes assim como padrões farmacofóricos únicos. (Yang et al., 2016).
Para confirmar o papel dos produtos naturais no desenvolvimento de novos fármacos, Cragg e Newman levaram em consideração os compostos aprovados pela FDA (Food and Drug Administration), no período de 1981- 2014, totalizando 1562 compostos. Destes, mais de 70% tem origem em um produto natural seja com a manutenção da estrutura original do produto natural, com a preparação de análogos sintéticos ou semi-sintéticos ou pela utilização do grupo farmacofórico presente no produto natural, enquanto que apenas 27% são compostos totalmente sintéticos. (Newman et al., 2016).
Gráfico 1 Fármacos aprovados pelo FDA durante o período de 1981 a 2014
B: Macromolécula biológica S: Medicamento sintético
N: Produto natural S*: Sintético (Contém farmacóforo de PN) NB: Fitoterápico V: Vacinas
1.2- Lactonas estirênicas
As lactonas estirênicas são produtos naturais isolados majoritariamente de plantas do gênero Goniothalamus, sendo caracterizadas por um esqueleto de treze átomos de carbono que inclui na sua estrutura um substituinte estiril ou fragmento de estiril modificado ligado a uma porção lactona (De Toledo et al., 2018). Segundo Blazquez e colaboradores (Blazquez et al., 1999), os produtos naturais que fazem parte dessa classe de compostos podem ser classificados em seis diferentes tipos de estrutura química: piranonas estirênicas, furano piranonas, furano furanonas, pirano piranonas, butenolídeos e heptolídeos.
.
Piranona estirênica
Figura 8 Classificação das lactonas estirênicas encontradas nas plantas do gênero Goniothalamus, segundo Blazquez.
Considerando-se o número de compostos identificados, as piranonas estirênicas representam o grupo mais importante entre as lactonas estirênicas. As diferenças estruturais mais significativas entre os compostos desse grupo estão relacionadas ao grau de oxidação da cadeia alifática e na saturação da porção piranona. Segundo Blazquez (Blazquez et al., 1999), estas características permitem
Furano piranonas Furano furanonas
que as piranonas estirênicas sejam divididas em quatro diferentes tipos: Tipo 1 (Goniotalamina); Tipo 2 (Óxido de goniotalamina); Tipo 3 (Goniodiol) e Tipo 4 (Garvensintriol).
Figura 9 Classificação das estruturas químicas presentes nos grupos das piranonas estirênicas, segundo Blazquez.
As furano piranonas representam o segundo grupo mais importante entre as lactonas estirênicas. A Altolactona (14), Goniofupirona (15) e Etarvensina (16) são alguns exemplos que representam essa classe de compostos.
Altolactona (14)
Figura 10 Exemplos de lactonas estirênicas pertencentes ao grupo das furano piranonas
Os demais grupos das lactonas estirênicas, apesar de o número de compostos identificados não ser tão numeroso, também apresentam compostos relevantes como, por exemplo a Goniopipirona (17), presente no grupo das pirano piranonas, Goniofufurona (18), representante do grupo das furano furanonas, Goniobutenolideo A (19), referente ao grupo dos butenolídeos e o Gonioheptolídeo A (20), relacionado ao grupo dos heptolídeos.
Tipo 1 Goniotalamina Tipo 2 Óxido de Goniotalamina Tipo 3 Goniodiol Tipo 4 Garvensintriol Goniofupirona (15) Etarvensina (16) Tipo 4 Garvensintriol
Figura 11 Exemplos de lactonas estirênicas pertencentes aos grupos menos abundantes.
1.3- Goniotalamina
A Goniotalamina (11) é uma lactona estirênica que foi inicialmente isolada por Hlubucek e Robertson de cascas de Cryptocarya caloneura (Hlubucek et al., 1967) e, mais tarde, sua existência foi demostrada em diversas plantas do gênero
Goniothalamus (Jewers et al., 1972). Estudos fitoquímicos em Goniothalamus sp.
mostraram a presença de metabólitos secundários interessantes, particularmente, estirilactonas, acetogeninas e alcalóides. Os metabólitos secundários isolados deste gênero, especialmente estirilactonas e acetogeninas, mostraram citotoxicidade significativa contra várias linhagens de câncer em células humanas (Jusoh et
al.,2015).
Goniopipirona (17) Goniofufurona (18)
Gonioheptolideo A (20)
Figura 12 Estruturas químicas da (R)- Goniotalamina e da (S)- Goniotalamina (11)
A estrutura planar da Goniotalamina (R-11) foi estabelecida através de técnicas como espectrometria de massas, infravermelho e espectroscopia de RMN, derivatização química utilizando redução por boroidreto, seguida de metanólise, e síntese total de sua forma racêmica. Inicialmente, o centro estereogênico da Goniotalamina foi atribuído como sendo de configuração S baseado no isolamento do xantato de etila a partir do ácido L- (-)-málico obtido após ozonólise e oxidação com peróxido de hidrogênio alcalino, do produto natural. Alguns anos depois, Jewers e colaboradores (Jewers et al., 1972) também relataram o isolamento da (S-11)-Goniotalamina da casca de Goniothalamus andersonni, enquanto que em 1975, Clarke e Pauling (Clarke et al., 1975) descreveram a configuração absoluta como sendo S com base na análise de difração de raio-x.
Entretanto, essa atribuição foi refutada por Meyer (Meyer, 1979) ao demonstrar que o produto natural obtido apresentava configuração R. A atribuição correta do centro estereogênico foi possível através da síntese dos dois enantiômeros a partir de precursores quirais e da obtenção dos ácidos (S)- e (R)-málico, após ozonólise dos enantiômeros da Goniotalamina. (Nahra et al., 2015).
Segundo alguns autores (Blazquez et al., 1999; Fang et al., 1993; Shing et al., 1995), a biossíntese desta família de metabólitos secundários ocorre através de uma via mista: a conversão de fenilalanina em ácido cinâmico através da via do ácido xiquímico, seguida da incorporação de duas unidades de acetato através da via de policetídeos. Após uma sequência envolvendo ciclização, redução e eliminação, o composto 21 seria formado. Uma redução enantiosseletiva forneceria o centro de configuração R do carbono carbinólico e reações subsequentes forneceriam os esqueletos dos seis diferentes grupos das lactonas estirênicas. Por exemplo, a oxidação da dupla ligação estirênica forneceria outras lactonas estirênicas relacionadas à goniotalamina como o epóxido 23, (+)-goniodiol (26) e
(+)-8-(R)-11
6
(S)-11
metoxigoniodiol (29) (Esquema 1). A hidratação de 21 levaria à (5S, 6S)-5-hidroxi goniotalamina (22) que, após oxidação, formaria o epóxido 25 e (+)-altolactona (30).
Esquema 1 Proposta de via biogenética para algumas estiril lactonas relacionadas à Goniotalamina segundo Blazquez..
1.3.1 Sínteses da Goniotalamina
A síntese da Goniotalamina (R-11) foi alcançada por várias rotas sintéticas. A olefina estirênica presente na estrutura da Goniotalamina (R-11) pode ser obtida através da olefinação de Julia ou de Wittig ou através da metátese cruzada de olefinas com o catalisador de Grubbs. A olefina interna presente na lactona pode ser construída por meio da reação de Horner-Wadsworth-Emmons modificada por Still, por metátese de olefina com fechamento de anel utilizando o catalisador de Grubbs (De Fatima et al., 2003; De Fatima et al., 2005; Pospisil et al., 2006; Ramachandran
21 21 11 22 23 24 26 27 28 29 30 25
et al., 2000) ou por hidrogenação de alcino usando catalisador de Lindlar (Takano et
al., 1992; Hlubucek et al., 1967).
O centro estereogênico da Goniotalamina (R-11) possui mais opções para ser obtido devido aos diversos protocolos de reações de alilação assimétrica (De Fatima
et al., 2003; de Fatima et al., 2005; Ramachandran et al., 2000, De Fatima et al., 2003;
Harsh et al., 2009) e de reações aldólicas já existentes (Sato et al., 1994; Yadav et al., 2013; Meyer et al., 1975).
O anel lactônico pode ser obtido pela reação de lactonização entre o álcool secundário e o ácido carboxílico ou seu derivado conjugado ou não a uma olefina de configuração Z (Hlubucek et al., 1967; Meyer et al., 1979; Job et al., 2001). A construção do anel também foi realizada utilizando a metodologia de hetero Diels-Alder (Quitschalle et al., 2001; Wach et al., 2010).
De todas as rotas sintéticas desenvolvidas para a obtenção da Goniotalamina (R-11), a mais eficiente relatada até o momento tem apenas três etapas como mostrada no Esquema 2, sendo bastante utilizada em nosso grupo de pesquisa (De Fatima et al., 2003).
Esquema 2 Síntese da (R)- Goniotalamina (11) a partir do cinamaldeído (31)
Nas condições de alilação assimétrica de Maruoka, o trans-cinamaldeído (31) reagiu com aliltributilestanana produzindo o álcool homoalílico (R)-32. Este foi submetido a uma reação de esterificação com cloreto de acriloíla formando o éster (R)-33. A terceira e última etapa utilizou uma metátese de olefinas para o fechamento
31 6 32 6 33 6 (R)-11 6
de anel com catalisador de Grubbs de primeira geração (Grubbs et al., 1998) convertendo o éster (R)-33 na (R)-Goniotalamina (R)-11.
A metodologia utilizando a síntese de construção da lactona por uma reação de metátese de olefinas com fechamento de anel, quando comparada com as demais estratégias, é a mais eficiente (Esquema 3). O método baseado na etapa de lactonização é útil pois o centro estereogênico da posição carbinólica pode ser formado através de metodologias bem estabelecidas como epoxidação e dihidroxilação assimétrica de Sharpless (Chen et al., 2002). A utilização do rearranjo de Achmatowicz (Harris e O’Doherty, 2001) e a reação de hetero Diels-Alder (Wach
et al., 2010), esta última sendo menos empregada, também tem se mostrado opções
para obtenção de lactonas estirênicas. (De Toledo et al.,2019).
Esquema 3 Abordagens sintéticas para a Goniotalamina (11)
A síntese da Goniotalamina (R-11) tornou-se tão bem estabelecida que atualmente ela é utilizada em uma aula de orgânica experimental no curso de orgânica avançada na Universidade Católica de Louvain, na Bélgica ( Nahra et al., 2014).
1.3.2- Atividade biológica da Goniotalamina
As plantas do gênero Goniothalamus são usadas na medicina popular (De Fátima et al., 2006), o que levou à pesquisa das propriedades terapêuticas de seus extratos e de seus constituintes isolados (Blazquez et al., 1999; Tai et al., 2010). Desde a revisão de Blasquez e colaboradores, publicada em 1999, sobre o isolamento, elucidação estrutural, biogênese e atividade biológica de estiril lactonas de espécies de Goniothalamus, vários autores têm atualizado as informações sobre o perfil biológico desta família promissora de compostos naturais (Blazquez et al., 1999, De Toledo et al., 2018).
Em 2006, Fátima e colaboradores revisaram as informações sobre a atividade biológica e o mecanismo de ação desta família de produtos naturais, enquanto Wiart focou no uso das espécies de Goniothalamus na medicina popular e estudos farmacológicos, entre outros aspectos (De Fátima et al., 2006; Wiart et al., 2007). Em 2008, De Fátima e colaboradores relataram a atividade in vitro da (+) - Goniotalamina (R-11) e seu enantiômero ent-11 contra onze cepas de fungos patogênicos. (De Fátima et al., 2008).
Em 2014, Choo et al. focaram nas propriedades citotóxica e anticancerígena de produtos naturais isolados de espécies de Goniothalamus encontradas na Ásia tropical e subtropical que são usados na medicina popular [Choo et al., 2014). Em 2016, Aslam e colaboradores revisaram os aspectos fitoquímico e etnobotânico de espécies de Goniothalamus concentrando-se em estiril lactonas como metabolitos secundários destas espécies (Aslam et al., 2016).
Yen e colaboradores determinaram que a Goniotalamina (R-11), isolada da espécie de Goniothalamus amuyon, apresentou atividade citotóxica para carcinoma espinocelular oral (células Ca9-22) com IC50 variando de 19,75 μM (24 h de tratamento) a 13,15 μM (48 h de tratamento) (Yen et al., 2012).
Mohideen e colaboradores relataram a avaliação do efeito citotóxico in vitro de (E)- e (Z)-goniotalamina sintética e de análogos contra linhagem de células T leucêmicas linfoblásticas (Jurkat E 6.1). Entre todos os análogos investigados, a (E) -goniotalamina mostrou ser a mais citotóxica com IC50 12 mM (Mohideen et al., 2013). Innajak e colaboradores investigaram o efeito anticancerígeno de (+)-Goniotalamina (R-11), isolada de Goniothalamus macrophyllus, na linhagem de células de câncer de mama humano SK-BR-3. A Goniotalamina (R-11) aumentou a
relação Bax/Bcl-2, proteínas intracelulares que regulam diretamente o processo de ativação das caspases sendo a preoteína Bax de natureza pro-apoptótica, enquanto a Bcl-2 de natureza anti-apoptótica. A expressão das caspases 7 e 9 tambem foram aumentadas sendo a caspase-9 responsável pela clivagem e consequente ativação de formas inativas de caspases efetoras, enquanto a caspase-clivada 7 é a caspase efetora responsável por clivar outros substratos protéicos da célula resultando no processo apoptótico. A Goniotalamina (R-11) também aumentou a expressão da PARP, grupo de inibidores da enzima Poli-Adenosinadifosfato Ribose Polimerase, mas diminuiu a expressão de Bcl-2 (molécula antiapoptótica) de células apoptóticas (morte celular). Além disso, a Goniotalamina (R-11) promoveu a apoptose associada a indução de autofagia (autodestruição da célula) em células SK-BR-3 através da regulação positiva de p-p38 (proteína envolvida na diferenciação celular, apoptose e autofagia) e p-JNK1/2 (proteína responsável por regular o processo de autodestruição celular) e regulação negativa da p-Akt, proteína que auxilia na sobrevivência celular (Innajak et al., 2016; Elmore, 2007).
Kido e colaboradores relataram estudos in vivo com o objetivo de caracterizar o microambiente da próstata de camundongos idosos submetidos à terapia com Goniotalamina racêmica, enfocando parâmetros morfológicos e inflamatórios, considerando a importância da inflamação glandular durante o envelhecimento. O Celecoxib foi usado como controle devido as suas propriedades anti-inflamatórias bem conhecidas. Ambos, (+/-)-Goniotalamina e Celecoxib controlaram a inflamação na próstata e foram capazes de sensibilizar o microambiente senescente para estímulos anti-inflamatórios. Ambos os tratamentos controlaram a inflamação na próstata, um importante recurso para candidatos promissores na prevenção de doença protástica durante a idade avançada (Kido et al., 2017).
Weber e colaboradores investigaram a atividade citotóxica de (+)- e (-)- Goniotalamina bem como alguns análogos contra o adenocarcinoma de pulmão humano (linhagem celular A549), adenocarcinoma de mama positivo para receptor de estrogênio (linhagem celular MCF-7 de células do câncer de mama humano triplo negativo HBL-100). Os autores descobriram que a configuração do centro estereogênico desempenha um papel importante na citotoxicidade. A (+)-Goniotalamina (R-11) exibia maior toxicidade quando comparada ao seu enantiômero e a sua forma racêmica contra as linhagens celulares A549 e MCF-7 uma perda significativa de atividade observada para o análogo onde o anel fenila foi substituído
pelo substituinte cicloexila. A presença de um grupo p-metoxi ou um p-fluor como substituinte no anel aromático não melhorou a atividade citotóxica contra linhagens celulares A549 e MCF-7, em comparação com (+)-Goniotalamina (R-11). Um análogo ciclopropílico da (R)-Goniotalamina (R-11) também foi investigado, mas apenas foram observadas pequenas diferenças na atividade citotóxica em comparação com (R)-11. A eliminação da insaturação no anel de di-hidropiran-2-ona da Goniotalamina (R-11) e derivados levou a perda do efeito citotóxico sobre as linhas celulares investigadas, como observado anteriormente por De Fátima e colaboradores (Weber et al., 2017). A lactona α,β-insaturada da goniotalamina (11) é o seu grupo farmacofórico, é um aceptor de Michael, o qual pode reagir com moléculas nucleofílicas tais como a cisteína,ou seja, a parte da molécula necessária para a interação com um alvo biológico, causando uma resposta.
Como consequência destas análises, a Goniotalamina (R-11) tornou-se uma estrutura promissora para futuros estudos visando a exploração de seu potencial terapêutico, o que resultou em ensaios biológicos para determinação do seu mecanismo de ação como composto antitumoral. (Cattley et al., 2004; Seyed et al., 2014).
1.4- Cheliensisina A
Outro exemplo de lactona estirênica é o Óxido de 5-acetoxi-isogoniotalamina, também conhecida como Cheliensisina A (34), que pode ser encontrada em algumas plantas da espécie Goniothalamus, presente em países asiáticos como Bangladesh e Malásia.
Figura 13 Estrutura proposta para a Cheliensisina A (34)
Em 1994, Hasan e colaboradores isolaram o Óxido de 5-acetoxi-isogoniotalamina (34) a partir da casca do caule de Goniothalamus sesquipedalis, além de outras hidropironas (Hasan et al., 1994). Em 1998, Li e colaboradores
34
isolaram o mesmo composto, agora de Goniothalamus cheliensis Hu, que denominaram de Cheliensisina A (34) (Li et al., 1998).
Hasan e colaboradores estabeleceram a estereoquímica nos carbonos 5 e 6 utilizando técnicas de ressonância magnética nuclear (RMN), através de experimentos como NOE estabelecendo a configuração relativa cis entre os hidrogênios em C-5 e C-6. As configurações relativas entre C-7 e C-8 não pôde ser estabelecida por NOE. As configurações relativa e absoluta foram então propostas através da comparação com outros dois produtos naturais, o Óxido de Goniotalamina (23) e a Asperlina (35), concluindo-se que as configurações dos centros C-6, C-7 e C-8 seria aquele presente no Óxido de Goniotalamina (23) e a configuração em C-5 seria aquele presente na Asperlina (35)
Figura 14 Estruturas químicas do Òxido de Goniotalamina (23) e da Asperlina (35)
Devido as suas propriedades biológicas, grande atenção foi dada à Cheliensisina A (34) pois, além de suas significativas atividades antitumorais in vitro em linhagens celulares de HeLa, a Cheliensisina A (34) também exibiu potente efeito antitumoral in vivo em algumas linhagens de camundongos (BALB e murino H22) com metástase do câncer de cólon (Zhao et al., 2008; Deng et al., 2011). Estudos mostraram que Cheliensisina A (34) possui elevada citotoxicidade contra as células HL-60 de leucemia (Li et al., 1998), contra a linhagem celular do câncer de cólon HCT116 (Zhonge et al., 2005) e, em estudos recentes, Zhang e colaboradores demonstraram o potencial da Cheliensisina A (34) como um agente quimiopreventivo
in vitro do câncer de pele em linhagem celular JB6 C141. (Zhang et al., 2013).
Não só a Cheliensisina A (34) apresenta atividade citotóxica como também seus derivados. De acordo com o trabalho de Deng e colaboradores (Deng et al., 2011) que sintetizaram 21 derivados da Cheliensisina A com diferentes substituições nas posições C-7 e C-8, sete deles exibiram potente atividade inibitória contra as células de câncer de mama SK-BR-3 e contra as células de câncer de pâncreas PANC-1. 23 1 6 35 6
Figura 15 Estrutura de derivados da Cheliensisina A (34) que apresentaram potente atividade inibitória de acordo Deng e colaboradores
Tabela 1 Valores dos IC50 (µM) para a Cheliensisina A (34) e derivados que
apresentaram potente atividade inibitória, de acordo Deng e colaboradores
O único trabalho encontrado na literatura que explora a síntese total da Cheliensisina A (34) foi publicado por Peng e colaboradores (Peng et al., 2002) envolvendo um total de 8 etapas. No entanto, este trabalho não informa os rendimentos das etapas de síntese e sequer descreve os dados espectroscópicos necessários para a completa caracterização dos intermediários envolvidos e da Cheliensisina A (34), não podendo, por essa razão ser considerado válido do ponto de vista científico. IC50(µM) 34 36b 36d 36g 36i 37a 37c 38 SK-BR-3 (µM) 20,31 3,65 2,22 4,03 7,26 7,36 11,96 4,63 PANC-1 (µM) 25,65 12,75 3,87 4,10 16,57 7,22 13,9 7,95 36b-(7R): R1= Ph 36d-(7R): R1= CH=CHCH3 36g-(7R): R1= CH=CHPh 36i-(7S): R1= CH3 37a-R2= (E)-CH=CHPh 37c-R2: Ph 34 6 38 6
1.5- Rearranjo de Achmatowicz
Como discutido anteriormente (seção 1.3.1), uma das rotas de síntese de lactonas estirênicas envolve o emprego do rearranjo de Achmatowicz (Harris e O’Doherty, 2001; De Toledo et al., 2019).
Desde os primeiros relatos, no final dos anos 1960 e início dos anos 1970, o rearranjo de Achmatowicz tem recebido muita atenção devido a ampla versatilidade dos produtos formados. Achmatowicz Jr. reportou a expansão oxidativa de anel furânico a partir de álcoois furfurílicos submetidos a condições reacionais com bromo e metanol, o que passou a ser conhecido como rearranjo de Achmatowicz (Achmatowicz et al., 1971). Como as piranonas formadas nesse arranjo representam blocos de construção densamente funcionalizados, uma química rica foi desenvolvida ao longo dos anos explorando sua capacidade de participar de reações de acoplamento cruzado e de cicloadições (Deska et al., 2015).
O rearranjo de Achmatowicz envolve a formação de ligação entre carbono-heteroátomo com a formação de uma hidroxipiranona a partir de um álcool furfurílico, com a abertura e fechamento do anel promovida por bromo na presença de metanol/água. O mecanismo reacional envolve a formação do íon bromônio 39.2 que é prontamente aberto pelo metanol presente no meio, formando uma mistura de acetais 39.6 estáveis e passíveis de isolamento. Em seguida, uma hidrólise ácida leva à formação do álcool dicarbonílico ou cetoenal 39.7 que, mediante ataque do par de elétrons do oxigênio à carbonila do aldeído, gera a hidroxipiranona 39.8. (Esquema 4) (Deska et al., 2015;Pijl et al., 2015).
Esquema 4 Mecanismo do rearranjo de Achmatowicz utilizando Br2 e MeOH/H2O
A condição reacional original foi modificada posteriormente com a utilização de
N-bromosuccinimida (NBS) como fonte de bromo, procedimento experimental mais
prático e versátil que o original. Além da substituição do bromo molecular por NBS, o solvente metanólico foi substituído por água e ainda adicionou-se bases inorgânicas, como acetato de sódio (NaOAc) e bicarbonato de sódio (NaHCO3), para neutralizar o ácido bromídrico formado. Neste protocolo, o NBS leva à formação do íon bromônio de forma análoga ao bromo molecular, porém o hemicetal gerado tende a colapsar espontaneamente para o cetoenal acíclico e, como não há metanol, a catálise ácida não é necessária. (Deska et al., 2015; Mahajan et al., 2017).Outro método tradicional empregado no rearranjo de Achmatowicz é a utilização do ácido m-cloroperbenzoico (m-CPBA). São métodos práticos, confiáveis, com altos rendimentos que toleram diversos grupos funcionais e geram subprodutos orgânicos (ácido m-clorobenzóico e succinimida) em quantidades estequiométricas (Mahajan et al., 2017).
Complementando as abordagens clássicas que usam reagentes oxidantes estequiométricos nas reações envolvendo o rearranjo de alcoóis furfurílicos, a catálise por metais de transição tem demonstrado ser, ao longo dos anos, ferramenta valiosa e poderosa no contexto das oxidações de Achmatowicz. Em 1983, Ho e Sapp empregaram o sistema acetilacetonato de vanádio [VO(acac)2]/hidroperóxido de
terc-39.1 39.2 39.3 39.4 39.5 39.6 39.8 39.7
butila (tBuOOH) (Esquema 5.a) como método catalítico para a síntese de 6-hidroxipiranonas. Com uma carga muito baixa de acetilacetonato de vanádio, os álcoois furfurílicos foram suavemente transformados em heterociclos oxigenados de seis membros em rendimentos de moderados a bons (Deska et al., 2015).
Diversos outros métodos foram desenvolvidos, dentre eles, o uso de Oxone® (peroximonossulfato de potássio) e quantidade catalítica de brometo de potássio (5 mol%) em uma mistura de tetraidrofurano e água a 0° C para gerar bromo in situ, tendo como subproduto somente sulfato de potássio que é solúvel em água e facilita a purificação (Esquema 5.b) (Li e Tong, 2016). O oxigênio singleto, gerado com o auxílio de um fotossensibilizador (FS), pode reagir com o furano via reação tipo Diels-Alder para formar o intermediádio trioxolano seguido por redução utilizando trifenilfosfina ou sulfeto de dimetila em quantidade estequiométrica para redução da ligação O-O do grupo peróxido em ponte (Esquema 5.c) (Lee et al., 1991; Noutsias
et al., 2012).
O uso de alcóxidos de titânio e tartaratos de dietila ou diisopropila (condições de epoxidação de Sharpless) permite alcançar a resolução cinética de álcoois furfurílicos quirais. Estudos iniciais de Sato e colaboradores sobre a aplicação do tartarato de (+)-diisopropila [(+)-DIPT], em combinação com isopropóxido de titânio (IV) [Ti(OiPr
4)] (Esquema 5.d), mostraram que enantiosseletividades geralmente elevadas podem ser alcançadas na resolução de alcoóis furfurílicos diferentemente substituídos (Deska et al., 2015, , Broke et al., 1988; Sato et al., 1988 e Sato et al., 1989).
Esquema 5 Métodos desenvolvidos para o rearranjo de Achmatowicz
A importância de substratos furanos para as necessidades de química orgânica,em geral, tornou-se mais reconhecido nas últimos décadas. É possível o desenvolvimento de soluções eficientes e baratas na abordagem de compostos complexos com reatividade diversificada, um exemplo é o a utilização do rearrnajo de Achmatowicz na síntese de produtos naturais (Makarov et al., 2018).
O produto do rearranjo de Achmatowicz é um produto versátil e peça chave para a síntese de estruturas bioativas, medicamentos e produtos naturais. Possui
vários sitios reativos que podem ser explorados para outras transformações (Mahajan
et al., 2017: Song et al., 2017). O rearranjo pode tolerar uma grande variedade de substratos com funcionalidades complexas, sendo utilizados nas sínteses de piranonas não substituídas no C-5 (Figura 7, pag. 21) ou substituídas por oxigênio no C-5, onde incluem os três tipos de piranonas com três tipos de substituição de oxigênio no C-5: álcoois, éteres (Figura 9, pag. 24) e grupos aciloxi (40) (Harris et al., 2004).
5.a
5.b
5.c
2- OBJETIVOS: 2.1- Objetivo geral:
Tendo em vista que a síntese total da Cheliensisina A (34) foi relatada apenas por Peng e colaboradores (Peng et al., 2002) sem qualquer informação experimental que permita que o mesmo possa ser considerado válido cientificamente, este trabalho visa determinar a configuração relativa da Cheliensisina A (34).
2.2- Objetivo específico:
Empregar o rearranjo de Achmatowicz para preparar a Cheliensisina A (34) em sua forma racêmica.
3.1- Retrossíntese da Cheliensisina A (34)
A proposta de retrossíntese para a Cheliensisina A (34), mostrada no Esquema
6, envolve uma reação de epoxidação da estirilactona acetilada 38 na configuração
trans, a ser preparada a partir da reação de acetilação e isomerização cinética
dinâmica catalisada pelo complexo de irídio dos lactóis 40 e 41 aserem preparados através do rearranjo de Achmatowicz dos álcoois furfurílicos 42 ou 43 correspondentes. O lactol 40 também será submetido à reação de metátese cruzada de olefinas para obtenção de 38 (Corey et al., 1989).
Esquema 6 Proposta de retrossíntese para a Cheliensisina A (34)
3.2- Rota de síntese a partir do cinamaldeído (31)
Diante das opções para a síntese da Cheliensisina A (34), a reação de metalação a partir do cinamaldeído foi inicialmente a metodologia escolhida para ser aplicada neste trabalho. Esta metodologia já vinha sendo utilizada por Peng e colaboradores na síntese de análogos da goniotalamina (Peng e Shen et al., 2002).
Inicialmente realizou-se a reação de metalação do furano 44 com n-BuLi em THF a -78 °C sob atmosfera de N2, seguida da adição do cinamaldeído (31), obtendo-se o álcool furfurílico 43 com rendimento de 85-90%, como mostrado no Esquema 7.
A formação de 43 pode ser confirmada pela presença do sinal do hidrogênio carbinólico em δ 5,41 ppm (d, J = 5,4 Hz, 1H) no espectro de 1H RMN e pelos sinais δ 7,47 – 7,26 ppm (m, 6H) referentes aos hidrogênios presentes no anel aromático e um dos prótons do anel furânico, pelos sinais em δ 6,75 ppm (d, J = 15,9 Hz, 1H), 6,47 ppm (dd, J = 15,9, 5,4 Hz, 1H), referentes à dupla estirênica e pelos sinais δ 6,36 ppm (dd, J = 3,2, 1,8 Hz, 1H), 6,31 ppm (d, J = 3,2 Hz, 1H) atribuídos aos dois hidrogênios remanescentes do anel furânico observado no espectro de 1H RMN. Os dados observados estão de acordo com os dados da literatura. (Peng e Shen et al, 2002).
Esquema 7 Reação de adição do ânion de furano ao trans- cinamaldeído para obtenção de 43
O furano é um heteroareno rico em elétron-excedente e metalações ocorrem regioseletivamente no C-2, devido à eletronegatividade do átomo de oxigênio. Em comparação ao átomo de enxofre no tiofeno, o oxigênio no furano possui maior eletronegatividade. Portanto, o par isolado de elétrons no oxigênio é menos efetivamente incorporado ao sistema aromático o que contribui para a diferença de reatividade nas posições α e β.
O composto 43 foi submetido às condições do rearranjo de Achmatowicz com diferentes reagentes: NBS e NaHCO3, (Li et al., 2016), m-CPBA (Li et al., 2016), [VO(acac)2] e tBuOOH (Ghosh et al., 20013), [Ti(OiPr4)] e tBuOOH (Peng e Shen et al, 2002), porém não foi possível obter o composto 41, apenas recuperando-se o
material de partida nas condições reacionais 3 e 4 mostradas na Tabela 2.
Esquema 8 Rearranjo de Achmatowicz para obtenção de 41 (Tabela 2)
44 43 1 43 1 41 1
Tabela 2 Condições experimentais testadas para o rearranjo de Achmatowicz do composto 43
Entrada Condição Rendimento
1 NBS (1,1 equiv.), NaHCO3 (2 equiv.), NaOAc (1 equiv.),
THF/H2O (4:1), 0 °C
Decomposição
2 m-CPBA (1,5 equiv.), DCM, 0 °C Decomposição
3 tBuOOH (2 equiv.)
VO(acac)2,(0,01 equiv.), tBuOOH (2 equiv.), DCM, 0 °C;
RMPa
4 (+/-)-DIPT(0,07 equiv.), peneira molecular 4Å, Ti(OiPr
4) (0,1 equiv.), tBuOOH (1 equiv.), DCM,
-30 °C, N2.
RMPa
a: Material de partida recuperado
Nas entradas 1 e 2 da Tabela 2 observou-se a formação de um óleo viscoso de coloração marrom, insolúvel em solventes orgânicos e o aparecimento de várias manchas na TLC. Nas entradas 3 e 4 não se observou mudança de coloração da reação nem o aparecimento de uma nova mancha na TLC, apenas recuperou-se todo o material de partida. A análise do bruto reacional por 1H RMN não revelou os sinais do produto desejado, apenas os sinais do material de partida.
3.2.1- Estudo do rearranjo de Achmatowicz sem a presença de insaturação
Tendo em vista a dificuldade de realizar o rearranjo de Achmatowicz com o cinamaldeído (31), decidiu-se testar o rearranjo com o hidrocinamaldeído (44), utilizando-se as mesmas condições reacionais empregadas para o cinamaldeído (31) a fim de avaliar se a dificuldade no rearranjo de Achmatowicz estava relacionada com a presença da insaturação do cinamaldeído (31). Realizou-se então a reação de metalação do furano empregando-se n-BuLi em THF, obtendo-se o álcool furfurílico 45 com rendimento de 80-85%, mostrado no Esquema 9. A formação do composto 45 pode ser confirmada por meio dos sinais no espectro de 1H RMN em δ 7,38 ppm (dd, J= 1,8, 0,8 Hz, 1H), 6,34 ppm (dd, J= 3,2, 1,8 Hz, 1H) e 6,25 ppm (d, J= 3,2 Hz,
1H) referentes aos hidrogênios do furano e pelo sinal do hidrogênio carbinólico em δ 4,68 ppm (m, 1H) (Das et al., 2014).
Esquema 9 Reação de adição do 2-lítiofurnao para obtenção de 45
O composto 45 foi submetido às condições do rearranjo de Achmatowicz empregando-se NBS e NaHCO3, mostrado no Esquema 10, obtendo-se olactol 46 em 70-75% de rendimento na forma de mistura na proporção molar de 2:1 de diastereoisômeros, a relação diastereoisomérica do produto 46 foi calculada pela proporção dos sinais em 6,93 ppm e 6,90 ppm e em 6,15 ppm e 6,11 ppm no espectro de 1H RMN. A formação do composto 46 pode ser confirmada por meio dos sinais do lactol no espectro de 1H RMN em δ 6,90 ppm (dd, J = 10,3, 3,4 Hz, 1H) e 6,11 ppm (d, J = 10,3 Hz, 1H) referentes aos hidrogênios 3 e 4 da cetona α,β. A carbonila da cetona pode ser confirmada por meio do sinal no espectro de 13C RMN δ 196 ppm. No espectro de infravermelho destacaram-se as seguintes bandas em 1687 cm-1 (ⱱC=O) e em 3405 cm-1 (ⱱOH). Os valores obtidos estão de acordo com os dados da literatura (Li et al., 2016).
Esquema 10 Rearranjo de Achmatowicz para obtenção de 46
Como já mencionado com mais detalhes na seção 1.5, na década de 70, Achmatowicz Jr. reportou a expansão oxidativa de anel furânico a partir de álcoois furfurílicos submetidos a condições reacionais com bromo e metanol, o que passou a ser conhecido como rearranjo de Achmatowicz (Achmatowicz et al., 1971). O mecanismo da reação, mostrado no Esquema 11, envolve a formação do íon
44 1 45 1 45 1 46 1
bromônio 46.2 utilizando NBS como fonte de bromo, na presença de bases inorgânicas, como acetato de sódio (NaOAc) e bicarbonato de sódio (NaHCO3), para neutralizar a formação de ácido bromírico (HBr). O hemiacetal produzido 46.6 tende a formar espontanemante o cetoenal acíclico 46.8, em seguida o par de elétrons do oxigênio ataca a carbonila do aldeído gerando a hidroxipiranona 46 (Deska et al., 2015).
Esquema 11 Mecanismo proposto para o rearranjo de Achmatowicz de 45
Tendo em vista a obtenção do lactol 46 através do rearranjo de Achmatowicz, o composto 46 foi então, submetido a reação de isomerização cinética e dinâmica na presença do complexo de irídio [Ir(cod)Cl]2 (Figura 16) e ácido acético em dicloroetano (DCE), mostrado no Esquema 12, produzindo o composto 47, com 40% de rendimento. A formação do composto 47 pode ser confirmada por meio dos sinais da lactona no espectro de 1H RMN δ 7,04 (dd, J= 9,7, 6,0, 1H), 6,11 ppm (d, J = 9,7 Hz, 1H) referentes aos hidrogênios 3 e 4 da lactona e a carbonila da lactona pode ser confirmado por meio do sinal no espectro de 13C RMN δ 164 ppm. No espectro de infravermelho observou-se as seguintes bandas em 1703 cm-1(ⱱC=O) e em 3393 cm -1 (ⱱOH).
Esquema 12 Reação de isomerização cinética dinâmica para obtenção de 47
A relação diastereoisomérica do produto 47 foi calculada pela proporção dos sinais em δ 6,34 ppm e 6,11 ppm no espectro de 1H RMN em aproximadamente 5:1 em favor do isômero cis, indicando que a taxa de isomerização catalisada por irídio do hemiacetal é muito mais rápida que o equilíbrio dos dois epímeros (Wang et al., 2015).
Segundo Wang e colaboradores, a oxidação do lactol 46 e a redução da cetona foram realizados em um passo, mostrado no Esquema 13. Uma reação de oxi-redução cinética dinâmica de transformação estereosseletiva de ambos os epímeros de 46 na hidroxipiranona 47 foi possível porque dois pré-requisitos foram cumpridos: a taxa de equilíbrio entre os isômeros cis e trans dos hemiacetais 46 foi mais rápida do que a reação de oxi-redução e a taxa de isomerização redox foi mais rápida para um hemiacetal do que para o outro (Wang et al., 2015).
Esquema 13 Mecanismo da reação de isomerização cinética dinâmica proposto por Wang e colaboradores
46.a 46.a’ 46.b 46.b 46.b 47.a 47.a’ 46 47
Figura 16 Estrutura do complexo de irídio
3.3- Rota de síntese a partir do epoxicinamaldeído (52)
Com os resultados do rearranjo de Achmatowicz e da isomerização cinética dinâmica com o lactol derivado do hidrocinamaldeído (44) em mãos, percebemos que a dificuldade encontrada para obter o produto do rearranjo de Achmatowicz estava relacionada à presença da instauração no álcool furfurílico 43. Sendo assim, resolvemos testar uma segunda rota de síntese partindo do epoxicinamaldeído
Em 1959, Henbest e Wilson observaram que o tratamento com ácido perbenzóico de álcoois alílicos cíclicos formava epóxidos cis ao grupo da hidroxila (Esquema 14) (Henbest et al., 1959).
Esquema 14 Epoxição com m-CPBA de álcool alílico cíclico
Determinou-se que o resultado obtido estava relacionado a estrutura no estado de transição "borboleta", presente no mecanismo de Bartlett, envolvendo a interação do alceno nucleofílico com o perácido eletrofílico (Bartlett et al.,1950). Foi determinado que uma ligação de hidrogênio entre o grupo hidróxi e um dos oxigênios do perácido leva à aproximação preferencial do reagente à face da olefina syn ao grupo do hidroxílico (Esquema 15).
Posteriormente, o conceito de epoxidações de perácidos dirigidas por heteroátomos foi demonstrada em vários sistemas cíclicos e acíclicos. Além disso, a questão do “ efeito Henbest” no mecanismo tornou-se a base de vários estudos. (Berti
et al.,1973,).
Esquema 15 Estado de transição "borboleta" presente no mecanismo de Bartlett
O interesse na epoxidação catalítica aumentou acentuadamente no final dos anos 1960, após a descoberta da epoxidação de olefinas por hidroperóxido de terc-butila (tBuOOH) catalisado por metais (Sharpless et al., 1979; Hill et al.,1983). Logo depois, foi estabelecido que a reatividade de uma olefina normalmente se correlaciona com sua nucleofilicidade e que a epoxidação de álcoois alílicos com catalisador de vanádio é geralmente rápida. (Sheng, et al.,1970). Sharpless propôs, em 1979, que a reação catalisada por vanádio ocorre através do ciclo catalítico representado no Esquema 16. (Sharpless et al., 1979).
O complexo VO(acac)2 é oxidado pelo tBuOOH para um éster de vanádio d0 catalíticamente ativo, que sofre troca rápida de ligantes para fornecer 16.c. A ativação do alquil peróxido por coordenação bidentada (16.d) e o ataque nucleofílico pelo alceno são determinantes para a estereoquímica e para a regiosseletividade do epóxido 16.f formado (Sharpless et al., 1979).
O cinamaldeído (31) foi então submetido a reação de epoxidação com m-CPBA (Marquissolo et al., 2009) e tBuOOH e VO(acac)2 (Ghosh et al., 2013) (Esquema 17), contudo a reação de epoxidação de 31 não ocorreu e recuperou-se o material de partida. As condições reacionais testadas estão descritas na Tabela 3.
Esquema 17 Reação de epoxidação para obtenção de 55 (Tabela 3)
31 55
Esquema 16 Mecanismo de epoxidação com tBuOOH e VO(acac)2 segundo Sharpless
16.a 16.f 16.f 16.a 16.b 16.c 16.d 16.e’ 16.e
