Síntese e avaliação de atividades Anti-Toxoplama gondii e antimicrobiana de Tiossemicarbazidas, 4- Tiazolidinonas e 1,3,4-Tiadiazóis obidos a partir do Éster 5-Metil-1H-Imidazol-4-Carboxilato de Etila

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(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO Centro de Ciências da Saúde Departamento de Ciências Farmacêuticas Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas. Dissertação de Mestrado. Síntese e Avaliação de Atividades Anti-Toxoplasma gondii e Antimicrobiana de Tiossemicarbazidas, 4-Tiazolidinonas e 1,3,4-Tiadiazóis obtidos a partir do Éster 5-Metil-1HImidazol-4-Carboxilato de Etila. André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Recife-PE. Brasil. Abril / 2007.

(2) ii. André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Síntese e Avaliação de Atividades Anti-Toxoplasma gondii e Antimicrobiana de Tiossemicarbazidas, 4-Tiazolidinonas e 1,3,4-Tiadiazóis obtidos a partir do Éster 5-Metil-1HImidazol-4-Carboxilato de Etila. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação do Departamento de Ciências Farmacêuticas, como parte dos requisitos à obtenção do título de Mestre em Ciências Farmacêuticas ― área de concentração: Síntese e Planejamento de Fármacos.. Orientador: Prof. Dr. Alexandre José da Silva Góes Co-orientador: Prof. Dr. José Gildo de Lima Colaborador: Prof. Dr. Edésio José Tenório de Melo (UENF-RJ). Recife-PE. Brasil. Abril / 2007.

(3) iii. UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO Centro de Ciências da Saúde Departamento de Ciências Farmacêuticas Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas Reitor Prof. Amaro Henrique Pessoa Lins Vice-Reitor Prof. Gilson Edmar Gonçalves e Silva Pró-Reitor para Assuntos de Pesquisa e Pós-Graduação Prof. Anísio Brasileiro de Freitas Dourado Diretor do Centro de Ciências da Saúde José Thadeu Pinheiro Vice-Diretor do Centro de Ciências da Saúde Márcio Antônio de Andrade Coelho Gueiros Chefe do Departamento de Ciências Farmacêuticas Prof.ª Jane Sheila Higino Vice-chefe do Departamento de Ciências Farmacêuticas Samuel Daniel de Souza Filho Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas Prof. Pedro Rolim Neto Vice-Coordenadora do Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas Prof.ª Beat Saegesser Santos.

(4) iv.

(5) Nascimento, André Augusto Pimentel Liesen Síntese e avaliação de atividades Anti-Toxoplama gondii e antimicrobiana de Tiossemicarbazidas, 4Tiazolidinonas e 1,3,4-Tiadiazóis obidos a partir do Éster 5-Metil-1H-Imidazol-4-Carboxilato de Etila / André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. – Recife: O Autor, 2007. xiii, 79 folhas : il., fig., esquemas. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco. CCS. Ciências Farmacêuticas, 2007. Inclui bibliografia e anexos. 1. Fármacos – Síntese e planejamento . 2. Tiossemicarbazidas – 4-Tiazolidinonas – 1,3,4Tiadiazóis. 3. Toxoplasma gondii. 4. Atividade antimicrobiana I. Título. 615.31 615.31. CDU (2.ed.) CDD (20.ed.). UFPE CCS2007-68.

(6) v. Dedico inteiramente este trabalho à minha esposa Karina, a qual me deu incentivo e apoio desde o início, e por ser minha fonte de inspiração..

(7) vi AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a minha família, por ter me dado todo o suporte para que eu pudesse realizar o mestrado. Ao Prof. Alexandre Góes por ter aceitado ser meu orientador e pelos ensinamentos transmitidos, tanto em fundamentos teóricos, quanto em bancada. Ao Prof. Gildo de Lima pela sua sempre presente co-orientação. Agradeço em especial ao meu grande amigo e colega de laboratório Thiago Mendonça por ter me ajudado, principalmente no início de meu mestrado, quando comecei a trabalhar em bancada. Ao Prof. Edésio da UENF-RJ (Universidade Estadual do Norte Fluminense) pela realização dos ensaios contra T. gondi e pela orientação na interpretação dos resultados e confecção dos gráficos. À Prof.ª Janete Magali e a mestranda Vânia Lima pela realização dos testes antimicrobianos e pela ajuda na análise dos dados obtidos. Agradeço também a Rômulo Tenório e ao Prof. Fernando Hallwass, do DQF (Departamento de Química Fundamental), pela realização da análise espectroscópica de troca química EXSY. Ao pessoal da Central Analítica: Ricardo, Eliete e Priscila, por possibilitarem a realização das análises espectroscópicas para todos os compostos sintetizados. Por fim agradeço a todos que eu não mencionei, mas que de uma forma ou de outra colaboraram para a concretização deste trabalho..

(8) vii. “O homem erudito é um descobridor de fatos que já existem – mas o homem bom é um creador de valores que não existiam, e que ele faz existir.” Albert Einstein.

(9) viii SUMÁRIO LISTA DE SIMBOLOGIAS E ABREVIAÇÕES.................................................... ix. LISTA DE FIGURAS........................................................................................... x. LISTA DE ESQUEMAS....................................................................................... xi. RESUMO.............................................................................................................. xiii ABSTRACT........................................................................................................... xiv. INTRODUÇÃO E REVISÃO DA LITERATURA.................................................... 01. 1.1. Introdução.................................................................................................. 02. 1.2. Toxoplasmose........................................................................................... 03 1.2.1. Aspectos gerais.................................................................................. 03. 1.2.2. Estudo de novas substâncias contra Toxoplasma gondii................... 06. 1.3. Estratégias de síntese............................................................................... 09 1.3.1. Tiossemicarbazidas............................................................................ 09 1.3.2. 4-Tiazolidinonas.................................................................................. 12. 1.3.3. 1,3,4-Tiadiazóis.................................................................................. 22. 1.4. Tautomerismo do núcleo imidazol............................................................. 27. 1.5. Atividades biológicas................................................................................. 30 1.5.1. Compostos contendo o núcleo imidazol............................................. 30 1.5.2. 4-Tiazolidinonas.................................................................................. 34. 1.5.3. 1, 3, 4-Tiadiazóis................................................................................. 35. OBJETIVOS.......................................................................................................... 39. ARTIGOS.............................................................................................................. 41. CONCLUSÕES & PERSPECTIVAS..................................................................... 60. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................... 63 Anexo A: Esquema de Síntese Anexo B: Espectros de RMN 1H, RMN 13C, IV e MS-HR Anexo C: Determinação da troca química entre os átomos hidrogênio em tiossemicarbazidas através da correlação 2D EXSY Anexo D: Análise gráfica da atividade anti-T. gondii.

(10) ix LISTA DE SIMBOLOGIAS E ABREVIAÇÕES AcONa. acetato de sódio. AIDS. síndrome da imunodeficiência adquirida. AM1. Austin model 1 (modelo Austin 1). CMI. concentracão minima inibitória. COX. enzima ciclooxigenase. DCC. dicicloexilcarbodiimida. DCU. dicicloexiluréia. DL50. concentração necessária para se obter 50% de letalidade. DMAD. acetilenodicarboxilato de dimetila. DMF. dimetil-formamida. DMSO. dimetil-sulfóxido. ET. estado de transição. EtOH. etanol. EXSY. exchange spectroscopy (espectroscopia de troca química). HIV. vírus da imunodeficiência adquirida. HU. hidróxiuréia. IC50. concentração em que cinqüenta por cento da atividade é reduzida. IV. infravermelho. MeOH. metanol. MS. espectrometria de massas. MS-HR. espectrometria de massas de alta resolução. NPI. número médio de parasitas intracelulares. THF. tetraidrofurano. RMN 1H. ressonância magnética nuclear de hidrogênio. RMN 13C. ressonância magnética nuclear de carbono 13. RT-HIV-1. enzima transcriptase reversa do HIV. SF. sulfadiazina. STB. bis-(2,4-di-hidroxitiobenzoil)-sulfinila. t.a.. temperatura ambiente. TBZs. derivados 1-aril-1H,3H-tiazolo[3,4-α]benzimidazóis. %CI. percentuais de células infectadas. ∆. aquecimento.

(11) x LISTA DE FIGURAS Figura 1: Megazol (2-amino-5-(1-metil-5-nitro-2-imidazolil)-1,3,4-tiadiazol)........ 03. Figura 2: Fármacos ativos contra T. gondii........................................................ 08. Figura 3: Estruturas de fármacos contendo o núcleo imidazol........................... 30. Figura 4: Estruturas de compostos imidazólicos antifúngicos biosisósteros do dietilbestrol......................................................................................... 31. Figura 5: Estruturas da N-azolilamina e de seu carbo-análogo de maiores atividades antifúngicas....................................................................... 32. Figura 6:. Estruturas de imidazóis com atividade antiprotozoária...................... 33. Figura 7:. Estruturas de algumas 4-tiazolidinonas de importância biológica..... 35. Figura 8: Estruturas de 1,3,4-tiadiazóis com atividade antimicrobiana............. 37. Figura 9: Estruturas de 1,3,4-tiadiazóis com atividade leishmanicida.............. 38. Figura 10: Fórmulas estruturais de tiossemicarbazonas e 4-tiazolidinonas ativas in vitro contra T. gondii.......................................................... 38.

(12) xi LISTA DE ESQUEMAS Esquema 1: Ciclo infeccioso de T. gondii caracterizando toxoplasmose congênita....................................................................................................... 05 Esquema 2: Análise retrossintética de tiossemicarbazidas................................ 09. Esquema 3: Síntese de aciltiossemicarbazidas a partir da adição nucleofíflica de hidrazidas a isotiocianatos....................................................... 10. Esquema 4: Aplicação de ácidos tiocarbamoiltioglicólicos na síntese de tiossemicarbazidas....................................................................... 10 Esquema 5: Síntese de tiossemicarbazida a partir de um ditiocarbamato......... 11. Esquema 6: Síntese de tiossemicarbazidas a partir de aminas primárias......... 11. Esquema 7: Síntese de tiossemicarbazidas a partir de azidas.......................... 12. Esquema 8: Análise retrossintética de 4-tiazolidinonas..................................... 13. Esquema 9: Formação dos regioisômeros de 2-imino-4-tiazolidinonas............. 14. Esquema 10: Rearranjo intramolecular de 2-imino-4-tiazolidinonas.................... 15. Esquema 11: Influência da utilização de base sobre a regiosseletividade.......... 16. Esquema 12: Síntese do tautômero 4-oxo-∆2-tiazolin-2-il-hidrazona ................. 16. Esquema 13: Síntese de 4-tiazolidinonas e 1,3,4-oxadiazóis utilizando éster α-halogenado ............................................................................... 17. Esquema 14: Mecanismo de formação de 4-tiazolidinonas ou 1,3,4-oxadiazóis a partir de 1-acil-4-alquil-tiossemicarbazidas ou 1-acil-4-ariltiossemicarbazidas ...................................................................... 18 Esquema 15: Formação de 2-aril-3-tioureido-4-tiazolidinonas............................ 19 Esquema 16: Síntese de 4-tiazolidinonas utilizando reações de condensação de três componentes “one pot”..................................................... 20. Esquema 17: Efeitos promovidos por microondas na formação de 4-espiro-4tiazolidinonas................................................................................ 21. Esquema 18: Obtenção de 4-Tiazolidinonas a partir de compostos contendo a função tioamida............................................................................ 22 Esquema 19: Análise retrossintética para 2-amino-1,3,4-tiadiazóis substituídos................................................................................... 23. Esquema 20: Ciclodeidrogenação de aciltiossemicarbazidas............................. 23.

(13) xii Esquema 21: Síntese de 1,3,4-tiadiazóis a partir da formação de aciltiossemicarbazidas in situ com posterior ciclodeidrogenação. 24. Esquema 22: Síntese de 2-amino-1,3,4-tiadiazóis substituídos utlizando POCl3............................................................................................ 24. Esquema 23: Síntese do megazol via reação de condensação entre tiossemicarbazida e 1-metil-5-nitro-1-H-2-imidazolcarbonitrila em CF3CO2H................................................................................ 25 Esquema 24: Síntese de 1,3,4-tiadiazóis substituídos a partir de reações utilizando STB............................................................................... 26. Esquema 25: Síntese de 1,3,4-tiadiazóis a partir da ciclização oxidativa de tiossemicarbazonas...................................................................... 26. Esquema 26: Formação de 1,3,4-tiadiazóis assimétricos utilizando reação de Mannich........................................................................................ 27 Esquema 27: Tautomerismo HN1•••HN3 do núcleo imidazol.............................. 28. Esquema 28: Isomerismo anular e confôrmeros de (benzilideno)-5-metilimidazol-5-carbo-hidrazida........................................................... 29. Esquema 29: Mecanismo trimérico de transferência de prótons em halo-1-Himidazóis....................................................................................... 29.

(14) xiii RESUMO Doenças parasitárias, como a toxoplasmose, afetam milhões de pessoas no mundo inteiro e são amplamente pesquisadas. Este fato deve-se, em parte, à elevada disseminação dessas doenças em pacientes imunocomprometidos, principalmente naqueles que apresentam a síndrome da imunodeficiência adquirida (AIDS). A toxoplasmose é uma infecção causada por Toxoplasma gondii, parasita com biologia bastante complexa e de caráter cosmopolita, estando largamente distribuído nas diversas áreas geográficas do globo terrestre. Em trabalho publicado recentemente por nosso grupo de pesquisa, foi observado que tiossemicarbazonas e aril-hidrazono-4-tiazolidinonas, substituídas na porção aril com grupo nitro, possuem notória atividade anti-T. gondii. Nos últimos anos, várias publicações têm abordado compostos contendo o núcleo imidazol como potenciais agentes antiprotozoários. Principalmente para análogos do megazol (2-amino-5-(1-metil-5-nitro-2imidazolil)-1,3,4-tiadiazol) atuando como agentes antichagásicos. Com o objetivo de produzir novas moléculas ativas contra T. gondii desenvolvemos a síntese e avaliação in vitro para aciltiossemicarbazidas (e seus derivados: 4tiazolidinonas e 1,3,4-tiadiazóis) obtidas a partir do éster etil(5-metil-1-Himidazol-4-carboxilato). Aciltiossemicarbazidas foram sintetizadas através da reação de adição entre 5-metil-1H-imidazol-4-carboidrazida e isotiocianatos substituídos. A partir destas, foram obtidas duas novas séries: 4-tiazolidinonas, através de uma reação tia-Michael envolvendo anidrido maléico como aceptor de Michael; e 1,3,4-tiadiazóis por uma ciclodesidratação com ácido sulfúrico. Os produtos finais foram purificados por recristalizações (tiossemicarbazidas) e cromatografia em coluna (4-tiazolidinonas) em solventes apropriados, obtendose rendimentos entre 10% e 94%, e caracterizados estruturalmente por métodos espectroscópicos convencionais (RMN 1H, RMN 13C, IV) e espectrometria de massas de alta resolução (MS-HR). A formação de aciltiossemicarbazidas foi confirmada principalmente em RMN 13C, onde sinais em 181,1-181,0 ppm e 163,1-162,5 ppm evidenciaram os grupos C=S e C=O, respectivamente. Para 4-tiazolidinonas, bandas de absorção encontradas entre 1397-1378 cm-1, referentes à deformação angular do grupo NCS, confirmaram o fechamento do anel. Os derivados 1,3,4-tiadiazóis foram caracterizados observando-se a ausência de sinais entre 181,1-181,0 ppm e 163,1-162,5 ppm em espectros de RMN 13C referentes aos grupos C=S e C=O. A existência de troca química em aciltiossemicarbazidas, envolvendo átomos de H lábeis, foi confirmada através da análise espectroscópica de troca química (EXSY). Os resultados de atividade anti-T. gondii indicaram as aciltiossemicarbazidas e os derivados contendo o núcleo 1,3,4-tiadiazol como os compostos de maior ação inibitória frente à células vero infectadas e ao parasita intracelular, evidenciado uma futura aplicação desses derivados como agentes anti-T. gondii. Por fim, foram realizados testes antimicrobianos, os quais revelaram fracas atividades dos compostos sintetizados frente a fungos e bactérias. A descrição de atividades antimicrobianas na literatura, para compostos contendo os heterociclos imidazol, 1,3,4-tiadiazol e 4-tiazolidinona, justificou a realização dos testes para as moléculas obtidas. Palavras-chave:. Imidazol, 1,3,4-tiadiazol, 4-tiazolidinona, antimicrobiana, Toxoplasma gondii.. atividade.

(15) xiv ABSTRACT Toxoplasmosis is an infection caused by Toxoplasma gondii, a protozoan parasite with very complex biology and wide distribution in several geographical areas of the globe. In 2005, our research group published a paper reporting an exceptional anti-T. gondii activity for thiosemicarbazones and arylhydrazono-4thiazolidinones, with a nitro group in aryl moiety. In the recent literature, several works report imidazo-compounds as new potentials antiprotozoal agents. Specially for megazol (2-amino-5-(1-methyl-5-nitro-2-imidazolyl)-1,2,3thiadiazole) and its analogues as trypanocidal agents. With the aim of to product new actives molecules against T. gondii, we decided to realize the synthesis and in vitro evaluation for acylthiosemicarbazides (and its derivatives: 4-thiazolidinones and 1,3,4-thiadiazoles) obtained from ethyl(5-methyl-1-Himidazole-4-carboxylate) ester. The acylthiosemicarbazides were synthesized by addition reactions between 5-methyl-1-H-imidazole-4-carbohydrazide and substituted isothiocyanates. From acilthiosemicarbazides were obtained two new series: 4-thiazolidinones, by thia-Michael reaction, where maleic anhydride acted as Michael acceptor; and 1,3,4-thiadiazoles by cycledehydration with sulphuric acid. The final products were purified by recrystallizations (acylthiosemicarbazides) and column chromatography (4-thiazolidinones) from appropriate solvents, giving yield ranging between 10% and 94%. All synthesized compounds were characterized by conventional spectroscopic analysis (NMR 1H, NMR 13C and IR) and high resolution mass spectrometry (MS-HR). The formation of acilthiosemicarbazides was confirmed in NMR 13C, where peaks resonated at 181.1-181.0 ppm and 163.1-162.5 ppm assigned for C=S and C=O moieties, respectively. For 4-thiazolidinones, absorption bands around 1397-1378 cm-1, associated with NCS moiety bending vibration, confirmed the ring closure. The 1,3,4-thiadiazoles derivatives were characterized by the absence of signals at 181,1-181,0 ppm and 163.1-162.5 ppm in NMR 13C spectroscopy, assigned for C=S and C=O moieties. The existence of chemical shifts in the acilthiosemicarbazides obteined, involving movable hydrogen atoms, was proved by EXSY spectroscopic analysis. The in vitro evaluation of the anti-T. gondii activities showed acilthiosemicarbazides and 1,3,4-thiadiazoles derivatives as the most actives compounds against host vero infected cells and intracellular parasites. These results indicated an application of these compounds as provable anti-T. gondii agents in the future. Finally, the antimicrobial activities evaluation showed weak activities for all tested compounds, against fungal and bacterial strains.. Keywords: Imidazole, 1,3,4-thiadiazole, 4-thiazolidinone, antimicrobial activity, Toxoplasma gondii..

(16) INTRODUÇÃO & REVISÃO DA LITERATURA.

(17) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Introdução. 2. 1.1 INTRODUÇÃO Doenças parasitárias, como a toxoplasmose, afetam atualmente milhões de pessoas no mundo inteiro, e por isso são amplamente pesquisadas. Esse fato deve-se, em parte, à elevada disseminação dessas doenças em pacientes imunocomprometidos, principalmente naqueles que apresentam a síndrome da imunodeficiência adquirida (AIDS). O que ocasiona, especialmente em paises em desenvolvimento, significantes índices de mortalidade e morbidade (HIRST, STAPLEY, 2000; BERMAN, 1998; CASTRO et al., 1994). A toxoplasmose é uma infecção causada por protozoários do tipo Toxoplasma gondii. Esse parasita possui caráter cosmopolita, uma vez que é capaz de infectar diversos seres vivos, de mamíferos a aves, e ser largamente distribuído nas diversas áreas geográficas do globo terrestre (BONAMETTI et al., 1997). Até meados da década de 1980, eram escassos dados referentes à esta espécie de protozoário, principalmente devido às dificuldades encontradas no estudo deste parasita, que apresenta, assim como outros protozoários, uma biologia bastante complexa e devido às baixas ocorrências clínicas somadas a falta de notificação de casos, que havia até então. Contudo, com aparecimento da síndrome da imunodeficiência adquirida (AIDS), aliada à explosão tecnológica visualizada nos últimos 20 anos do século XX, foi necessário e possível realizar estudos mais aprofundados nessa área. Toxoplasmose passou, então, a fazer parte do grupo das moléstias mais pesquisadas causadas por protozoários (BONAMETTI et al., 1997). O tratamento, por outro lado, vem avançando lentamente, com pesquisas no campo de novos fármacos e de uma possível vacina de amplo espectro. Tais estudos vêm esbarrando na grande complexidade deste protozoário intracelular, que se encontra envolvido por um poro vacuolar dentro da célula hospedeira, que o protege de agentes agressores externos e internos e impede uma aproximação adequada entre o fármaco e o sítio de ação no parasita sem causar danos consideráveis à célula hospedeira (FOYE et al., 1995). Os títulos mundialmente encontrados de anticorpos para T. gondii são consideravelmente elevados, apresentando a América Central e América do Sul como as principais regiões de exposição ao parasita (DUBEY et al., 2002). Alguns países desenvolvidos, também mostram soroepidemiologia para T..

(18) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Introdução. 3. gondii, como os Estados Unidos da América (USA) e a Austrália com 23%, a Bélgica com 53% e a França com 60% da população carregando anticorpos para este parasita (AVELINO et al., 2003). Compostos contendo o núcleo imidazol têm sido relatados, em trabalhos recentes, como potenciais agentes antiprotozoários (FLORES-HOLGUÍN, GLOSSMAN-MITNIK, 2004; COURA, CASTRO, 2002). Nessas publicações, moléculas contendo esse heterociclo são descritas como possuidoras de atividades antichagásica, antiplasmódica e tricomonicida. O megazol (2-amino5-(1-metil-5-nitro-2-imidazolil)-1,3,4-tiadiazol) (Figura 1), composto sintetizado em 1968 (BERKELHAMMER, ASATO, 1968) como um novo agente antimicrobiano, e caracterizado mais tarde como um poderoso agente tripanomicida,. foi. descartado. devido. a. sua. elevada. mutagenicidade.. Atualmente diversos análogos do megazol têm sido pesquisados, com o objetivo de suprimir o caráter mutagênico e potencializar a capacidade de ação contra. protozoários. (CARVALHO. et. al,. 2004;. FLORES-HOLGUÍN,. GLOSSMAN-MITNIK, 2005). N S H2N N. N N. NO2. CH3. Figura 1. Megazol (2-amino-5-(1-metil-5-nitro-2-imidazolil)-1,3,4-tiadiazol).. Considerando esse cenário e perspectivas, e no intuito de produzir novas substâncias ativas contra T. gondii, nosso grupo de pesquisa propôs sintetizar. novas. 4-tiazolidinonas. e. 1,3,4-tiadiazóis,. a. partir. de. aciltiossemicarbazidas substituídas, contendo o heterociclo imidazol, utilizando como material de partida o éster etil(5-metil-1-H-imidazol-4-carboxilato).. 1.2 TOXOPLASMOSE 1.2.1 Aspectos Gerais Toxoplasma gondii, agente causador da toxoplasmose, é um protozoário unicelular pertencente ao filo Apicomplexa, assim como os agentes causadores da malária, Plasmodium sp, e da coccidiose, Eimeria sp; apresentando-se.

(19) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Toxoplasmose. 4. largamente distribuído em todo mundo, principalmente nas áreas de clima tropical, sendo capaz de infectar diversos vertebrados endotérmicos (GAGNE, 2001; BOOTHROYD, GRIGG, 2002; DEGERLI et al., 2003). Os animais pertencentes à família Felidae, como os gatos domésticos ou selvagens, constituem os únicos hospedeiros definitivos durante o ciclo de vida do T. gondii e são os únicos que liberam oocistos ou esporozoítos infectantes nas fezes. Nesses animais, o ciclo reprodutivo desse parasita pode ser assexuado e/ou sexuado, sendo o último responsável pela formação de zigotos que se tornam encapsulados e em seguida liberados, nas fezes, sob a forma de oocistos (GAGNE, 2001). Os mamíferos não felinos, quando ingerem tais formas. infectantes,. desenvolvem. a. forma. aguda. da. toxoplasmose,. caracterizada por rápida reprodução assexuada, com o parasita intracelular na forma taquizoíta (GAGNE, 2001; WEBSTER, 2001). Outra forma de contrair o parasita é através da ingestão de carnes ou produtos de origem animais, mal cozidos ou crus que podem conter a forma cística conhecida como bradizoíta. Esta, uma vez no lúmen intestinal, pode desenvolver a forma taquizoíta e causar estado de infecção aguda (BONAMETTI et al., 1997; BHOPALE, 2003). Leite não pasteurizado, ovos, transfusões sangüíneas e transplantes de órgãos, são também vias potencias de transmissão (GARCIA et al., 1999). Os cistos ingeridos podem permanecer durante anos em sua forma não invasiva, a essa situação é dado o termo toxoplasmose latente. Uma vez dada à invasão e multiplicação dos taquizoítas, estes utilizam a corrente sangüínea e o sistema linfático como vias de disseminação para os mais diversos órgãos, com respaldo principalmente ao músculo cardíaco, sistema nervoso central, retina ocular e músculos esqueléticos em geral (GAGNE, 2001; BHOPALE, 2003a). Um fato importante é que a reativação de uma infecção latente de toxoplasmose constitui atualmente uma das formas mais comuns de acometimento no sistema nervoso central em pacientes HIV positivos em estágio avançado, sendo de grande mortalidade (BHOPALE, 2003a; KOFFY et al., 2003; BHOPALE, 2003b). A toxoplasmose pode apresentar caráter sintomático ou assintomático dependendo da gravidade e do estágio da infecção. Na maioria das vezes, pacientes imunocompetentes não manifestam sintomatologia, contudo, quando apresentam, os sintomas mais comuns levam a linfadenite e a febre,.

(20) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Toxoplasmose. 5. acompanhada por astenia e mialgia. Em raros momentos pode haver acometimentos neurológicos (SILVA et al., 2001). Em comparação, pacientes imunocomprometidos podem desenvolver a doença culminando com a letalidade do indivíduo (WEBSTER, 2001; FACHADO et al., 2003). O estado de infecção associado à toxoplasmose pode ser dividido em tipos bem característicos. O primeiro tipo refere−se à toxoplasmose congênita, que é caracterizada por transmissão vertical, da mãe contaminada para o feto, e de grande impacto devido às sérias complicações que ocasiona. Problemas de má formação e calcificação fetal, incluindo casos de abortos espontâneos, são muito freqüentes nos pacientes acometidos com esse tipo de infecção (DEGERLI et al., 2003; WEBSTER, 2001). No esquema 1 encontra−se representado o ciclo infeccioso de T. gondii , já descrito anteriormente, associado à toxoplasmose congênita.. Esquema 1. Ciclo infeccioso de T. gondii caracterizando toxoplasmose congênita.. Toxoplasmose adquirida pós-natal, segundo tipo de infecção, apresentase caracterizada pela ocorrência de taquizoítas no sangue e tecidos em geral. Contudo, a atenção voltada para esta modalidade está relacionada mais especificamente com os pacientes imunocomprometidos (WEBSTER, 2001; GARCIA et al., 1999). A terceira forma é caracterizada por infecção crônica,.

(21) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Toxoplasmose. 6. onde os sintomas leves persistem por muitos anos e espontaneamente desaparecem culminando com a forma latente da toxoplasmose. Este tipo de infecção é bastante preocupante, uma vez que qualquer depressão grave no sistema. imunológico. desencadeia. a. reativação. do. protozoário,. com. acometimentos neurológicos severos (WEBSTER, 2001; BHOPALE, 2003a). Silveira et al (2001) e Labalette et al (2002) reportaram a região ocular como sendo um outro sítio de infecção muito comum em pacientes contaminados com T. gondii. Toxoplasma gondii apresenta baixa variabilidade genética, sendo dividido em três grupos principais: I, II e III (DUBEY et al., 2002; BOOTHROYD, GRIGG, 2002). Dessa forma, as linhagens pertencentes ao grupo I, segundo a literatura, são responsáveis pela infecção em seres humanos enquanto os outros dois grupos estão mais restritos aos animais (DUBEY et al., 2002). Contundo, linhagens recombinantes e exóticas também são relatadas, indicando que há um número maior de exemplares do parasita que não são incluídos nos três grupos canônicos principais (BOOTHROYD, GRIGG, 2002). Fortes considerações têm sido feitas com relação à associação entre a exposição de indivíduos a diferentes linhagens e a gravidade da doença ocasionada. Tal suposição advém do fato que certas linhagens são altamente virulentas, enquanto outras são pouco infectantes (BOOTHROYD, GRIGG, 2002; BHOPALE, 2003a).. 1.2.2 Estudo de novas substâncias contra Toxoplasma gondii Esforços têm sido feitos para o desenvolvimento de vacinas contra T. gondii, como mostraram alguns resultados publicados por Mohamed et al. (2003), Fachado et al. (2003) e Bhopale et al. (2003b). Contudo, os resultados obtidos não têm sido satisfatórios, do ponto de vista clínico, quando submetidos a testes com seres humanos (BHOPALE et al., 2003b). Atualmente, o tratamento de pacientes com toxoplasmose é feito pela combinação sinérgica da pirimetamina, e da sulfadiazina. Ambas atuam inibindo competitivamente as enzimas di-hidropteroato sintase (sulfadiazina) e di-hidrofolato redutase (pirimetamina), enzimas que atuam na biossíntese de.

(22) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Toxoplasmose. 7. proteínas bifuncionais existentes no parasita (MCFADDEN et al., 2001). Entretanto, tal associação causa severos efeitos adversos, como depressão da medula óssea em pacientes imunocomprometidos (pacientes com AIDS, transplantados e aqueles que fazem uso de quimioterápicos) (DEGERLI et al., 2003; DRIESSEN et al., 2002). Em casos de elevada toxicidade relacionada à administração de sulfadiazina, é comum a permuta desse fármaco por clindamicina. Em gestantes e neonatos, o tratamento da toxoplasmose é realizado utilizando a espiramicina como fármaco de primeira escolha (HOYEN, 2005). Azitromicina e claritromicina, antibióticos macrolídeos semisintéticos, têm sido empregados como agentes auxiliares no tratamento de pacientes com a infecção (HO-YEN, 2005), porém, estudos mostram que antibióticos macrolídeos são pouco eficientes na eliminação dos parasitas localizados em nível de tecido cerebral (DEGERLI et al., 2003). Atovaquona, uma hidroxinaftoquinona inicialmente desenvolvida para o tratamento da malária, tem apresentado, em diversos trabalhos (ARAÚJO et al., 1991; FRY et al., 1992), um amplo espectro de atividade frente a protozoários (Plasmodium, Toxoplasma, Theileria e Babesia) e por isso foi incorporada ao arsenal terapêutico utilizado contra toxoplasmose (MCFADDEN et al., 2001). Dentre as substâncias clinicamente empregadas no tratamento dessa enfermidade, a atovaquona é a única a apresentar atividade in vitro contra forma bradizoíta de T. gondii (ARAÚJO et al., 1991). A similaridade estrutural da atovaquona com a ubiquinona (componente crítico do complexo enzimático citocromo bc1), sugere que esse fármaco pode atuar como inibidor do transporte de elétrons mitocondrial (MCFADDEN et al., 2001). A hidroxiuréia, uma substância que inibe o ciclo celular na fase G1/S, demonstrou deter a multiplicação e o desenvolvimento de T. gondii in vitro, em estudo publicado por Melo et al., 2000, atuando dentro de vacúolos parasitários contendo taquizoítas.(Figura 2)..

(23) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Toxoplasmose. 8. N. C3 H7. O Cl HN O. HO HO. OH SCH3. Clindamicina Clindamicina. O HO. O. Cl. Atovaquona Atovaquona. Azitromicina CH3. CH3 N. O. CH3. O. CH3. CH3 CH2 CHO. CH3. O O H 3C. O. O OCH 3. O. O. OH. CH3 N. CH3. OH. CH3. OH Espiramicina. Figura 2. Fármacos ativos contra T. gondii.. Um ponto bastante importante a ser observado, é que a patogênese e a longevidade da infecção por T. gondii está intrinsecamente relacionada ao processo de interconversão taquizoíta-bradizoíta e a capacidade do parasita desenvolver-se dentro de vacúolos parasitários na célula hospedeira que o tornam protegido de agentes agressores externos e internos (MELO et al., 2000; LYONS et al., 2002). O entendimento destes dois processos bioquímicos pode ser útil no desenho de novos agentes químico-terapêuticos, capazes de atuar tanto na fase aguda quanto na fase crônica e latente da toxoplasmose diminuindo a sua alta prevalência (BHOPALE, 2003a; LYONS et al., 2002)..

(24) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese. 9. 1.3 ESTRATÉGIAS DE SÍNTESE 1.3.1 Tiossemicarbazidas As tiossemicarbazidas são moléculas amplamente empregadas em diversas reações, tanto como compostos de partida ou como intermediários (MOSTAFA, 2007; KÜÇÜKGÜZEL et al., 2006). Sua síntese é simples e de baixo custo, e pode ser realizada utilizando reações que evolvem, principalmente, hidrazina e compostos tiocarbonilados. Através da análise retrossintética (Esquema 2), podem ser observadas, de um modo geral, quatro estratégias de síntese: três para formação exclusivamente da ligação N2-C3, a partir da reação entre hidrazina e: isotiocianatos (1) (PAPASTAIKOUDI et al., 1995; GÜRSOY et al., 1997; DUFFY et al., 2002; LI et al., 2006), ácidos tiocarbamoiltioglicólicos (2) (BHARTI et al, 2002) e ditiocarbamatos (3) (ASHTON et al, 1993); e uma estratégia para a formação simultânea das ligações N2-C3 e C3-N4 a partir da reação entre hidrazina, dissulfeto de carbono e azidas ou aminas primárias (4), em etapas sucessivas (ASHTON et al., 1993), ou em uma única etapa (PANDEYA et al., 1999).. R1 R2. S N NH2. + R3NCS. 1. R1 R2. S H2N NH2 + O. S OH. 2. N. N 1. 3. S 2. N H. 3. 4. N. H2N NH2 +. S. R4. R3. R4. R3. N. 4. R4. H2N NH2 + CS2 +. R3N3 ou NH2R3. R3 R1, R2, R3 e R4 = H, Alquil, Aril, etc.. Esquema 2. Análise retrossintética de tiossemicarbazidas. 1.3.1.1. A partir de reações envolvendo hidrazina ou derivados desta (hidrazinas substituídas, hidrazidas, etc.) e isotiocianatos. Isotiocianatos reagem com hidrato de hidrazina (ou derivados), através da reação de adição nucleofílica ao carbono sp, formando tiossemicarbazidas (PAPASTAIKOUDI et al., 1995; GÜRSOY et al., 1997; DUFFY et al., 2002; LI et al., 2006). Estas reações ocorrem em solução etanólica, sob refluxo, obtendo-.

(25) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 10. se o produto com bons rendimentos (70-90%). Como descrito em recente trabalho publicado por Küçükgüzel et al. (2006), para a síntese de aciltiossemicarbazidas (Esquema 3). H O. H. NH2. O. N H OH. R1. hidrazidas. Refluxo. R2. S. N. EtOH. R2 NCS. +. N N. H OH. R1. aciltiossemicarbazidas. isotiocianatos. Rend. não fornecido R1 =. R2 = Alquil, Aril ou Cicloexil. F F. Esquema 3. Síntese de aciltiossemicarbazidas a partir da adição nucleofíflica de hidrazidas a isotiocianatos.. 1.3.1.2. A. partir. de. reações. envolvendo. hidrazina. e. ácidos. tiocarbamoiltioglicólicos Este método é descrito na literatura como uma alternativa para a obtenção de tiossemicarbazidas substituídas em N4 com grupos pouco comuns, indisponíveis comercialmente (BHARTI et al, 2002). A reação ocorre em meio alcalino, sob refluxo, originando tiossemicarbazida com a liberação de ácido tioglicólico (Esquema 4). S. S O. S OH. N. R2. + H2N NH2.H2O. R1. Sol. Alcalina Refluxo. H2N. O. N. N. H. R1. R2. tiossemicarbazidas R1 = R2 = H, Alquil ou Aril. +. HS. OH. ác. tioglicólico. Rend. não fornecido. Esquema 4. Aplicação de ácidos tiocarbamoiltioglicólicos na síntese de tiossemicarbazidas.. 1.3.1.3. A partir de reações envolvendo hidrazina e ditiocarbamatos. Método bastante semelhante à estratégia descrita anteriormente. Esta metodologia consiste em uma adição nucleofílica da hidrazina ao carbono.

(26) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 11. tiocarbonílico do ditiocarbamato, com subseqüente abstração do grupo S-CH3, segundo trabalho desenvolvido por Ashton et al. (1993) (Esquema 5). S. S. S. N. H EtOH. +. H2N NH2.H2O. H2N. N. N. H HSCH3. +. H. ∆ NO2. NO2 Rend. = 60%. Esquema 5. Síntese de tiossemicarbazida a partir de um ditiocarbamato.. 1.3.1.4. A partir de reações envolvendo hidrazina, dissulfeto de carbono e aminas primárias ou azidas. Reações entre aminas primárias, dissulfeto de carbono e hidrato de hidrazina. representam. um. método. muito. útil. para. a. síntese. de. tiossemicarbazidas. Principalmente por ser um processo que pode ser realizado em um único balão (“one pot reaction”), evitando perdas e conseqüentemente alcançando bons rendimentos (80-90%). Como descrito em trabalhos envolvendo a síntese de tiossemicarbazida, desenvolvidos por Pandeya et al. (1999), a partir de 2-amino-4-(p-cloro-fenil)-tiazol (Esquema 6, Equação. a). ;. e. por. Ergenç. et. al.. (1999),. a. partir. da. 2-(3,4-. dimetóxifenil)etilamina (Esquema 6, Equação b). Cl. Cl. (a). 1. NaOH, CS2, DMF. N S. NH2. 2. NH2. S. N. NH2.H2O. S. H N. N. NH2. H. Rend. não fornecido. H3CO. 1. NH3, CS2. (b) H3CO. NH2. 2. ClCH2COONa 3. NH2. H3CO. S. H3CO. NH2.H2O. N. N. H. H. Rend. não fornecido. Esquema 6. Síntese de tiossemicarbazidas a partir de aminas primárias.. NH2.

(27) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 12. Ashton et al. (1993) utilizaram método semelhante ao acima descrito. A principal diferença está na utilização de azidas em lugar de aminas primárias, como material de partida. As azidas são tratadas, primeiramente, com trifenilfosfina e dissulfeto de carbono produzindo os respectivos isotiocianatos, que, posteriormente, sofrerão reação de adição com a hidrazina, formando, então, tiossemicarbazidas (Esquema 7). S. H. N3. N N. 1. Ph3P, CS2 2. NH2. NH2 H. NH2.H2O. THF, t.a.. R CN. R. Rend. = 75%. R=. Esquema 7. Síntese de tiossemicarbazidas a partir de azidas.. 1.3.2 4-Tiazolidinonas A síntese de compostos contendo o núcleo 4-tiazolidinona é amplamente descrita na literatura (ANDRES et al., 2000; ALTINTAŞ et al., 2005; DANDIA et al., 2006; ST. LAURENT et al., 2004; YADAV et al., 1994; BERSENEVA et al., 1998). Em busca de um método simples, eficiente e de baixo custo para a obtenção destes compostos, várias pesquisas têm sido desenvolvidas tanto pela academia quanto pela indústria (ou mesmo trabalhos em conjunto). Em geral, as 4-tiazolidinonas podem ser produzidas, com bons rendimentos, através de reações de ciclização envolvendo ácido α-haloacético ou ácido αmercaptoacético, como descrito em revisões desenvolvidas por Brown (1961) e Singh et al. (1981). Estas publicações são consideradas referências fundamentais para o estudo de 4-tiazolidinonas, e por isso são freqüentemente citadas por diversos autores. De acordo com a análise retrossintética inicialmente visualizada para a síntese de derivados 4-tiazolidinônicos (Esquema 8, duas estratégias podem ser empregadas: formação das ligações C5-S e C4-N, a partir de reações envolvendo compostos α-aceto-halogenados e tioamidas (Esquema 8, 1); e.

(28) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 13. formação das ligações C2-S e C4-N, empregando reações entre iminas substituídas e o ácido α-mercaptoacético (Esquema 8, 2a) ou através de reações de condensação envolvendo três componentes, do tipo “one-pot”, entre aminas, aldeídos e ácido α-mercaptoacético (Esquema 8, 2b). Essa última estratégia envolve a formação de iminas in situ, a partir de reações entre aminas e aldeídos, e posterior condensação destas com o ácido αmercaptoacético, formando o núcleo 4-tiazolidinona. O. iminas 2. S. O X. OR2. compostos α-aceto- halogenados. +. 1. R. NHR1 tioamidas. HS. +. R CH NR1. OH. ácido α-mercaptoacético. a. O. 1. S 2. N. R1. R. 2. b O. NHR1 + RCHO + aminas. aldeídos. HS. OH. ácido α-mercaptoacético. Esquema 8. Análise retrossintética de 4-tiazolidinonas. Dentre os processos de síntese de 4-tiazolidinonas descritos na literatura, destacam-se as reações de ciclização envolvendo ácidos αhaloacéticos ou derivados destes com tiouréias (ST. LAURENT et al., 2004), aciltiossemicarbazidas (BONDE et al, 2004) e tiossemicarbazonas (ERGENÇ et al., 1999); reações de cicloadição de ácidos α-mercaptoacéticos com tiossemicarbazonas (YADAV et al., 1994); reações de condensação entre ácidos α-mercaptoacéticos, aminas primárias e aldeídos (HOLMES et al., 1994); e reações de ciclização entre moléculas que apresentam ligação dupla ou tripla conjugada com o grupo carbonila, como anidrido maléico ou acetilenodicarboxilato de dimetila e compostos que apresentam a função tioamida, como as tiossemicarbazonas (BROWN , 1961; BERSENEVA et al., 1998; TENÓRIO et al., 2005; LIESEN et al., 2006)..

(29) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 14. 1.3.2.1 A partir de reações envolvendo ácidos α-haloacéticos e seus derivados Com tiouréias As reações de tiouréias substituídas com ácidos α-haloacéticos, ou derivados destes, produzem 2-imino-4-tiazolidinonas. Estas reações ocorrem em solventes polares (ex.: etanol) sob refluxo e em presença de base (acetato de sódio anidro ou piridina) devido ao grupo imino ser muito susceptível à hidrólise ácida (OTTANÀ et al., 2005). Tiouréias substituídas podem ser obtidas através de reações envolvendo fenilisotiocianatos com aminas primárias. Reações com tiouréias assimétricas (1,3 dissubstituídas, onde R1≠R2) formam dois regioisômeros, onde a regiosseletividade é controlada por fatores eletrônicos, principalmente pela conjugação de substituintes elétron-atraentes (ex.: aril ou heteroaril) com o nitrogênio do grupo imino (OTTANÀ et al., 2005) (Esquema 9). O. O S. O. R1NH. NHR2. X. +. tiouréias. N R 1. S. OR. ácido α-haloacético ou éster α−halogenado. R1 = Aril ou Heteroaril. X = Br ou Cl. R2 = Alquil. R = H, CH3 ou C2H5. +. N R 2. S. N R2. N R1. A. B. Mecanismo:. O. O. O SH. S R1NH. X. NHR2. R1N. OR H. NHR1. N. O N N. NH R 1. S. X. S. R2. O H R1. R2. OR. OR. OR - ROH. N R 1. S. N R2 A. Esquema 9. Formação dos regioisômeros de 2-imino-4-tiazolidinonas. N. S - HX N. H R1. R2.

(30) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 15. Ottanà et al. (2005) demonstraram que a proporção entre os regioisômeros depende do solvente utilizado e do tempo de reação. Tendo como solvente CHCl3 e à temperatura ambiente, foi obtida após 4 horas de reação, a razão isômero A / isômero B igual a 1/2, já em meio metanólico sob refluxo e após 24 horas houve apenas a formação do isômero A. A proposta para explicar este fato é a existência de um rearranjo intramolecular convertendo o regioisômero B no regioisômero A (Esquema 10).. O N R 2. S N. O. O N R 2. S. R1. N. N. S N. R1. R2. R1. B O. O R1 = Aril ou Heteroaril R2 = Alquil. N. S N. R1. R2. N R 1. S N. R2. A Esquema 10. Rearranjo intramolecular de 2-imino-4-tiazolidinonas. Reações envolvendo tiouréias assimétricas com substituintes 1,3dialquil, 1-alquil-3-aril ou 1-aril-3-alquil, possuem baixa regiosseletividade devido à falta de conjugação com o grupo imino. Laurent et al., 2004, demonstraram. que. a. reação. de. 1-benzil-3-(3-clorobenzil)-tiouréia. bromoacetato de etila e dois equivalentes de AcONa em EtOH. com forma. regioisômeros na proporção de 1:1. Os mesmos autores propuseram modificar um dos substituintes arilalquil para heteroarilalquil. O objetivo desta alteração foi avaliar uma possível regiosseletividade, devido à influência de uma possível ligação de hidrogênio entre o heterociclo protonado e a carbonila do éster, durante formação do núcleo 4-tiazolidinônico (Figura 4)..

(31) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 16. RO O. H N. NH. S. NC2H5 R = CH3 ou C2H5 Figura 4. Ligação de hidrogênio intramolecular determinando ciclização regiosseletiva.. Para isso realizaram duas reações envolvendo a 1-etil-3-(2-metilpiridinil)tiouréia com bromoacetato de etila em EtOH, a primeira reação sem a adição de AcONa, para facilitar a protonação do heterociclo, e a segunda com dois equivalentes de AcONa como já descrito anteriormente. Foi observado uma proporção de 16 : 1 para os regioisômeros formados na primeira reação e de 1,4 : 1 para os obtidos na segunda reação (Esquema 11). O. O S. N. BrCH2CO2C2H5. H5C2NH C NH. N +. N. S. NC2H5. S. EtOH. N. N. NC2H5 ausência de AcONa. 16. :. 1. 2 eq. de AcONa. 1,4. :. 1. Esquema 11. Influência da utilização de base sobre a regiosseletividade. Com aciltiossemicarbazidas e tiossemicarbazonas A preparação de 4-tiazolidinonas a partir de reações envolvendo ácidos α-haloacéticos. ou. seus. derivados. com. tiossemicarbazonas. e. aciltiossemicarbazidas, é extensamente descrita na literatura (MEHER et al., 1981; GÜRSOY et al., 1997; ABBADY et al., 2003). Alves et al. (1993) e Jolly et al. (1990) sintetizaram 4-oxo-∆2-tiazolin-2-il-hidrazonas, tautômeros de 4tiazolidinonas, pela reação entre tiossemicarbazonas não substituídas em N-4 e ácidos monocloroacéticos substituídos, em presença de acetato de sódio anidro (Esquema 12)..

(32) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 17. R. S ArCH N NH C NH2. ArCH N NH. AcONa. tiossemicarbazonas. R. S. ClCHCO2H. N. EtOH. O. Rend. não fornecido. R = H, CH3, CH3CH2 ou C6H5. Esquema 12. Síntese do tautômero 4-oxo-∆2-tiazolin-2-il-hidrazona. Metodologia. semelhante. foi. aplicada. em. recentes. trabalhos. desenvolvidos por Küçükgüzel et al. (2002 e 2006), na obtenção de 2-imino-4tiazolidinonas a partir de reações envolvendo aciltiossemicarbazidas e αbromoacetato de etila (Esquema 13, Equação a). Contudo,. esta. metodologia. não. forneceu. os. derivados. de. 4-. tiazolidinonas esperados quando se tentou condensar as respectivas aciltiossemicarbazidas substituídas, contendo grupos volumosos em N-4, como fenil, p-metoxi-fenil e cicloexil, fornecendo por outro lado 1,3,4-oxadiazóis como principais produtos (Esquema 13, Equação b). Evidências da formação de 1,3,4-oxadiazóis foram comprovadas em espectros de RMN 1H pela ausência do singleto de S-CH2 localizado entre 3,95 ppm e 4,09 ppm, mas presente em 4-tiazolidinonas não substituídas na posição 2 (KÜÇÜKGÜZEL et al., 2002). a. NH N. R1. N O. S R1. S. NH NH C NHR2. BrCH2CO2C2H5. O. R2. 2-imino-4-tiazolidinonas. EtOH. O. AcONa. aciltiossemicarbazidas. N N. b R1 OCH3. R1 =. O. NHR2. 1,3,4-oxadiazóis. NH O. (a) R2 = CH3 ou CH2CH2CH3 (b) R2 = C6H5 ou C6H4OCH3. Esquema 13. Síntese de 4-tiazolidinonas e 1,3,4-oxadiazóis utilizando éster α-halogenado. O mecanismo proposto para formação de 4-tiazolidinonas ou de 1,3,4oxadiazóis a partir de 1-acil-4-alquil/aril-tiossemicarbazidas envolve duas.

(33) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 18. etapas: a primeira etapa consiste em uma S-alquilação a partir da forma tiol e a segunda a formação do heterociclo, com a perda de etanol, que é favorecida pela presença de um grupo pouco volumoso (ex.: metil) em N-4, formando 4tiazolidinonas ou com a perda de mercaptoacetato de etila, que é favorecida pela presença de um grupo volumoso em N-4, formando 1,3,4-oxadiazóis (KÜÇÜKGÜZEL et al., 2006) (Esquema 14). R1 2. O. NH. 1. NH. 3. NH. S 4. NHR1. R1 NH N. 1) N. S OH. H N. OEt. O. O. N. N N. S OH. EtO. S OH. R. R. R. O. H. R1 O. N N. S OH. R. R1 OEt. N. EtOH AcONa. R 1-acil-4-alquil/aril-tiossemicarbazidas. OEt. N. BrCH2CO2C2H5. R1 N. O. O. N NH. S. R 4-tiazolidinonas R1 NH 2). OEt. S. N. N. N N. H. H N. O. OH. O. H. R. R. N. N. R1. N O S. OEt. R1. O. R 1,3,4-oxadiazóis. HO R= F. 1) R1 = CH3, C2H5, CH2CH=CH2, C6H4CH3(4) ou C6H4OCH3(4) 2) R1 = C6H11. F. Esquema 14. Mecanismo de formação de 4-tiazolidinonas ou 1,3,4-oxadiazóis a partir de 1acil-4-alquil-tiossemicarbazidas ou 1-acil-4-aril-tiossemicarbazidas.

(34) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 19. 1.3.2.2 A partir de reações envolvendo ácido α-mercaptoacético Com tiossemicarbazonas Um outro método para formar 4-tiazolidinonas foi reportado El-Gendy et al. (1990). Nesse trabalho 3-tioureido-4-tiazolidinonas foram obtidas a partir de reações. de. condensação. entre. o. ácido. α-mercaptoacético. e. aril-. tiossemicarbazonas , em benzeno seco (Esquema 15). H N Ar. N. S. O. O. NH2 +. benzeno (seco). HS. OH. refluxo. S. NH2. N N Ar H. tiossemicarbazonas. S. Rend. não fornecido Esquema 15. Formação de 2-aril-3-tioureido-4-tiazolidinonas. Com aminas e aldeídos Reações de condensação envolvendo ácido α-mercaptoacético com aminas primárias ou ésteres de aminoácidos e aldeídos formando 4tiazolidinonas 2,3-dissubstituídas são extensamente descritas na literatura (BARRECA et al., 2001, 2002, 2003; RAO et al., 2004; DIURNO et al., 1992; GUDUDURU et al., 2004). Estas são denominadas reações de condensação de três componentes “one-pot”, processos em que três substâncias são colocadas para reagirem diretamente em um único balão, facilitando a purificação e o isolamento do composto formado. Ocorrem geralmente em tolueno ou benzeno seco sob refluxo, com tempos de reação variando entre duas horas e quarenta e oito horas alcançando bons rendimentos (Esquema 16). Srivastava et al. (2002) utilizaram outra metodologia, envolvendo reações de condensação de três componentes “one-pot”, para obtenção de novas 4-tiazolidinonas. Nesse trabalho foi utilizado como solvente o tetraidrofurano (THF) a 0ºC e dicicloexilcarbodiimida (DCC) como agente de acoplamento,. reagente. que. atua. diretamente. na. formação. do. anel. tiazolidinônico (Esquema 16). Durante a reação a DCC é transformada em dicicloexiluréia (DCU) que pode ser facilmente removida por filtração, uma vez.

(35) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 20. que a DCU é completamente insolúvel em THF. Os tempos médios de reação ficaram em torno de uma hora, bem menores que aqueles observados nas reações realizadas em tolueno ou benzeno seco, atingindo bons rendimentos, principalmente quando a adição de DCC foi realizada a 0ºC. O H R1 Aldeídos. O RNH2. +. Aminas ou ésteres de aminoácidos. HS. OH. +. Ácido α-mercaptoacético. benzeno ou tolueno (seco)* refluxo ou THF** DCC. ou. O *Rend. = 20-76% S. N R. **Rend. = 59-95%. R1 4-Tiazolidinonas O. O THF. S. N. R. Rend. = 87-95%. DCC. Cicloexanona R e R1 = Aril ou Alquil. Espiro-4-tiazolidinonas. Esquema 16. Síntese de 4-tiazolidinonas utilizando reações de condensação de três componentes “one-pot”. Em trabalho recente, Kavitha et al. (2006), demonstraram que reações de ácidos α-mercaptoacéticos com aminas primárias e aldeídos ou cetonas podem ser otimizadas quando assistidas por microondas. Foi realizado um estudo comparativo entre o procedimento envolvendo DCC em THF e a reação assistida por microondas para a obtenção das mesmas 4-tiazolidinonas 2,3 dissubstituídas. Os rendimentos obtidos pelo método tradicional variaram entre 65% e 70%, com tempos de reação no intervalo de duas a quatro horas, já os rendimentos das reações obtidas sob microondas variaram de 80% a 90%, com tempos de reação na faixa de quarenta e cinco segundos a um minuto. Os resultados. obtidos. podem. ser. interpretados. como. um. aumento. da. regiosseletividade induzida por microondas. Este tipo de radiação atua promovendo a formação de estados de transição dipolares (ET1 e ET2), reduzindo a energia de ativação e conseqüentemente facilitando a formação do anel 4-tiazolidinônico, como observado por Dandia et al., 2006, para a síntese de espiro-4-tiazolidinonas a partir de isatinas, utilizando reações de condensação de três componentes “one-pot” (Esquema 17)..

(36) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. O R. + R1 N. NH2. Estratégias de Síntese 21. microondas. N. R1. R N. O. O. H. H isatinas. Ο. N R. R1. O HS. N. O. ΟΗ. H δ+ S. δ− N R1. R. OH. N. H. O. H ET 1. Ο. δ− O. ΟΗ S. S. NH R1 R. R N. N. O. δ+ OH N R 1 H O. ET 2. R1 O. H espiro-4-tiazolidinonas H N. R = 5-F, H, 5,7-diCH3, 5-CH3, 5-Br ou 5-Cl. N. R N. H. H. O. S - H2O. R1 =. N. N. Esquema 17. Efeitos promovidos por microondas na formação de 4-espiro-4-tiazolidinonas. 1.3.2.3 A partir de reações entre compostos com a função tioamida e anidrido maléico ou acetilenodicarboxilato de dimetila Outro método de preparação de 4-tiazolidinonas é através da reação envolvendo compostos que apresentam a função tioamida, como as tiossemicarbazonas, com compostos carbonilados α,β-insaturados, como acetilenodicarboxilato de dimetila (DMAD) (BERSENEVA et al., 1998) ou anidrido maléico (TENÓRIO et al., 2005). Berseneva et al. (1998) sintetizaram análogos 2,5-dimetileno-4-tiazolidinonas a partir da ciclização de derivados da malontioamida com DMAD (Esquema 18, Equação 1). Através da análise do espectro de RMN. 13. C foi possível observar a ausência de sinais entre 170-190. ppm, os quais são característicos de carbonos de tiocarbonilas e tiolactonas, um dos indícios que confirmaram a formação do núcleo 4-tiazolidinônico. Recentemente, Tenório et al. (2005) obtiveram novos derivados, possuindo o grupo ácido acético em posição cinco do anel 4-tiazolidinônico, a partir da.

(37) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 22. reação entre nitrobenzaldeído-tiossemicarbazonas substituídas e anidrido maléico, em tolueno seco sob refluxo. Este processo consiste em uma reação de adição do tipo tia-Michael, estando o anidrido maléico no papel de aceptor de Michael (Esquema 18, Equação 2). H. O O (1). R. S +. NH2. MeO2C. CO2Me. R. CHCl3 temp. ambiente. O. N H. S. H. MeO2C Rend. = 17-76% R1 H. O. NHR1 N. N. S. +. O. (2) O. N. O. N. tolueno (seco). N. S. refluxo. O OH. DMF. O2N. O2N. Rend. = 26-97%. R = Et, NMe2, NHC6H4Me(2), NHC6H3Cl2(2,6), NHC6H4OMe(2), 1-piperidinil ou 4-morfolinil R1 = H, Alquil ou Aril. Esquema 18. Obtenção de 4-Tiazolidinonas a partir de compostos contendo a função tioamida. 1.3.3 1,3,4-Tiadiazóis Compostos. contendo. o. núcleo. 1,3,4-tiadiazol. possuem. grande. versatilidade sintética, e são objetos de estudo em diversos trabalhos recentemente publicados (TALATH, GADAD, 2006; FOROUMADI et al., 2005; KARABASANAGOUDA et al., 2006). 2-Amino-1,3,4-tiadiazóis substituídos, representam o grupo de compostos mais reportados pela literatura. Realizando a análise retrossintética para esta classe de moléculas, podem ser empregadas, de um modo geral, cinco estratégias de síntese para a formação da ligação C-S (Esquema 19). Dentre estas, uma envolve ciclodesidratação de aciltiossemicarbazidas em meio acídico (1) (KADI et al., 2006), três estratégias abordam. tiossemicarbazidas. (previamente. sintetizadas. ou. adquiridas. comercialmente) em processos de endociclização, através de: reações de condensação com ácidos carboxílicos aromáticos em oxicloreto de fósforo (2) (CARVALHO et al., 2004); reações de condensação com nitrilas, catalisadas por ácidos (3) (RAM et al., 1997) e reações com bis-(2,4-di-hidroxitiobenzoil)-.

(38) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 23. sulfinila (STB) (4) (MATYSIAK et al., 2006). A quinta estratégia envolve reações de ciclização oxidativa de tiossemicarbazonas (5) (FOROUMADI et al., 2003) H R1. S. N. N. R2. N. H O H aciltiossemicarbazidas H N. R1. S N. H. O N. C-S. 1. R2. H. C-S. H H tiossemicarbazonas. 5. R1. S. 5 1 2 4 3. R1. 2. N. +. OH. H. N. S N. N. H. H H tiossemicarbazida. C=N e C-S. R2. N N 2-amino-1,3,4-tiadiazóis C=N e C-S. OH S. H. HO S. O + H. HO. N. 4. 3. C=N e C-S. H. S N. N. R1 C N + H. R2. N. N. H. H H tiossemicarbazida. H H tiossemicarbazidas. S. N. S. OH STB. R1 e R2 = H, Alquil, Aril, etc.. Esquema 19. Análise retrossintética para 2-amino-1,3,4-tiadiazóis substituídos. 1.3.3.1. A partir da ciclodesidratação de aciltiossemicarbazidas. Dos métodos de obtenção de 2-amino-1,3,4-tiadiazóis substituídos, a reação de ciclodeidrogenação de aciltiossemicarbazidas em meio acídico, é o mais abordado na literatura(KADI et al., 2006; DOGAN et al., 2002; HOVSEPIAN et al., 2004; KIDWAI et al., 1997; BARROS et al., 2001). Esta metodologia consiste principalmente na dissolução da aciltiossemicarbazida em H2SO4 concentrado a 0ºC, temperatura ambiente ou sob leve aquecimento (aproximadamente 50ºC) obtendo-se 1,3,4-tiadiazóis com bons rendimentos (Esquema 20). H R1. N O. S. H. N. N. H. H. R2. H2SO4 conc.. R1. S. N. R2. Rend. = 45-98%. N N. R1 e R2 = Alquil, Cicloalquil ou Aril. Esquema 20. Ciclodeidrogenação de aciltiossemicarbazidas. Uma metodologia interessante foi utilizada por Thomasco et al. (2003), para a síntese de 1,3,4-tiadiazóis 2,5-dissubstituídos. Neste trabalho, a.

(39) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 24. aciltiossemicarbazida foi produzida “in situ”, a partir da reação de substituição SN2 entre uma tiobenzidrazida (ác. (S)-4-[5-[(acetilamino)metil]-2-oxo-3oxazolidinil]-2-fluorobenzenocarbotióico hidrazida) com cloretos de ácido em THF, com posterior endociclização (induzida pela presença de HCl liberado no meio reacional) obtendo-se 1,3,4-tiadiazóis (Esquema 21). O R. H +. Cl. H. N. N N. S. H. R. O. N F. N. O. F. refluxo. H. O. S. THF. N. O. H N. N O. O. Rend. = 60-95%. R = Aril. Esquema 21. Síntese de 1,3,4-tiadiazóis a partir da formação de aciltiossemicarbazidas “in situ” com posterior ciclodeidrogenação.. 1.3.3.2. A partir de reações de condensação de tiossemicarbazidas com ácidos carboxílicos em POCl3. Uma outra metologia empregada para a síntese de 2-amino-1,3,4tiadiazóis. substituídos. foi. empregada. por. Carvalho. et. al.. (2004). e. Karabasanagouda et al. (2006), envolvendo reações de condensação entre tiossemicarbazidas e ácidos carboxílicos aromáticos em oxicloreto de fósforo (POCl3) (Esquema 22). H H. N. H. S N. N. H. H. H + Ar. CO2H. POCl3 70ºC. Ar. S. N. H. N N Rend. = 60-94%. Esquema 22. Síntese de 2-amino-1,3,4-tiadiazóis substituídos utlizando POCl3.. 1.3.3.3. A partir de reações de condensação de tiossemicarbazidas com nitrilas em CF3CO2H Chauvière et al. (2003) desenvolveram uma nova rota para a síntese. do. megazol. (2-amino-5-(1-metil-5-nitro-2-imidazolil)-1,3,4-tiadiazol).. Esta. metodologia envolve uma reação de condensação entre a tiossemicarbazida e.

(40) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 25. 1-metil-5-nitro-1-H-2-imidazolcarbonitrila, em CF3CO2H, seguida de ciclização com perda de amônia, e subseqüente isomerização, formando o megazol em 80% de rendimento (Esquema 23). H H. N. N. S N. N. H. H. H. +. O 2N. N. CF3CO 2H CN. CH3. N O 2N. N CH3. H S. N. H. N N. megazol Rend. = 80%. Esquema 23. Síntese do megazol via reação de condensação entre tiossemicarbazida e 1metil-5-nitro-1-H-2-imidazolcarbonitrila em CF3CO2H.. 1.3.3.4. A partir de reações de tiossemicarbazidas com bis-(2,4-dihidroxitiobenzoil)-sulfinila (STB). Recentes trabalhos publicados por Matysiak et al. (2006) e Matysiak, Opolski (2006) mostram uma rota eficiente para a síntese de 1,3,4-tiadiazóis, a partir de reações de tiossemicarbazidas (Esquema 24, Equação a), hidrazidas (Esquema 24, Equação b) ou carbazatos (Esquema 24, Equação c), em solução. metanólica,. com. bis-(2,4-di-hidroxitiobenzoil)sulfinila. (STB). em. processos de endociclização. O STB pode ser obtido através da reação entre o ácido 2,4-di-hidróxibenzeno-ditióico e SOCl2 em éter etílico. Os produtos obtidos são característicos para cada reação descrita no esquema 24: reações com tiossemicarbazidas formam 2-amino-1,3,4-tiadiazóis; as que envolvem hidrazidas produzem 1,3,4-tiadiazóis 2-substituídos; e para reações com carbazatos formam-se 2-alcóxi-1,3,4-tiadiazóis ou 2-fenóxi-1,3,4-tiadiazóis..

(41) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Estratégias de Síntese 26. OH S. H. HO O + H. S. (a) HO. N. S N. N. MeOH refluxo. R1. H. HO. S. H H tiossemicarbazidas. S. R1. N N. OH. Rend.= 61-82%. OH STB. N. R1= Alquil, Aril, Heteroalquil. OH S O + H. S. (b). O. H. HO. N. N. HO. R1. MeOH refluxo. HO. S OH. H S. hidrazidas. OH. R1. N N. Rend. não fornecido. R1= Alquil, Aril. STB. OH S. H. HO (c). S. O + H. HO. N. O N. O. MeOH refluxo. R1. HO. H carbazatos. S. S OH. O. R1. N N. Rend. não fornecido. OH R1= Alquil, Aril. STB. Esquema 24. Síntese de 1,3,4-tiadiazóis substituídos a partir de reações utilizando STB.. 1.3.3.5. A. partir. de. reações. de. ciclização. oxidativa. de. tiossemicarbazonas Trabalhos desenvolvidos por Foroumadi et al. (2003 e 2006), descrevem a síntese de novos derivados 2-amino-1,3,4-tiadiazóis a partir da ciclização oxidativa de tiossemicarbazonas. A metodologia empregada consiste na reação de tiossemicarbazonas com NH4Fe(SO4)2.12H2O, em solução aquosa, ou com FeCl3, em solução etanólica, sob refluxo (Esquema 25). Esta metodologia representa a estratégia original para a síntese do megazol a partir da 2-[(E)-1(1-metil-5-nitro-2-H-2-imidazolil)metilideno]-1-hidrazinocarbotioamida. H. S Ar. N. N. N. H. NH4Fe(SO4)2.12H2O/H2O. Ar. ou FeCl3/EtOH. 25.. Síntese de 1,3,4-tiadiazóis tiossemicarbazonas.. a. N. H. N N. H H tiossemicarbazonas Esquema. S. partir. da. ciclização. oxidativa. de.

(42) André Augusto Pimentel Liesen Nascimento. Wang. et. al.. (1996). Estratégias de Síntese 27. sintetizaram. 5-(β-piridil)-2,3-di-hidro-1,3,4-. triazolo[3,4,b]-1,3,4-tiadiazóis assimétricos, substituídos em posição 2, a partir da reação de Mannich entre 3-piridil-4-amino-5-mercapto-1,2,4-triazol e aldeídos aromáticos com o ácido L-(+)-tartárico em quantidades catalíticas (Esquema 26). Esta metodologia envolve a formação de uma base de Schiff, como composto intermediário (equivalente sintético de tiossemicarbazonas), fundamental para o fechamento do anel tiadiazólico, via ataque nucleofíflico do grupo sulfidrila ao carbono do grupo imino. HO 2C. O. N N R1. N. SH. +. R2. CO 2H. HO. H. N N R1. EtOH. SH. N N. NH2 triazol. N N. OH. aldeídos aromáticos. R1. S. * R2 1,3,4-tiadiazóis. CH R2. base de Schiff R1 =. N N H. R2 = Aril N. Esquema 26. Formação de 1,3,4-tiadiazóis assimétricos utilizando reação de Mannich.. 1.4 TAUTOMERISMO DO NÚCLEO IMIDAZOL A maioria das moléculas biologicamente ativas (naturais e sintéticas) são basicamente estruturas polares (NAGY et al., 2005). Estas estabelecem, através de ligações de hidrogênio com biopolímeros, um dos fatores mais importantes para a formação e estabilização do complexo ligante-receptor. A molécula ligante deve possuir uma conformação estrutural apropriada para favorecer a formação deste complexo. Para que isto ocorra, a energia livre obtida deve superar a energia livre de ativação (NAGY et al., 2005). Alguns ligantes podem modificar seus sítios de interação por ligações de hidrogênio, o que pode ser facilitado pela presença de moléculas de água na cavidade de formação do complexo. Esta “metamorfose” estrutural pode ser obtida através de. uma. transformação. tautomérica. ou. através. de. processos. de. protonação/desprotonação. Fenômeno este, que pode dificultar (ou mesmo impedir). a. formação. do. complexo. ligante-receptor..