i
PAULA KISHI KUROISHI
SÍNTESE TOTAL DO (−)-CRIPTOCARIOL A
CAMPINAS 2014
iii
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS INSTITUTO DE QUÍMICA
PAULA KISHI KUROISHI
SÍNTESE TOTAL DO (−)-CRIPTOCARIOL A
ORIENTADOR: PROF. DR. LUIZ CARLOS DIAS
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO APRESENTADA AO INSTITUTO DE QUÍMICA DA UNICAMP PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRA EM QUÍMICA NA ÁREA DE QUÍMICA ORGÂNICA.
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA POR PAULA KISHI KUROISHI, E ORIENTADA PELO PROF. DR. LUIZ CARLOS DIAS.
_______________________
Assinatura do Orientador
CAMPINAS 2014
Universidade Estadual de Campinas Biblioteca do Instituto de Química
Simone Lucas Gonçalves de Oliveira - CRB 8/8144
Kuroishi, Paula Kishi,
K966s KurSíntese total do (_)-criptocariol A / Paula Kishi Kuroishi. – Campinas, SP : [s.n.], 2014.
KurOrientador: Luiz Carlos Dias.
KurDissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química.
Kur1. Criptocariol A. 2. Síntese total. 3. Reação aldólica. I. Dias, Luiz Carlos. II. Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Química. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Total synthesis of (_)-criptocariol A
Palavras-chave em inglês:
Cryptocaryol A Total synthesis Aldol reaction
Área de concentração: Química Orgânica
Titulação: Mestra em Química na área de Química Orgânica Banca examinadora:
Luiz Carlos Dias [Orientador] Cláudio Viegas Júnior
Paulo Cesar Muniz de Lacerda Miranda
Data de defesa: 03-12-2014
Programa de Pós-Graduação: Química
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vii
Dedico este trabalho aos meus pais Atsushi e Miiaco, à minha irmã Carla e ao meu namorado Felipe,
ix
“A percepção do desconhecido é a mais fascinante das experiências. O homem que não tem os olhos abertos para o misterioso passará pela vida sem ver nada.”
xi
Agradecimentos
Aos meus pais Atsushi e Miiaco por apoiarem em todas as decisões e pelos conselhos que me guiaram para os meus objetivos.
A minha irmã Carla pelo carinho, amizade e pela correção da ortografia.
Ao meu namorado Felipe por todo o seu amor e por estar sempre ao meu lado, inclusive nos momentos mais difíceis, me dando a força necessária para seguir em frente.
À Denise, ao Cicaroni e à Bá por toda a atenção e acolhimento na família. A todos meus familiares.
Ao Prof. Dr. Luiz Carlos Dias pela oportunidade de trabalho em seu grupo de pesquisas, pela confiança, dedicação e pelos ensinamentos fundamentais para a minha formação. Aos colegas e amigos que estão e que já passaram pelo nosso grupo de pesquisas: Ellen, Emilio, Danilo, Dessoy, Maitia, Susann, Everaldo, Brian, Allan, Rafael, Celso, Bárbara, Patrícia, Pablo, Elsa, Javier, Adriano, Carla, Marco, Gustavo, Leila, Igor, Thiago, Ygor, Lui, Lucas.
Agradeço à Bárbara por todo o seu esforço e dedicação que foram fundamentais para o desenvolvimento do trabalho no laboratório.
Agradeço ao Emilio pelos ensinamentos durante a iniciação científica e também ao longo de todo o meu mestrado.
Agradeço à Ellen por toda a sua atenção desde os primeiros passos durante a iniciação científica, e também pelo fornecimento das metilcetonas para os estudos de otimização. Aos amigos do laboratório do Felipe: Maurício, Douglas, Ivo, Saulo, João Paulo, Paulo, Luiz Gustavo, Emre, Benedetti, Andréia, Nicolau, Gabriela, Rodrigo.
Aos colegas da graduação pelos bons momentos juntos.
Aos funcionários da comissão de pós-graduação pelos esclarecimentos e ajudas fornecidas.
Aos técnicos do Instituto de Química: Anderson, Gustavo, Paula e Sônia pelas análises realizadas.
Ao Prof. Eberlin, Marcos, Emilio e Danilo pelas análises de HRMS.
A todos que direta ou indiretamente contribuíram para a minha formação. Ao Instituto de Química pela infraestrutura.
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Curriculum vitae
Paula Kishi Kuroishi
Endereço Acadêmico
Instituto de Química – Unicamp Caixa Postal 6154 – CEP 13083-790 Laboratório D-366
Email: [email protected]
Formação Acadêmica
2013 – 2014 Instituto de Química – Unicamp – Brasil. Mestrado em Química Orgânica.
Projeto: Síntese total do (−)-criptocariol A.
2009 – 2012 Instituto de Química – Unicamp – Brasil. Bacharelado em Química.
Publicações em Periódicos
1. Dias, L. C.; Kuroishi, P. K.; Polo, E. C.; de Lucca, E. C., Jr. “Enantioselective total
synthesis of (−)-ericanone” Tetrahedron Lett. 2013, 54, 980.
2. Dias, L. C; Kuroishi, P. K.; de Lucca, E. C., Jr. “Total Synthesis of (−)-Cryptocaryol A”.
Manuscrito em preparação.
Resumo em congressos
1. Kuroishi, P. K.; de Lucca Júnior, E. C.; Dias, L. C. “Synthesis of C7-C31 fragment of
(−)-cryptocaryol A.” 15th Brazilian Meeting on Organic Synthesis, 2013, Campos do Jordão.
2. Kuroishi, P. K.; Polo, E. C.; Dias, L. C. “Synthesis of C1-C10 Fragment of Ericanone”
xv
Resumo
SÍNTESE TOTAL DO (−)-CRIPTOCARIOL A:
Os criptocarióis A-H foram isolados em 2011 por Gustafson e colaboradores. Esses compostos apresentaram uma promissora atividade contra o câncer por serem capazes de estabilizar Pdcd4, uma proteína supressora de tumor. Neste trabalho, foi concluída a síntese total do enantiômero do criptocariol A em 17 etapas e 0,1% de rendimento (rota linear mais longa) a partir do (R)-penten-2-ol. As etapas chave dessa rota foram reações aldólicas mediadas por boro, assim como reduções estereosseletivas que permitiram a instalação de todos os seis estereocentros presentes na molécula. Além disso, realizamos a reação de Horner-Wadsworth-Emmons utilizando o protocolo de Ando para obter a olefina Z presente no anel α-pirona. Nas etapas finais da síntese, foram observados baixos rendimentos. Sendo assim, foram realizados estudos de modo a tentar otimizar essas condições reacionais utilizando substratos modelo. Embora as condições otimizadas tivessem sido apropriadas para os compostos modelos, elas não se mostraram efetivas para o substrato real.
O O OH OH OH OH OH Me 12 ()-criptocariol A (4c) reação aldólica reação aldólica reação aldólica olefinação de Ando 14 2 8
xvii
Abstract
TOTAL SYNTHESIS OF (−)-CRYPTOCARYOL A:
Cryptocaryols A-H were isolated in 2011 by Gustafson and coworkers. These compounds have notable anticancer activity because of their ability to stabilize tumor suppressor protein Pdcd4. In this work, the total synthesis of the enantiomer of cryptocaryol A was completed in 17 steps and 0.1% yield (longest linear sequence) starting from (R)-penten-2-ol. The key steps are comprised of boron-mediated aldol reactions and stereoselective reductions allowing the installation of all six stereocenters present in the molecule. In addition, we performed a Horner-Wadsworth-Emmons reaction using Ando’s protocol to obtain the Z-alkene present in the α-pyrone ring. The final steps of the synthesis were low yielding; thus, we attempted to optimize the reaction conditions with model substrates. Although the optimized conditions worked well for the model compounds, they were ineffective for the actual substrate.
O O OH OH OH OH OH Me 12 ()-cryptocaryol A (4c) aldol reaction aldol reaction aldol reaction Ando olefination 1 4 2 8
xix
Sumário
Lista de Abreviaturas xxi
Lista de Tabelas xxv
Lista de Figuras xxvii
Lista de Esquemas xxix
1. Introdução 1
1.1. Isolamento dos criptocarióis A-H 1
1.2. Determinação Estrutural do criptocariol A 3
1.3. Atividade Biológica 7
1.4. Sínteses 14
1.4.1. Síntese total de uma das estruturas propostas para o
criptocariol A por Reddy e Mohapatra 15
1.4.2. Síntese total do criptocariol A por Wang e O’Doherty 17
2. Objetivos 21
3. Resultados e Discussão 22
3.1. Primeira Estratégia para a síntese do (–)-criptocariol A 26
3.2. Nova Estratégia para a síntese do (–)-criptocariol A 39
3.3. Otimizações das condições reacionais 52
4. Conclusões e Perspectivas 60 5. Parte Experimental 61 5.1. Reagentes e Solventes 61 5.2. Métodos Cromatográficos 61 5.3. Métodos Analíticos 61 5.4. Procedimentos Experimentais 63 6. Espectros Selecionados 85
xxi
Lista de Abreviaturas
AcOH: ácido acético Akt: proteína quinase B AlilTMS: aliltrimetilsilano Amu: Atomic Mass Unit BINOL: 1,1'-Bi(2-naftol) Bn: benzila
Boc2O: di-terc-butildicarbonato
brmp: baseado na recuperação do material de partida CCD: cromatografia em camada delgada
c-Hex: cicloexila
COSY: Homonuclear Correlation Spectroscopy
CSA: ácido (+/−)canforsulfônico
Dba: dibenzilidenoacetona
DCC: N,N'-diclicloexilcarbodiimida
DDQ: 2,3-diciano-5,6-dicloro-1,4-benzoquinona DIBAL-H: hidreto de diisobutilalumínio
DIPEA: N,N-Diisopropiletilamina DMAP: 4-dimetilaminopiridina DMF: N,N-dimetilformamida DMP: dimetoxipropano DMSO: dimetilsulfóxido ds: diastereosseletividade DTBS: di-terc-butilsilana
E: entgegen - descritor de estereoquímica para alcenos
EC50: concentração efetiva para obtenção de metade do efeito máximo eIF4A: fator de iniciação eucariótico 4A
ESI: ionização por eletrospray Et: etila
xxii
H460: linhagem celular de câncer de pulmão em humano HMBC: Heteronuclear Multiple-Bond Correlation Spectroscopy HRMS: espectrometria de massas de alta resolução
HSQC: Heteronuclear Single-Quantum Correlation
HT-29: linhagem celular de adenocarcinoma colorretal em humano. HWE: Horner-Wadsworth-Emmons
Ipc: isopinocanfeila
i-Pr: i-propila
IV: infravermelho
KHMDS: bis(trimetilsilil)amideto de potássio LiHMDS: bis(trimetilsilil)amideto de lítio LP: par de elétrons não ligantes
M: mol L-1
MCF-7: linhagem celular de câncer de mama em humano Me: metila
MeCN: acetonitrila
MEK-ERK: quinase proteínas quinases ativadas por mitógenos-quinase regulada por
sinais extracelulares
MOM: metoximetila
mRNA: ácido ribonucleico mensageiro
mTOR: proteína alvo da rapamicina em mamíferos
MTT: brometo de 3-(4,5-dimetiltiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazólio NBSH: o-nitrobenzenosulfonilidrazida
NF-κB: Fator Nuclear - κB
NIS: N-iodossuccinimida
NMO: N-metilmorfolina N-óxido NOE: efeito nuclear Overhauser O-iPr: isopropóxido
OTf: triflato
xxiii
PCC: clorocromato de piridínio Pdcd4: programmed cell death 4 Pf: ponto de fusão
Ph: fenila
PI3K: fosfatidilinositol 3-quinase PMB: p-metoxibenzila
PMP: p-metoxifenila ppm: partes por milhão
PPTS: p-toluenossulfonato de piridínio Rf: fator de retenção
RMN: ressonância magnética nuclear SAR: structure-activity relationship TBAB: brometo de tetra-n-butilamônio TBS: terc-butildimetilsilano t-Bu: terc-butila TCA: tricloroacetimidato TES: trietilsilano THF: tetraidrofurano TMS: trimetilsilano TOF: tempo de voo
TPA: 12-O-tetradecanoilforbol-13-acetato Ts: tosila
xxv
Lista de Tabelas
Tabela 1: Atividade estabilizadora de Pdcd4 dos criptocarióis A-H (4-11). 11
Tabela 2: Dados de citotoxicidade dos criptocarióis A e B (4b e 5b) e análogos. 13
Tabela 3: Atividade estabilizadora de Pdcd4 para os criptocarióis A e B (4b e 5b)
e análogos. 14
Tabela 4: Tentativa de otimização das condições reacionais para a reação de
Ando. 48
Tabela 5: Deslocamentos químicos de RMN de 1H e de 13C em MeOD para os
xxvii
Lista de Figuras
Figura 1: α-Pironas provenientes de árvores do gênero Cryptocarya. 2
Figura 2: Estruturas propostas para os criptocarióis A-H (4-11). 3
Figura 3: Correlações HMBC chave para os blocos A a C do criptocariol A (4). 4
Figura 4: Regra do octante para cicloexanonas. a) três planos nodais dos orbitais
n e π*, b) visão da cicloexanona no eixo +z para –z e sinais esperados para o efeito
Cotton. 5
Figura 5: Regra do octante para lactonas insaturadas. 5
Figura 6: Banco de dados de RMN de 13C para a determinação da configuração
relativa de 1,3,5-trióis. 6
Figura 7: Deslocamentos químicos em RMN de 13C (ppm) utilizados na
determinação da configuração relativa das hidroxilas do criptocariol A (4). 6
Figura 8: Estruturas possíveis para o criptocariol A. 7
Figura 9: Modelo proposto para a degradação de Pdcd4 induzida por TPA , 10
Figura 10: Criptocarióis A e B (4b e 5b) naturais e análogos. 12
Figura 11: Conformações e deslocamentos químicos de 13C para acetonídeos cis
e trans. 33
Figura 12: Efeito anomérico presente em acetonídeos cíclicos de 6 membros cis. 34
Figura 13: Deslocamentos químicos de 13C do acetonídeo 63. 34
Figura 14: Constantes de acoplamento do acetal de PMP 64 e incrementos no
experimento de NOE seletivo. 35
Figura 15: Exemplos do uso do método de Kishi e Kobayashi em nosso grupo de
pesquisas. 44
Figura 16: Deslocamentos químicos de 13C para o tetraol 77. 45
Figura 17: Espectros de RMN de 1H em MeOD do criptocariol A a) natural e b)
sintético. 50
Figura 18: Ampliação do espectro de RMN de 1H de subprodutos da reação
xxix
Lista de Esquemas
Esquema 1: Preparação do álcool homoalílico 18. 16
Esquema 2: Preparação do intermediário 23. 16
Esquema 3: Síntese do criptocariol A (4a). 17
Esquema 4: Preparação do álcool 31. 18
Esquema 5: Preparação do intermediário 34. 19
Esquema 6: Preparação do álcool 37. 20
Esquema 7: Síntese do criptocariol A (4b). 21
Esquema 8: Resultados obtidos pelos grupos de pesquisas de a) Paterson e b)
Evans. 23
Esquema 9: Resultados de nosso grupo de pesquisas. 23
Esquema 10: Estados de transição competitivos propostos por Paton e Goodman
(energias relativas em kcal mol−1). 24
Esquema 11: Reações aldólicas envolvendo as metilcetonas 47 e 48. 26
Esquema 12: Análise retrossintética para o (–)-criptocariol A (4c). 27
Esquema 13: Preparação da metilcetona 55. 28
Esquema 14: Ciclo catalítico proposto para a reação de Wacker. 29
Esquema 15: Preparação do aldeído 52. 30
Esquema 16: Reação aldólica entre a metilcetona 55 e o aldeído 52. 31
Esquema 17: Preparação do diol 62. 31
Esquema 18: Intermediário cíclico formado na redução estereosseletiva 1,3-syn. 32
Esquema 19: Preparação do acetonídeo 63. 32
Esquema 20: Preparação do acetal de PMP 64. 35
Esquema 21: Preparação da metilcetona 53. 36
Esquema 22: Preparação do aldeído 54. 36
Esquema 23: Reação aldólica envolvendo a metilcetona 53 e o aldeído 54. 37
Esquema 24: Redução 1,3-anti do composto 67. 37
Esquema 25: Seletividade para a redução 1,3-anti. 38
Esquema 26: Preparação da metilcetona 51. 38
xxx
Esquema 29: Reação de Wacker com a olefina 63. 41
Esquema 30: Preparação do aduto de aldol 74. 42
Esquema 31: Redução 1,3-anti do aduto de aldol 74. 42
Esquema 32: Preparação do composto 76. 43
Esquema 33: Remoção do grupo acetonídeo do composto 75. 44
Esquema 34: Preparação da metilcetona 79. 45
Esquema 35: Preparação do fosfonato de Ando 49. 46
Esquema 36: Preparação do éster 71. 46
Esquema 37: Mecanismo da reação de HWE. 47
Esquema 38: Mecanismo da reação de HWE modificada por Ando. 48
Esquema 39: Preparação do (−)-criptocariol A (4c). 49
Esquema 40: Reação aldólica entre metilcetona Z-71 e aldeído 54 em CH2Cl2. 52
Esquema 41: Testes de reações aldólicas envolvendo a metilcetona 86 e o aldeído
54. 54
Esquema 42: Tentativa de redução do aduto de aldol 87. 55
Esquema 43: Reação em tandem descrita por Dieckmann e Menche. 55
Esquema 44: Reação aldólica e redução segundo metodologia descrita por
Dieckmann e Menche. 56
Esquema 45: Tentativa de preparação do diol 88. 56
Esquema 46: Tentativa de proteção do aduto de aldol 87 com o grupo TES. 57
Esquema 47: Reação aldólica envolvendo a metilcetona 90 e o aldeído 54. 57
Esquema 48: Redução do aduto de aldol 91 utilizando CH2Cl2 como solvente. 58
Esquema 49: Reação aldólica entre a metilcetona Z-71 e o aldeído 54 nas
condições otimizadas. 59
Síntese total do (–)-criptocariol A 1. Introdução
1
1. Introdução
Metabólitos secundários são compostos que não estão diretamente envolvidos em atividades essenciais do metabolismo, como o crescimento, desenvolvimento e reprodução de um organismo.1 Sendo assim, esses compostos são produzidos, normalmente, em pequenas quantidades e são encontrados principalmente em plantas, fungos e microorganismos.2
Os metabólitos secundários produzidos por vegetais, apesar de não serem essenciais a sua sobrevivência, estão intimamente ligados a sua adaptação ao meio ambiente. Diversos desses compostos agem como antibióticos, antifúngicos e antivirais, sendo capazes de proteger as plantas de agentes patogênicos,1 além de possuírem outras atividades como defesa química contra herbívoros2 e proteção contra radiação UV.3
Apesar desses compostos estarem sendo mais facilmente identificados devido às tecnologias modernas, as plantas têm sido largamente utilizadas para fins medicinais desde as civilizações mais antigas. O primeiro indício registrado desse uso foi observado em fósseis datados do período Paleolítico-Médio, cerca de 60.000 anos atrás.4 Atualmente, as diversas atividades biológicas dessa classe de organismos têm sido largamente aproveitadas na área farmacêutica, sendo essa, uma forma de aplicação vantajosa, uma vez que o antigo uso de plantas medicinais por humanos permite que se conheça a toxicidade dos compostos presentes nas mesmas.5
1.1. Isolamento dos criptocarióis A-H
As plantas do gênero Cryptocarya são fontes de uma grande variedade de metabólitos secundários, sendo constituídas de diversas espécies espalhadas por regiões tropicais e subtropicais. As classes mais comumente encontradas em árvores desse gênero são flavonoides, alcaloides e 5,6-diidro-α-pironas, sendo que diversos compostos pertencentes a esse último grupo apresentam atividade biológica destacada.
1 Bourgaud, F.; Gravot, A.; Milesi, S.; Gontier, E. Plant Sci. 2001, 161, 839. 2 Stamp, N. Q. Rev. Biol. 2003, 78, 23.
3 Li, J.; Ou-Lee, T.-M.; Raba, R.; Amundson, R. G.; Last, R. L. Plant Cell, 1993, 5, 171. 4 Solecki, R. S. Science 1975, 190, 880.
2
Entre os exemplos dessa classe de compostos estão a estrictifoliona (1) que possui atividade antifúngica contra C. cucumerinum6,7 e a rugulactona (2) que apresenta atividade inibitória de NF-κB, fator associado ao desenvolvimento de tumores (Figura 1).8 A goniotalamina9 (3) foi estudada por diversos grupos de pesquisas mostrando atividades biológicas como antibacteriana e antifúngica,10 assim como citotoxicidade contra linhagem celular de câncer colorretal, câncer de mama e carcinoma de pulmão.11
O O O rugulactona (2) estrictifoliona (1) O O OH OH O O goniotalamina (3)
Figura 1: α-Pironas provenientes de árvores do gênero Cryptocarya.
Em busca de novos metabólitos secundários provenientes das plantas do gênero Cryptocarya que apresentassem atividades contra o câncer, Gustafson e colaboradores isolaram os criptocarióis A-H (4-11), pertencentes à classe das 5,6-diidro-α-pironas e provenientes da árvore tropical Cryptocarya sp., na Papua Nova Guiné (Figura 2).12
6 Juliawaty, L. D.; Kitajima, M.; Takayama, H.; Achmad, S. A.; Aimi, N. Phytochemistry 2000, 54, 989. 7 Raoelison, G. E.; Terreaux, C.; Queiroz, E. F.; Zsila, F.; Siminyi, M.; Antus, S.; Randriantsoa, A.;
Hostettmann, K. Helv. Chim. Acta 2001, 84, 3470.
8 Meragelman, T. L.; Scudiero, D. A.; Davis, R. E.; Staudt, L. M.; McCloud, T. G.; Cardellina, J. H., II;
Shoemaker, R. H. J. Nat. Prod. 2009, 72, 336.
9 Jewers, K.; Davis, J. B.; Dougan, J.; Manchanda, A. H.; Blunden, G.; Kyi, A.; Wetchapinan, S. Phytochemistry 1972, 11, 2025.
10 Mosaddik, M. A.; Haque, M. E. Phytother. Res. 2003, 17, 1155.
11 Wattanapiromsakul, C.; Wangsintaweekul, B.; Sangprapan, P.; Itharat, A.; Keawpradub, N.
Songklanakarin J. Sci. Technol. 2005, 27 (Suppl. 2), 480.
12 Grkovic, T.; Blees, J. S.; Colburn, N. H.; Schmid, T.; Thomas, C. L.; Henrich, C. J.; McMahon, J. B.;
Síntese total do (–)-criptocariol A 1. Introdução 3 O O OH OH OH OH OR Me 12 criptocariol A (4) R = H criptocariol B (5) R = Ac criptocariol C (6) R = H, m = 4, n = 12 criptocariol D (7) R = Ac, m = 4, n = 12 criptocariol E (8) R = H, m = 3, n = 12 3 6 1 0 14 O O Me OH OR n OH m criptocariol F (9) R = H, m = 4, ntotal = 10 criptocariol G (10) R = H, m = 3, ntotal= 10 criptocariol H (11) R = H, m = 2, ntotal= 10 O O OH OR n OH m Me n
Figura 2: Estruturas propostas para os criptocarióis A-H (4-11).
1.2. Determinação Estrutural do criptocariol A
O criptocariol A (4) foi isolado como um óleo opticamente ativo ([α]D +12, c 0,05, MeOH) com fórmula molecular de C30H56O7 estabelecida a partir da medida de HRMS (ESI), ([M + H]+ de m/z 529,4105, calc. 529,4099).13
A análise conjunta dos espectros de RMN de 1H, 13C, 1H-1H COSY e HMBC do criptocariol A (4) permitiu a identificação dos blocos A, B e C (Figura 3). No bloco A, foi observada a presença de uma olefina Z (3JH3-H4= 9,8 Hz) acoplada a um metileno diastereotópico (H-5, δHa 2,45, δHb 2,36). Esses hidrogênios metilênicos apresentaram correlações HMBC com a carbonila (C-2, δC 167,0) e com um hidrogênio oximetínico (H-6, δH 4,71, δC 7(H-6,6), sendo um indicativo de um grupo 5,6-diidro-α-pirona-6-substituído.
O bloco B apresentou cinco ressonâncias oximetínicas, assim como seis metilenos. A partir de correlações 1H-1H COSY e HMBC foi possível identificar que cada oximetino estava ligada por dois metilenos. Dessa forma, foi estabelecida a presença de um grupo 1,3,5,7,9-pentaol. Para o bloco C, foi observada uma longa cadeia alquílica (δH 1,27-1,29, ml, δC 30,5-31,0) e um grupo metílico terminal (δH 0,89, t, 3JH30-H31 = 6,9 Hz, δC 14,5). As correlações 1H-1H COSY e HMBC entre H-6 e C-7 e entre H-6 e H-8 permitiram observar a junção entre os blocos A e B (Figura 3).
A análise de fragmentação de HRMS (ESI)/MS do criptocariol A (4) no modo positivo mostrou cinco perdas sequenciais de 18 amu, correspondentes à eliminação de 5 moléculas de H2O, o que corrobora com a estrutura planar atribuída ao criptocariol A (4).
4 O O OH O H OH OH OH 11 criptocariol A (4) 3 5 1 2 16 8 Me A B C
Figura 3: Correlações HMBC chave para os blocos A a C do criptocariol A (4).
A configuração absoluta em C-6 foi determinada a partir da análise de dicroísmo circular em conjunto com a regra de Snatzke para α-pironas.13 Nesse método, Snatzke se baseou na regra do octante para cicloexanonas,14 onde o grupo carbonila é o cromóforo que permite a observação do efeito Cotton, possuindo uma banda de absorção fraca na região de 270 a 310 nm correspondente à transição n→π*.
Para compreender a regra do octante, primeiramente consideramos o grupo carbonila no eixo z com os carbonos a e a’ no eixo yz (Figura 4a). Nessa representação é possível observar três planos que dividem a molécula em oito octantes, correspondentes aos planos nodais dos orbitais envolvidos na transição n→π*. Na presença de um substituinte na molécula, há uma indução de assimetria nos processos eletrônicos associados a essa transição e, dessa forma, é possível observar o efeito Cotton dependendo da posição do substituinte com relação ao cromóforo. Sabendo que um substituinte permanece em uma posição equatorial, se esse grupo funcional estiver ligado ao carbono b’, é esperado um efeito Cotton positivo (Figura 4b). De maneira oposta, se houver um substituinte em b, o efeito Cotton deve ser negativo. Caso os carbonos a ou a’ forem substituídos, o efeito no sistema eletrônico da molécula deve ser pequeno devido a sua proximidade com o plano nodal, devendo apresentar um efeito Cotton desprezível.
13 Snatzke, G. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1968, 7, 14.
Síntese total do (–)-criptocariol A 1. Introdução
5
Figura 4: Regra do octante para cicloexanonas. a) três planos nodais dos orbitais n e
π*, b) visão da cicloexanona no eixo +z para –z e sinais esperados para o efeito Cotton.
Com relação às lactonas insaturadas, Snatzke notou que a regra do octante para cicloexanonas também era aplicável a esses sistemas. No entanto, foi observado por estudos de Raios X que as ligações –C–CO–O– são coplanares15 e, com isso, o modelo seguiria conforme mostrado para o ácido parasórbico (12), o qual apresenta um efeito Cotton positivo na região de 260 nm (Figura 5).
O O Me
12
Figura 5: Regra do octante para lactonas insaturadas.
Sendo assim, foi observado que o criptocariol A (4) possuía um efeito Cotton positivo em 256 nm (Δε + 0,7), concluindo que seu substituinte em C-6 se encontra espacialmente voltado para o mesmo lado que a metila do ácido parasórbico. Com isso, foi determinada que a configuração absoluta em C-6 é R.
Para a determinação da estereoquímica relativa do fragmento poliol do criptocariol A (4) foi utilizado o método de Kishi.16 Neste trabalho, os autores criaram um banco de dados de RMN de 13C em MeOD se baseando na análise de sistemas 1,3,5-trióis acíclicos. Foi observado que o carbono central C3 possui um deslocamento químico característico dependente da configuração relativa entre C1 e C5, mas não dependente de outras funcionalidades presentes na molécula. Esse banco de dados mostra que o
15 Mathieson, A. M. Tetrahedron Lett. 1963, 4, 81.
16 Kobayashi, Y.; Tan, C.-H.; Kishi, Y. Helv. Chim. Acta 2000, 83, 2562.
z y x c b’ b a’ a O a) b) − a’ c b’ b a + + − O Me – + O O + –
6
carbono central C3 de 1,3,5-polióis possui deslocamentos químicos de 66,3 ± 0,5, 68,6 ± 0,5 e 70,7 ± 0,5 ppm quando a relação é anti/anti, anti/syn ou syn/anti e syn/syn, respectivamente (Figura 6). OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH ant i/anti 66,3 0,5 anti/syn 68,6 0,5 sy n/anti 68,6 0,5 sy n/syn 70,7 0,5 1 3 5 1 3 5 1 3 5 1 3 5
Figura 6: Banco de dados de RMN de 13C para a determinação da configuração relativa
de 1,3,5-trióis.
Sendo assim, os autores atribuíram os deslocamentos químicos de RMN de 13C de C10 (69,9 ppm), C12 (70,2 ppm) e C14 (68,3 ppm) do criptocariol A (4), o que está de acordo com uma relação syn/syn, syn/syn e syn/anti ou anti/syn, respectivamente (Figura 7). Como a relação em C12 é syn/syn, a relação entre os substituintes em C14 e C16 só pode ser anti. Com isso, a configuração relativa do fragmento pentaol foi determinada como sendo 8S*, 10S*, 12S*, 14S*, 16R*. O O OH OH OH O H O H Me 12 10 12 14 69,9 ppm sy n/sy n 70,2 ppm syn/sy n 68,3 ppm syn/ant i 4
Figura 7: Deslocamentos químicos em RMN de 13C (ppm) utilizados na determinação
da configuração relativa das hidroxilas do criptocariol A (4).
No entanto, os autores não atribuíram a estereoquímica relativa entre os substituintes em C6 e C8 e consequentemente a configuração absoluta do fragmento poliol não pode ser obtida. Dessa forma, pela determinação estrutural realizada por Gustafson e colaboradores, seriam possíveis duas estruturas para o produto natural (Figura 8).
Síntese total do (–)-criptocariol A 1. Introdução 7 O O OH OH OH OH OH Me 12 4a O O OH OH OH OH OH Me 12 4b
Figura 8: Estruturas possíveis para o criptocariol A.
Com a síntese total do criptocariol A realizada por Wang e O’Doherty em 2013, foi determinada que a configuração absoluta para o produto natural corresponde à estrutura
4b.17,18
1.3. Atividade Biológica
Um alvo que tem despertado interesse da comunidade científica na área que visa o tratamento e prevenção contra o câncer é Pdcd4, uma proteína supressora de tumor capaz de inibir a transformação, migração e invasão de células cancerígenas in vitro.19 O gene de Pdcd4 foi identificado pela primeira vez em 1999 por Soejima e colaboradores20 e desde então, diversos estudos foram realizados para compreender a relação entre os níveis de Pdcd4 e o desenvolvimento de tumores.
Cmarik e colaboradores realizaram estudos com células epidérmicas de rato JB6 P+ (células que sofrem transformações neoplásicas em resposta a promotores de tumor) e com P− (células resistentes a esse estímulo) e foi observado que as células P− possuem maior expressão do gene Pdcd4 que as P+.21 Para verificar se Pdcd4 era responsável por inibir transformações induzidas por promotores de tumor, os níveis da proteína Pdcd4 foram reduzidas em células P−, enquanto que a expressão dessa proteína foi aumentada nas células P+. Os autores observaram ser necessário haver um decréscimo nos níveis de Pdcd4 para ocorrer transformações neoplásicas, enquanto que em um trabalho
17 Os números 4 a 11 se referem aos produtos naturais, enquanto que as letras a e b correspondem à
estereoquímica do composto. Dessa forma, 4 e 4b se referem ao mesmo composto, sendo 4 o produto natural e 4b o sintético.
18 Wang, Y.; O’Doherty, G. A. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9334.
19 Leupold, J. H.; Yang, H.-S.; Colburn, N. H.; Asangani, I.; Post, S.; Allgayer, H. Oncogene 2007, 26, 4550. 20 Soejima, H.; Miyoshi, O.; Yoshinaga, H.; Masaki, Z.; Ozaki, I.; Kajiwara, S.; Niikawa, N.; Matsuhashi, S.;
Mukai, T. Cytogenet. Cell Genet. 1999, 87, 113.
21 Cmarik, J. L.; Min, H.; Hegamyer, G.; Zhang, S.; Kulesz-Martin, M.; Yoshinaga, H.; Matsuhashi, S.;
8
posterior, foi possível concluir que a superexpressão de Pdcd4 é suficiente para inibir essas transformações.22
Além disso, diversos estudos relacionaram a diminuição da expressão de Pdcd4 com a manifestação de diversos tipos de tumores em humanos, como o de pulmão,23 de cólon,24 de ovário25 e de fígado.26
Para compreender o complexo mecanismo de ação de Pdcd4, Yang e colaboradores realizaram estudos em que foi observado que Pdcd4 se associa ao eIF4A, um fator de iniciação de tradução.27 Essa associação permite que ocorra o desenovelamento de estruturas secundárias em regiões 5’ não traduzidas (5’ UTR) de certos mRNAs e, dessa forma, é inibida a tradução de mRNAs dependentes de eIF4A. Até o momento não é conhecida a maneira exata com que eIF4A afeta a tradução e quais características específicas dos mRNAs são necessárias para haver a ação desse fator de iniciação. No entanto, sabe-se que diversos oncogenes (material genético que possui a capacidade de causar câncer) requerem eIF4A para a tradução.28
Em outro trabalho realizado por Yang e colaboradores, foi observado que Pdcd4 inibe a ativação de AP-1, um fator de transcrição relacionado com transformação celular, proliferação, diferenciação e apoptose.22 Dessa forma, além de inibir a expressão de oncogenes, os autores acreditam que Pdcd4 possa inibir a tradução de proteínas necessárias para ativação de AP-1, inibindo assim, eventos de transformações neoplásicas.27
22 Yang, H.-S.; Jansen, A. P.; Nair, R.; Shibahara, K.; Verma, A. K.; Cmarik, J. L.; Colburn, N. H. Oncogene
2001, 20, 699.
23 Chen, Y.; Knösel, T.; Kristiansen, G.; Pietas, A.; Garber, M. E.; Matsuhashi, S.; Ozaki, I.; Petersen, I. J. Pathol. 2003, 200, 640.
24 Mudduluru, G.; Medved, F.; Grobholz, R.; Jost, C.; Gruber, A.; Leupold, J. H.; Post, S.; Jansen, A.;
Colburn, N. H.; Allgayer, H. Cancer 2007, 110, 1697.
25 Wang, X.; Wei, Z.; Gao, F.; Zhang, X.; Zhou, C.; Zhu, F.; Wang, Q.; Gao, Q.; Ma, C.; Sun, W.; Kong, B.;
Zhang, L. Anticancer Res. 2008, 28, 2991.
26 Zhang, H.; Ozaki, I.; Mizuta, T.; Hamajima, H.; Yasutake, T.; Eguchi, Y.; Ideguchi, H.; Yamamoto, K.;
Matsuhashi, S. Oncogene 2006, 25, 6101.
27 Yang, H.-S.; Jansen, A. P.; Komar, A. A.; Zheng, X.; Merrick, W. C.; Costes, S.; Lockett, S. J.; Sonenberg,
N.; Colburn, N. H. Mol. Cell. Bio. 2003, 23, 26.
28 Wolfe, A. L.; Singh, K.; Zhong, Y.; Drewe, P.; Rajasekhar, V. K.; Sanghvi, V. R.; Mavrakis, K. J.; Jiang,
M.; Roderick, J. E.; Van der Meulen, J.; Schatz, J. H.; Rodrigo, C. M.; Zhao, C.; Rondou, P.; de Stanchina, E.; Teruya-Feldstein, J.; Kelliher, M. A.; Speleman, F.; Porco Jr., J. A.; Pelletier, J.; Rätsch, G.; Wendel, H.-G. Nature 2014, 513, 65.
Síntese total do (–)-criptocariol A 1. Introdução
9
Em busca de alvos que possuíssem a tradução inibida por Pcd4, Klempnauer e colaboradores identificaram mRNA c-myb, um mRNA proto-oncogênico.29 Nesse trabalho, foi observada a primeira evidência de que o domínio RNA-ligante em Pdcd4 é capaz de distinguir regiões de RNA específicas e que aparentemente Pdcd4 reconhece a estrutura secundária formada pelo RNA e não a sua sequência em si. Além disso, o grupo de pesquisas de Klempnauer verificou que Pdcd4 associa ao mRNA p53 (um mRNA envolvido no crescimento e sobrevivência) inibindo sua tradução através da 5’ UTR de uma maneira dependente da sua capacidade em interagir com eIF4A.30
Com relação ao mecanismo de degradação de Pdcd4 durante tumorigênese, Schmid e colaboradores realizaram estudos in vitro e in vivo utilizando papilomas de pele de ratos.31 Os autores observaram que, apesar dos níveis da proteína Pdcd4 terem diminuído na presença de TPA, um promotor de tumor, não houve variação na expressão do mRNA de Pdcd4. Dessa forma, foi avaliado se a atenuação de Pdcd4 ocorria devido à inibição das quinases (enzima que fosforila substratos específicos) PI3K (fosfatidilinositol 3-quinase), Akt (proteína quinase B), mTOR (proteína alvo da rapamicina em mamíferos), p70S6K (quinase p70S6), além de verificar a ação da MEK-ERK (quinase proteínas quinases ativadas por mitógenos-quinase regulada por sinais extracelulares). A partir dos resultados obtidos, foi proposto um modelo para a regulação de Pdcd4 em uma degradação induzida por TPA (Figura 9).
29 Singh, P.; Wedeken, L.; Waters, L. C.; Carr, M. D.; Klempnauer, K.-H. Oncogene, 2011, 30, 4864. 30 Wedeken, L.; Singh. P.; Klempnauer, K.-H. J. Biol. Chem. 2011, 286, 42855.
31 Schmid, T.; Jansen, A. P.; Baker, A. R.; Hegamyer, G.; Hagan, J. P.; Colburn, N. H. Cancer Res. 2008, 68, 1254.
10
Figura 9: Modelo proposto para a degradação de Pdcd4 induzida por TPA 32,33
Foi observado que diversos eventos de fosforilação ocorrem em células expostas a TPA. Primeiramente, TPA promove a ativação de PKC, que ativa as vias PI3K/Akt e mTOR/p70S6K, que fosforilam Pdcd4. Com Pdcd4 fosforilada, a β-TrCP E3 ubiquitina ligase se liga à proteína Pdcd4 e, consequentemente, ocorre a ubiquitinação, que sinaliza a sua degradação por proteassoma. Com relação à via MEK-ERK, foi observado que a inibição dessa quinase não impede que β-TrCP E3 ubiquitina ligase se ligue ao Pdcd4 fosforilado. No entanto, a ativação dessa via facilita a degradação proteassomal de Pdcd4 ubiquitilado.
Devido a essa promissora atividade de Pdcd4 contra o desenvolvimento de câncer, Blees e colaboradores desenvolveram uma metodologia high-throughput (do inglês, alta taxa de transferência) para identificar compostos estabilizadores de Pdcd4, avaliando a perda do sinal de Pdcd4 em uma degradação induzida por TPA. Nesse trabalho, foram analisados mais de 15 mil produtos naturais e sintéticos puros, onde foram encontrados
32 Adapted from Cancer Research 2008, 68, 1258, Blees, J. S.; Schmid, T.; Thomas, C. L.; Baker, A. R.;
Benson, L.; Evans, J. R.; Goncharova, E. I.; Colburn, N. H.; McMahon, J. B.; Henrich, C. J., Translation Inhibitor Pdcd4 Is Targeted for Degradation during Tumor Promotion, with permission from AACR.
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Síntese total do (–)-criptocariol A 1. Introdução
11
47 alvos que possuíam a atividade biológica desejada.34 Além disso, os autores estudaram mais de 137 mil extratos de produtos naturais, sendo 43 deles ativos.
De modo a identificar novos compostos com a capacidade em estabilizar Pdcd4, os autores avaliaram a atividade dos criptocarióis A-H (4-11) isolados (Tabela 1).12
Tabela 1: Atividade estabilizadora de Pdcd4 dos criptocarióis A-H (4-11).
Composto Pdcd4 EC50a (μM) criptocariol A (4) 4,9 criptocariol B (5) 3,0 criptocariol C (6) 1,6 criptocariol D (7) 1,5 criptocariol E (8) 1,8 criptocariol F (9) 3,5 criptocariol G (10) 1,3 criptocariol H (11) 1,8 rapamicinab 0,05 a Valores de EC 50 representam a concentração
mínima requerida para recuperação de 50% do sinal de Pdcd4-luciferase a partir da degradação induzida por TPA.
b Controle positivo.
Foram observados valores de EC50 na faixa micromolar para todos os produtos, sendo que, com exceção do criptocariol F (9), os compostos contendo uma hidroxila em C-5
(6-8, 10 e 11) se mostraram mais potentes (Figura 2). Além disso, modificações no tamanho
da cadeia poliol e a presença de uma dupla ligação não afetaram de maneira significativa a atividade dos compostos.
Recentemente, O’Doherty e colaboradores estudaram a capacidade de estabilização de Pdcd4 e a citotoxicidade dos criptocarióis A e B (4 e 5) obtidos por vias sintéticas,
34 Blees, J. S.; Schmid, T.; Thomas, C. L.; Baker, A. R.; Benson, L.; Evans, J. R.; Goncharova, E. I.; Colburn,
12
assim como de alguns análogos dos produtos naturais (Figura 10).35 Tendo acesso a compostos contendo diferenças na estereoquímica, além de modificações na própria estrutura, foi possível realizar estudos de relação estrutura-atividade (SAR, do inglês, structure-activity relationship). O O OH OH OH OH OR Me 12 (+)-criptocariol A (4b) R = H (+)-criptocariol B (5b) R = Ac ()-criptocariol A (4c) R = H ()-criptocariol B (5c) R = Ac O O OH OH OH OH OR Me 12 OH OH OH OH OH OR Me 12 13: R = H 14: R = Ac O O OH OH OH OH OAc Me 12 5a
Figura 10: Criptocarióis A e B (4b e 5b) naturais e análogos.
Para avaliar a citotoxicidade dos compostos, os autores utilizaram três linhagens de células cancerígenas com diferentes quantidades de Pdcd4. A linhagem celular MCF-7 apresenta alta expressão de Pdcd4, enquanto que HT-29, uma expressão média e H460 possui uma baixa expressão. Após o tratamento de cada linhagem celular com cada composto, foram determinados os valores de IC50 a partir de análise colorimétrica com corante MTT (Tabela 2).
Síntese total do (–)-criptocariol A 1. Introdução
13
Tabela 2: Dados de citotoxicidade dos criptocarióis A e B (4b e 5b) e análogos.
Linhagem celular, IC50 (μM) Composto (1 μM) MCF-7 HT-29 H460 criptocariol A (4b) 8,1 4,2 5,4 criptocariol B (5b) 5,8 2,9 3,8 (−)-criptocariol A (4c) 25,8 4,1 7,9 (−)-criptocariol B (5c) 9,0 2,4 4,0 5a 13,3 4,9 7,8 13 > 500 > 1500 > 1500 14 162 1278 > 1000
Após análise dos dados obtidos para os compostos, não foi observada correlação entre a citotoxicidade e a expressão de Pdcd4, uma vez que a linhagem celular contendo quantidades médias dessa proteína (HT-29) se mostrou a mais sensível (4,2 μM para
4b), enquanto que a linhagem celular com maior expressão de Pdcd4 foi a menos
sensível (8,1 μM para 4b). No entanto, ao comparar o criptocariol A (4b) com o criptocariol B (5b), os compostos 4c com 5c, assim como 13 com 14, é possível observar um aumento na citotoxicidade devido à presença do grupo acetil no oxigênio em C16. Além disso, na ausência do anel α-pirona (13 e 14) houve uma queda significativa na citotoxicidade, mostrando ser uma funcionalidade importante para a atividade. Por fim, não houveram efeitos significativos na citotoxicidade devido a mudanças na estereoquímica dos produtos.
Com relação aos estudos para avaliar a capacidade dos compostos em estabilizar Pdcd4, os autores utilizaram a linhagem celular MCF-7, por meio de uma metodologia descrita por Schmid,36 que utiliza TPA para iniciar a degradação de Pdcd4 (Tabela 3).
36 Blees, J. S.; Bokesch, H. R.; Rϋbsamen, D.; Schulz, K.; Milke, L.; Bajer, M. M.; Gustafson, K. R.;
14
Tabela 3: Atividade estabilizadora de Pdcd4 para os criptocarióis A e B (4b e 5b) e
análogos. Composto (1 μM) Pdcd4 (rel.)a criptocariol A (4b) 3,6 criptocariol B (5b) 4,5 (−)-criptocariol A (4c) 3,8 (−)-criptocariol B (5c) 3,6 5a 1,9 13 1,8 14 2,8
aOs valores são relativos às células tratadas apenas com TPA.
Assim como no trabalho realizado pelo grupo de pesquisas de Gustafson,12 o criptocariol B (5b) apresentou uma melhor capacidade em estabilizar Pdcd4, quando comparado com o criptocariol A (4b). Já a variação na estereoquímica dos criptocarióis não afetou de maneira significativa a estabilização de Pdcd4, assim como ocorreu para os compostos em que o anel α-pirona estava ausente.
Nesse mesmo estudo, O’Doherty e colaboradores decidiram investigar se o uso dos criptocarióis A e B (4b e 5b) em combinação com outros agentes anticancerígenos era capaz de potencializar o efeito desses compostos devido à presença de um estabilizante de Pdcd4. No entanto, não foram observados aumentos na citotoxicidade.
1.4. Sínteses
O trabalho de isolamento feito por Gustafson e colaboradores em 2011 elucidou a estrutura molecular dos criptocarióis A-H (4-11) e avaliou a atividade biológica desses compostos, motivando alguns grupos de pesquisas a estudar rotas sintéticas visando a obtenção de maiores quantidades de produto para aprofundar os estudos relacionados a sua atividade biológica.
No início de 2013, Reddy e Mohapatra publicaram a primeira síntese total do criptocariol A (4a), segundo uma das estruturas propostas por Gustafson e colaboradores
Síntese total do (–)-criptocariol A 1. Introdução
15
(Figura 8).37 Nesse trabalho, os autores afirmaram ter obtido um composto idêntico ao produto natural. Em meados do mesmo ano, Wang e O’Doherty concluíram a síntese total do criptocariol B (5a) de acordo com a mesma estereoquímica proposta para o criptocariol A (4a).18 No entanto, ao comparar os espectros de RMN de 1H e 13C do composto obtido com os do produto natural, os autores observaram diferenças nos deslocamentos químicos de ambos os espectros, sendo que as maiores discrepâncias ocorreram próximas a H-6 e C-6. Dessa forma, os autores sintetizaram o criptocariol A (4b) de acordo com a outra estrutura proposta pelo grupo de pesquisas de Gustafson e nesse caso, os espectros de RMN de 1H e 13C se mostraram idênticos ao produto natural.
1.4.1. Síntese total de uma das estruturas propostas para o
criptocariol A por Reddy e Mohapatra
Reddy e Mohapatra publicaram a síntese total do criptocariol A (4a) em 2013, utilizando uma estratégia sintética linear.37 As etapas chave dessa síntese foram a alilação assimétrica de Maruoka, alilação de Reetz controlada por quelação, iodociclização diastereosseletiva iterativa e metátese de olefinas.
Na primeira etapa da síntese, o álcool palmítico (15) foi oxidado com PCC em CH2Cl2, fornecendo o aldeído correspondente em 90% de rendimento. Então, o aldeído foi submetido às condições de alilação de Maruoka, utilizando aliltributilestanana na presença de Ti(O-iPr)4 e (S)-BINOL e Ag2O, fornecendo o álcool homoalílico 16 em 87% de rendimento e um excesso enantiomérico superior a 97% (Esquema 1).
O composto 16 foi tratado com BnBr na presença de NaH em DMF, levando à formação de 17 em 95% de rendimento. Com o éter benzílico 17, foi feita uma clivagem oxidativa utilizando OsO4, NaIO4 e 2,6-lutidina em 1,4-dioxano, levando à formação do aldeído correspondente em 88% de rendimento. Logo após a sua purificação, o aldeído foi tratado com alilTMS na presença de TiCl4 a –78 ºC, fornecendo o álcool 18 em 89% de rendimento e um excesso diastereoisomérico superior a 98% (Esquema 1).
16 HO Me Me 12 OH 1. PCC, CH2Cl2 90% 2. TiCl4, Ti(O-iPr)4 (S)-BINOL, Ag2O aliltributilestanana 0 ºC, 87%, ee > 97% NaH, BnBr THF, 0 ºC, 95% Me 12 OBn 1. OsO4, NaIO4 2,6-lutidina 1,4-dioxano, 88% 2. alilTMS, TiCl4 78 ºC, 89%, ds > 98% Me 12 OBn OH 16 17 18 15 12
Esquema 1: Preparação do álcool homoalílico 18.
Então, a hidroxila do composto 18 foi protegida utilizando Boc2O na presença de DMAP e Et3N, fornecendo o composto 19 em 90% de rendimento (Esquema 2). Para gerar o próximo centro estereogênico, o composto 19 foi tratado com NIS em MeCN de −40 a 0 ºC, levando à formação do iodocarbonato correspondente. Posteriormente, o iodocarbonato foi hidrolisado com K2CO3 em MeOH, fornecendo o epóxido 20 em 84% de rendimento para duas etapas. A proteção da hidroxila do composto 20 foi feita com PMBCl na presença de NaH em DMF a 0 ºC, levando à formação do composto 21 em 89% de rendimento. O tratamento de 21 com brometo de vinilmagnésio (22) e quantidades catalíticas de CuI a –20 ºC, forneceu o álcool homoalílico 23 em 87% de rendimento. Me 12 OBn BocO 19 1. NIS, MeCN –40 a 0 ºC 2. K2CO3,MeOH 84% (2 etapas) Me 12 OBn OH 20 O NaH, PMBCl THF, DMF 0 ºC, 89% Me 12 OBn O 21 O PMB M e 12 OBn O 23 OH PMB CuI, THF –20 ºC a t.a., 87% Me 12 OBn OH 18 Boc2O, Et3N DMAP CH2Cl2, 90% MgBr 22
Esquema 2: Preparação do intermediário 23.
Para criar os três centros estereogênicos restantes, as etapas apresentadas no Esquema 2 foram repetidas de maneira semelhante por 3 vezes, diferindo apenas na
Síntese total do (–)-criptocariol A 1. Introdução
17
reação de proteção da hidroxila, a qual foi realizada com o grupo protetor MOM. Após realizar o ciclo por três vezes, foi obtido o composto 24.
Assim, o álcool 24 foi esterificado com cloreto de acriloíla, na presença de DIPEA CH2Cl2 a 0 ºC, fornecendo o composto 25 em 90% de rendimento (Esquema 3). Para a reação de metátese de olefinas no dieno 25, foi utilizado o catalisador de Grubbs de primeira geração em CH2Cl2 sob refluxo, levando à formação da lactona 26 em 89% de rendimento. A desproteção das hidroxilas de 26 foi feita com TiCl4 em CH2Cl2, fornecendo o criptocariol A (4a) (76%), diastereoisômero do criptocariol A natural (4b). Assim, a síntese total do criptocariol A (4a) foi concluída em 28 etapas em 4% de rendimento global. Nesse trabalho, os autores afirmaram ter obtido um composto idêntico ao produto natural, questão que foi revisada por Wang e O’Doherty após alguns meses.18
M e 12 OBn O 24 (R = MOM) OR PMB OH 3 cloreto de acriloila DIPEA, CH2Cl2 0 ºC, 90% M e 12 OBn O 25 (R = MOM) OR PMB O 3 O catalisador de Grubbs I CH2Cl2, refluxo 89% Me 12 OBn O 26 (R = MOM) OR PMB O 3 O TiCl4 CH2Cl2, 76% OH OH criptocariol A (4a) OH O O Me OH OH 12
Esquema 3: Síntese do criptocariol A (4a).
1.4.2. Síntese total do criptocariol A por Wang e O’Doherty
Em meados de 2013, Wang e O’Doherty descreveram a síntese total do criptocariol A segundo a estrutura 4b (Figura 8).18 Nesse trabalho, os autores utilizaram uma estratégia sintética que visava o fácil acesso a enantiômeros e outros análogos dos criptocarióis A e B (4b e 5b) com o objetivo de realizar estudos de SAR frente à estabilização de Pdcd4. Para que isso fosse possível, os autores prepararam um intermediário em comum com simetria local que permitiu obter os produtos desejados.
18
A síntese se iniciou com a proteção do álcool 27 comercialmente disponível com PMBCl, levando à formação do éter correspondente em 99% de rendimento, que, após homologação com cloroformiato de metila, forneceu o composto 28 em 99% de rendimento (Esquema 4). Em seguida, foi feita a isomerização de 28 com trifenilfosfina e fenol, que levou à formação do dienoato 29 em 90% de rendimento. A diidroxilação assimétrica da dupla ligação mais distante do éster do composto 29, nas condições de Sharpless, seguida do tratamento com trifosgênio e piridina forneceu o carbonato 30 em 76% de rendimento para duas etapas. A redução regiosseletiva de 30 catalizada por Pd levou à formação do álcool 31 em 95% de rendimento.
H
1) PMBCl, NaH, DMF
TBAB, 0 ºC, 99% O
OMe 2) ClCO2Me, n-BuLi
THF, 78 a 0 ºC, 99% PPh3, PhOH OMe O benzeno, 50 ºC, 90% 27 28 29 OH OPMB OPMB OMe O PMBO 1) K3Fe(CN)6, K2CO3, MeSO2NH2 (DHQ)2PHAL, OsO4 t-BuOH:H2O, 0 ºC, 85% 2) (Cl3CO)2CO, piridina, DMAP CH2Cl2, 78 ºC, 89% 30 Pd2(dba)3.CHCl3/PPh3 Et3N, HCO2H O OMe OH 31 PMBO O O O THF, refluxo, 95%
Esquema 4: Preparação do álcool 31.
Para preparar o fragmento C-6-C-16, o composto 31 foi tratado nas condições de Evans para a formação estereosseletiva de acetal, levando à formação do composto 32 em 67% de rendimento (Esquema 5). Em seguida, o éster 32 foi reduzido com DIBAL-H, fornecendo o aldeído correspondente em 95% de rendimento, que após alilação de Leighton, forneceu o álcool homoalílico 33 (72%). A reação de metátese de 33 com acrilato de etila forneceu a olefina correspondente em 99% de rendimento, a qual foi novamente tratada nas condições de Evans para a formação de acetal, levando à formação de 34 em 77% de rendimento, sendo esse o intermediário que permitiu a preparação de análogos do criptocarióis A e B.
Síntese total do (–)-criptocariol A 1. Introdução 19 PhCHO, KOt-Bu THF, 0 ºC, 67% O OMe O 32 O Ph O OMe OH 31 1) DIBAL-H, CH2Cl2 78 ºC, 95% 2) PMBO PMBO N Si N Cl p-BrC6H4 p-BrC6H4 (S,S)-Leighton Sc(OTf)3, CH2Cl2, 10 ºC, 72% OH O O Ph 33 1) 2) PhCHO, KOt-Bu THF, 0 ºC, 77% O O O Ph PMBO PMBO 34 OEt O O Ph N N Ru PPh3 Mes Mes Cl Ph Cl Grubbs II acrilato de etila, CH2Cl2, 99% 6 16
Esquema 5: Preparação do intermediário 34.
Na sequência, o éster 34 foi convertido no seu respectivo aldeído, que sofreu uma adição nucleofílica de alcino utilizando 1-pentadecino e n-BuLi, levando à formação do respectivo álcool, que foi oxidado utilizando o reagente de Dess-Martin, fornecendo o composto 35 em 61% de rendimento para 3 etapas (Esquema 6). Em seguida, a cetona
35 foi reduzida utilizando o catalizador de Noyori, levando à formação do correspondente
álcool, que teve a tripla ligação reduzida na presença de excesso de diimida (NBSH, Et3N), convertendo no alcano 36 em 96% de rendimento para 2 etapas. A hidroxila do álcool 36 foi protegida utilizando TBSCl e imidazol, levando à formação do éter de silício correspondente (94%), que foi tratado com DDQ para a remoção do grupo PMB, fornecendo o álcool 37 em 92% de rendimento.
20 O O O Ph PMBO 34 OEt O O Ph 1) DIBAL-H, CH2Cl2 78 ºC, 90% 2) 1-pentadecino, n-BuLi THF,78 ºC 3) periodinana de Dess-Martin CH2Cl2, 0 ºC, 68% (2 etapas) O O O Ph PMBO 35 O O Ph Me 12 1) 2) NBSH, Et3N CH2Cl2, 98% N H2 Ru Ts N Ph Ph Cl Me Me Me (R,R)-Noyori Et3N, HCO2H, 98% O O O Ph PMBO O OH Ph 12 36 1) TBSCl, imidazol DMF, 94% 2) DDQ, CH2Cl2, H2O 0 ºC, 92% Me O O O Ph OH O OTBS Ph 12 37 Me
Esquema 6: Preparação do álcool 37.
Para concluir a síntese, o álcool 37 foi oxidado com a periodinana de Dess-Martin e em seguida foi feita a alilação de Leighton e acilação utilizando ácido acrílico na presença de DCC e DMAP, fornecendo o composto 38 em 47% de rendimento para 3 etapas (Esquema 7). Por fim, foi feita a metátese de olefinas no dieno 38, seguida da remoção dos grupos protetores, levando à formação do criptocariol A (4b) em 53% de rendimento para 2 etapas. Dessa forma, a síntese foi concluída em 23 etapas em um rendimento global de 3%.
Síntese total do (–)-criptocariol A 1. Introdução 21 1) periodinana de Dess-Martin CH2Cl2, 0 ºC, 62% 2) (S,S)-Leighton, Sc(OTf)3 CH2Cl2,10 ºC, 95%
3) ácido acrílico, DCC, DMAP CH2Cl2, 80% O O O Ph O O OTBS Ph 12 38 O O O O Ph OH O OTBS Ph 12 37 Me Me 1) 2) AcOH:H2O (4:1) 80 ºC, 70% PPh3 Ru PPh3 Cl Ph Cl Grubbs I CH2Cl2, refluxo, 76% OH OH criptocariol A (4b) OH O O M e OH OH 12
Esquema 7: Síntese do criptocariol A (4b).
Com a conclusão da síntese, os autores caracterizaram o produto por RMN de 1H e 13C, assim como HSQC e HMBC e compararam com os respectivos espectros do produto natural. Assim, foi atribuído que, de fato, a estrutura 4b era idêntica ao composto isolado pelo grupo de pesquisas de Gustafson.
2. Objetivos
As características estruturais únicas, bem como os múltiplos centros estereogênicos, fazem do criptocariol A um alvo sintético desafiador. Além disso, esse produto apresenta atividade estabilizadora de Pdcd4, uma proteína capaz de inibir transformações neoplásticas. Neste trabalho será investigada uma rota sintética convergente para a obtenção do enantiômero do produto natural, o (–)-criptocariol A (4c). Essa síntese será realizada a partir de um reagente comercial quiral, que irá possibilitar a criação dos demais centros estereogênicos.
Este estudo visa a utilização de uma estratégia sintética para a obtenção do (–)-criptocariol A (4c) a partir de reações aldólicas com indução assimétrica 1,5, aliada a
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3. Resultados e Discussão
Em nosso planejamento sintético, realizamos a escolha cuidadosa dos grupos protetores em função das estereosseletividades desejadas para os acoplamentos aldólicos que seriam realizados. Sendo assim, nos baseamos nos estudos realizados pelos grupos de pesquisas de Paterson, Evans e Dias.38,39 Nos trabalhos desenvolvidos por Paterson e colaboradores, foi observado que a reação aldólica envolvendo o enolato de boro da metilcetona 39 contendo o grupo protetor PMB no oxigênio β à carbonila, com isobutilaldeído, levou à formação do aduto de aldol correspondente em altas seletividades favorecendo o isômero 1,5-anti (Esquema 8a).40 No entanto, quando foi utilizada a metilcetona com protetor de silício (40), a seletividade da reação foi baixa, além de favorecer o isômero 1,5-syn.
Assim como avaliado pelo grupo de pesquisas de Paterson, Evans e colaboradores observaram que a natureza do grupo protetor no oxigênio em β nos enolatos de boro de metilcetonas (41, P = PMB, 42, P = TBS) influenciava no senso de indução de reações aldólicas (Esquema 8b).41 Os autores obtiveram altos níveis de diastereosseletividade em favor do aduto de aldol 1,5-anti ao utilizar uma metilcetona contendo o grupo PMB no oxigênio na posição β à carbonila (41). Entretanto, ao empregar TBS como grupo protetor (42), foi observada uma baixa diastereosseletividade favorecendo o aduto 1,5-syn.
38 Como trabalho seminal nessa área, veja: Blanchette, M. A.; Malamas, M. S.; Nantz, M. H.; Roberts, J.
C.; Somfai, P.; Whritenour, D. C.; Masamune, S.; Kageyama, M.; Tamura, T. J. Org. Chem. 1989, 54, 2817.
39 Para nosso trabalho nessa área, veja: a) Dias, L. C.; Baú, R. Z.; Sousa, M. A.; Zukerman-Schpector, J. Org. Lett. 2002, 4, 4325. b) Dias, L. C.; Aguilar, A. M.; Salles Jr., A. G.; Steil, L. J.; Roush, W. R. J. Org. Chem. 2005, 70, 10461. c) Dias, L. C.; Salles Jr., A. G. Tetrahedron Lett. 2006 47, 2213. d) Dias, L. C.;
Aguilar, A. M. Org. Lett. 2006, 8, 4629. e) Dias, L. C.; Marchi, A. A.; Ferreira, M. A. B.; Aguilar, A. M. Org.
Lett., 2007, 9, 4869. f) Dias, L. C.; Aguilar, A. M. Quim. Nova 2007, 30, 2007. g) Dias, L. C.; Aguilar, A. M. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 451. h) Dias, L. C.; Marchi, A. A.; Ferreira, M. A. B.; Aguilar, A. M. J. Org. Chem.
2008, 73, 6299. i) Dias, L. C.; Pinheiro, S. M.; Oliveira, V. M.; Ferreira, M. A. B.; Tormena, C. F.; Aguilar, A. M.; Zukerman-Schpector, J.; Tiekink, E. R. Tetrahedron 2009, 65, 8714. j) Dias, L. C.; de Lucca, E. C, Jr.; Ferreira, M. A. B.; Garcia, D. C.; Tormena, C. F. Org. Lett. 2010, 12, 5056. l) Dias, L. C.; de Lucca, E. C, Jr.; Ferreira, M. A. B.; Garcia, D. C.; Tormena, C. F. J. Org. Chem. 2012, 77, 1765. m) Dias, L. C.; Polo, E. C.; Ferreira, M. A. B.; Tormena, C. T. J. Org. Chem. 2012, 77, 3766.
40 a) Paterson, I.; Oballa, R. M.; Norcross, R. D. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 8581. b) Paterson, I.; Gibson,
K. R.; Oballa, R. M. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 8585.
41 a) Evans, D. A.; Coleman, P. J.; Côté, B. J. Org. Chem. 1997, 62, 788. b) Evans, D. A.; Côté, B.; Coleman,
P. J.; Connell, B. T. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 10893. c) Evans, D. A.; Connell, B. T.; J. Am. Chem.
Síntese total do (–)-criptocariol A 3. Resultados e Discussão 23 Me Me O OP 1) (c-Hex)Et 2BCl, Et3N 2O, 0 ºC 2) i-PrCHO, 78 ºC Me O OP i-Pr OH 1,5-anti Me O OP i-Pr OH 1,5-syn + 39, P = PMB 40, P = TBS P = PMB, 79%, ds = 97:03 (1,5-anti:1,5-syn) P = TBS, 82%, ds = 42:58 (1,5-anti:1,5-syn) Bn Me OP O 1) Bu2BOTf, DIPEA Et2O, 78 ºC 2) Ph(CH2)2CHO 78 ºC Bn OP O Bn OH Bn OP O Bn OH P = PMB, 83%, ds = 94:06 (1,5-anti:1,5-syn) P = TBS, 85%, ds = 40:60 (1,5-anti:1,5-sy n) 41, P = PMB 42, P = TBS + 1,5-anti 1,5-syn a) b)
Esquema 8: Resultados obtidos pelos grupos de pesquisas de a) Paterson e b) Evans.
Em trabalhos anteriores do nosso grupo de pesquisas, foram feitas reações aldólicas utilizando as metilcetonas 43 a 46, onde foram variados o substituinte na posição para no anel aromático (-OMe e -NO2) e o grupo protetor no oxigênio em β (P = PMB e P = TBS) (Esquema 9).39e,h MeO OP Me O O2N OP Me O 43, P = PMB 44, P = TBS 45, P = PMB 46, P = TBS MeO OP O 1) (c-Hex)2BCl, Et3N CH2Cl2, 0 ºC 2) i-PrCHO, 78 ºC i-Pr OH MeO OP O i-Pr OH 1,5-anti 1,5-sy n + P = PMB, 84%, ds > 95:05 (1,5-anti:1,5-syn) P = TBS, 88%, ds = 32:68 (1,5-anti:1,5-syn) O2N OP O i-Pr OH O2N OP O i-Pr OH 1,5-anti 1,5-syn + P = PMB, 78%, ds = 96:04 (1,5-anti:1,5-syn) P = TBS, 91%, ds = 34:66 (1,5-anti:1,5-syn) 1) (c-Hex)2BCl, Et3N CH2Cl2, 0 ºC 2) i-PrCHO, 78 ºC
Esquema 9: Resultados de nosso grupo de pesquisas.
Para as reações aldólicas envolvendo as metilcetonas com o grupo protetor PMB (43 e 45) foram observados excelentes níveis de seletividade em favor do aduto 1,5-anti, enquanto que ao utilizar TBS como grupo protetor (44 e 46) as seletividades foram baixas e favoreceram o isômero 1,5-syn. Sendo assim, esses resultados corroboraram com os
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observados pelos grupos de pesquisas de Paterson e Evans. Além disso, os dados obtidos mostraram que o efeito eletrônico do substituinte na posição β à carbonila não afeta a seletividade das reações aldólicas.
Para compreender a origem da seletividade observada em reações aldólicas entre enolatos de boro de β-alcóxi metilcetonas e aldeídos, Paton e Goodman realizaram estudos teóricos que mostraram que essas reações passam preferencialmente por um estado de transição cíclico de 6 membros do tipo bote, onde as interações 1,3-diaxiais entre um dos ligantes do boro e o substituinte do anel são minimizadas (Esquema 10).42
O B O H Me M e Me R H O O B O H Me Me Me H O IN-1,5-AN T I )( IN-1,5-SY N 1,5-ant i 1,5-syn R OP OBMe2 R OP O Me OH R OP O Me OH + R P P H Me O 1,5-anti 1,5-syn O B O H Me M e Me OUT-1,5-ANT I O R H H H P O B O H Me Me Me OUT-1,5-SY N R O H H H P R = i-Pr, P = Bn (0,00) R = Et, P = TMS (2,42) R = i-Pr, P = Bn (1,16) R = Et, P = TMS (0,00) R = i-Pr, P = Bn (2,61) R = Et, P = TMS (0,20) R = i-Pr, P = Bn (2,66) R = Et, P = TMS (2,72) )(
Esquema 10: Estados de transição competitivos propostos por Paton e Goodman
(energias relativas em kcal mol−1).
42 a) Paton, R. S.; Goodman, J. M. Org. Lett. 2006, 8, 4299. b) Paton, R. S.; Goodman, J. M. J. Org. Chem.
