Síntese, caracterização estrutural e avaliação da atividade Antitrypanossoma cruzi de derivados tiazolidínicos e imidazolidínicos

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS. TESE DE DOUTORADO. Síntese, Caracterização Estrutural e Avaliação da Atividade Anti-Trypanosoma cruzi de Derivados Tiazolidínicos e Imidazolidínicos. Micheline Miranda da Silva. Recife – 2009 mirandaeu@gmail.com.

(2) MICHELINE MIRANDA DA SILVA. Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas do Centro de Ciências Biológicas da Universidade Federal de Pernambuco para a obtenção do título de doutora em Ciências Biológicas com área de concentração em Farmacologia, Fisiologia e Química Medicinal.. ORIENTADORA Dra. Suely Lins Galdino. RECIFE - 2009. mirandaeu@gmail.com.

(3) Silva, Micheline Miranda da Síntese, caracterização estrutural e avaliação da atividade Antitrypanossoma cruzi de derivados tiazolidínicos e imidazolidínicos / Micheline Miranda da Silva. – Recife: O Autor, 2009. 140 folhas: il., fig., tab. Orientador: Suely Lins Galdino Tese (doutorado) – Universidade Federal de Pernambuco. CCB. Ciências Biológicas, 2009. Inclui bibliografia e anexos. 1. Chagas, Doença de 2. Farmacologia 3. Química farmacêutica I. Título.. 616.9363. mirandaeu@gmail.com. CDD (22.ed.). UFPE/CCB-2011-187.

(4) mirandaeu@gmail.com.

(5) mirandaeu@gmail.com.

(6) UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS. REITOR Prof. Dr. Amaro Henrique Pessoa Lins. VICE-REITOR Prof. Dr. Gilson Edmar Gonçalves e Silva. PRÓ-REITOR PARA ASSUNTOS DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO Prof. Dr. Anísio Brasileiro de Freitas Dourado. DIRETORA DO CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS Profa. Dra. Ângela Maria Isidoro de Farias. VICE-DIRETORA DO CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS Profa. Dra Sílvia Regina Arruda de Moraes. COORDENADORA DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS Profa. Dra. Maria Tereza dos Santos Correia. VICE-COORDENADORA DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS Profa. Dra. Suely Lins Galdino. mirandaeu@gmail.com.

(7) AGRADECIMENTOS. A Professora Suely Lins Galdino pela orientação, incentivo e credibilidade na realização deste trabalho. A Profa. Dra. Maria do Carmo Alves de Lima, pela orientação e dedicação que foram cruciais para a realização deste trabalho. Ao Prof. Dr. Ivan da Rocha Pitta, pelas contribuições essenciais para realização deste trabalho. Aos meus pais por ter investido em mim e ter proporcionado o inicio da realização dos meus objetivos. A Profa. Dra. Valéria Rêgo Alves Pereira, pela fundamental contribuição através da realização dos ensaios da avaliação biológica, assim como o apoio e orientação na realização deste trabalho. A Profa. Dra. Teresinha Gonçalves da Silva, pelas contribuições, pelo incentivo, apoio e companheirismo. Ao Prof. Dra. Ana Cristina Lima Leite, pelas valiosas contribuições na conclusão deste trabalho. A Profa. Dra. Teresinha Gonçalves da Silva, pelas contribuições, pelo incentivo, apoio e companheirismo. Ao Prof. Dra. Maria Tereza dos Santos Correia, pelas valiosas contribuições na conclusão deste trabalho. Ao Prof. Dra. Paloma Lys de Medeiros, pelas valiosas contribuições na conclusão deste trabalho. Ao Prof. Manoel de Farias da Universidade Federal Rural de Pernambuco, pelo apoio, incentivo e companheirismo. A Dra. Andréa Cristina Apolinário da Silva e ao Prof. Dr. Ricardo Olímpio de Moura, pelo incentivo, apoio, companheirismo, pelos bons momentos compartilhados. Aos colegas de Mestrado Fabiana Oliveira dos Santos Gomes e Artur Felipe Santos Barbosa, pelas contribuições nos ensaios da avaliação biológica durante a elaboração deste trabalho. Aos meus colegas e amigos de doutorado, especialmente a Aracelly França Luis, Diana Jussara do Nascimento Malta, Juliana Cruz da Silva, Juliana Kelle Lemoine, Cleiton Diniz e Manuela dos Santos Carvalho, pelos momentos mirandaeu@gmail.com.

(8) vividos e pelas experiências adquiridas durante todo este período, algumas vezes árduos, outras divertidos. Todos importantes em nossa formação. Aos meus colegas e amigos de mestrado e iniciação científica, pelos momentos vividos e pelas experiências adquiridas durante todo este período, todas importantes em nossa formação. Aos meus amigos Claudia Mirian da Silva, Everaldo dos Santos, Gilvaneide Veríssimo e José Cristiano Santana, pelo companheirismo, incentivo e carinho a mim dedicados, à amizade sempre. Aos. colegas. e. amigos. do. Grupo. de. Pesquisa. e. Inovação. Terapêutica/Laboratório de Planejamento e Síntese de Fármacos (GPIT/LPSF), Albert, Nathália Colaço, Sandra, Sandra Alcantara, Willams leal, Thiago Bento, Antônio Sergio, Vinicius, Beatriz, Leidane, Marina Pitta, Sybelle, Camila, Thiago Aquino e Luiz Carlos, pelas colaborações, companheirismo, paciência e estímulos, essenciais para o sucesso deste trabalho. A Dra. Elizabeth Carvalho, pelo apoio, aconselhamento e amizade. A Adenilda Eugênia de Lima, pelo apoio, incentivo e dedicação, fundamentais para êxito deste trabalho. Aos Professores e Funcionários do Departamento de Antibióticos da Universidade Federal de Pernambuco. Aos Professores e Funcionários do Centro de Ciências Biológicas da Universidade Federal de Pernambuco. Ao Ricardo Oliveira da Silva e à Eliete de Fátima Nery da Silva, da Central Analítica da Universidade Federal de Pernambuco pela realização dos espectros de ressonância magnética nuclear de hidrogênio. A DEUS que me confiou à participação no Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas, permitindo contribuir através da pesquisa, melhorar a qualidade de vida dos portadores da doença de Chagas. A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES - pela concessão da bolsa de estudos.. mirandaeu@gmail.com.

(9) “Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia impossível”.. Charles Chaplin. mirandaeu@gmail.com.

(10) SUMÁRIO. AGRADECIMENTOS LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS LISTA DE ESQUEMAS RESUMO ABSTRACT. 1.. INTRODUÇÃO. 17. 2. JUSTIFICATIVAS. 21. 3. OBJETIVOS. 23. 3.1. Geral. 23. 3.2. Específicos. 23. 4. REVISÃO DA LITERATURA. 25. 4.1. Doença de Chagas. 25. 4.1.1. Agente etiológico. 26. 4.1.2. Transmissão. 27. 4.1.3. Epidemiologia. 27. 4.1.4. Tratamento. 28. 4.1.4.1. Mecanismo de ação do benzonidazol. 29. 4.1.4.2.. Mecanismo de ação do nifurtimox. 30. 4.2. Química medicinal. 30. 4.2.1.. Relações estrutura atividade. 31. 4.3. Tiazol. 35. 4.3.1.. Parte química. 35. 4.3.1.1.. Métodos de obtenção da tiazolidina-2,4-diona. 39. 4.3.1.1.1. Reação com tiocianatos alcalinos. 39. 4.3.1.1.2. Reação com tiocarbamatos. 39. 4.3.1.1.3. Reação com tioureia. 39. 4.3.2.. 40. Reações com a tiazolidina-2,4-diona. mirandaeu@gmail.com.

(11) 4.3.2.1.. Reações de N-alquilação da tiazolidina-2,4-diona. 40. 4.3.2.2.. Reações de condensação da tiazolidina-2,4-diona com. 41. aldeídos aromáticos ou seus derivados 4.3.3.. Parte biológica. 43. 4.4. Imidazol. 46. 4.4.1.. Parte química. 46. 4.4.2.. Parte biológica. 50. 5.. MATERIAL E MÉTODOS. 54. 5.1. Parte química. 54. 5.2. Parte biológica. 66. 6.. RESULTADOS E DISCUSSÃO. 68. 7.. CONCLUSÕES. 73. 8.. PERSPECTIVAS. 75. 9.. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 77. Anexo 1. Artigo: Novos Derivados Tiazolidínicos e imidazolidínicos:. 89. síntese, caracterização estrutural e avaliação da atividade anti-Trypanosoma cruzi Anexo 2. Espectros de infravermelho – séries NN e TM. 118. Anexo 3. Espectros de ressonância magnética nuclear de hidrogênio. 125. (RMN1H) – séries NN e TM. mirandaeu@gmail.com.

(12) LISTA DE ABREVIATURAS. δ. Deslocamento químico. BDZ. Benzonidazol. BHI. Brain heart infusion. CPqAM. Centro de Pesquisa Aggeu Magalhães. d. Dubleto. DCC. N,N-dicilcicloexil carbodiimida. dd. Duplo dubleto. DMSO. Dimetilsulfóxido. FDA. Food and Drug Administration. HBTU. 2-(1H-benzotriazol-1-il)-1,1,3,3-tetrametil uraniumhexafluorfosfato. IC50%. Concentração Inibidora a 50 %. IOC. Instituto Oswaldo Cruz. IP. 2-ciano-3-(benzilideno)-acrilato de etila. IUPAC. International Union of Pure and Applied Chemistry. IV. Inflavermelho. LIT. Liver Infusion Tryptose. LPSF. Laboratório de Planejamento e Síntese de Fármacos. m. Multipleto. Nfx. Nifurtimox. OMS. Organização Mundial de Sáude. P.F.. Ponto de fusão. PPARγ. Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gama. PPARs. Peroxisome Proliferator-Activated Receptor. q. Quadrupleto. QSAR. Quantitative Structure–Activity Relationship. R2. Coeficiente de linearidade. Rd. Rendimento. Rf. Fator de retenção. RMN1H. Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio. s. Singleto. SAR. Structure-Activity Relationship. mirandaeu@gmail.com.

(13) SBF. Soro fetal bovino. SN2. Substituição nucleofílica de segunda ordem. t. Tripleto. T. cruzi. Trypanosoma cruzi. WHO. World Health Organization. mirandaeu@gmail.com.

(14) LISTA DE FIGURAS. Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figura 6 Figura 7 Figura 8 Figura 9. Figura 10 Figura 11 Figura 12 Figura 13 Figura 14 Figura 15 Figura 16 Figura 17 Figura 18 Figura 19 Figura 20 Figura 21 Figura 22 Figura 23 Figura 24 Figura 25. Trypanosoma Cruzi Inseto “barbeiro” Distribuição da doença no hemisfério americano do México ao sul da Argentina Estados brasileiros endêmicos em doença de Chagas Estrutura química do benzonidazol e nifurtimox Paracetamol (a) e o,o’-dimetil do paracetamol (b) Moléculas com propriedades hipoglicemiantes Cimetidina (a) e a ranitidina (b) Estrutura do tiazol com suas respectivas densidades eletrônicas sobre cada átomo constituinte de acordo com os cálculos de densidade eletrônica Tautomeria da tiazolidina-2,4-diona Ciglitazona Hipoglicemiantes tiazolidínicos Derivados tiazolidínicos e oxazolidínicos substituídos 5-[2,4-dimetil-(1,2,3,4-tetrahidro-2-oxo-4-quinoxilini)-etoxifenil]-metileno-tiazolidina-2,4-diona Derivados diasteroisômeros obtidos com atividade dual 5-(4-hidroxi-benzilideno)-3-(4-metil-benzil)-tiazolidínico Derivados do (Z)-aril-4-oxotiazolihidrazonas Tautomerismo do núcleo imidazol Posições de possíveis reações do núcleo imidazol Estruturas dos derivados hidantoínicos tiocarbonilados Derivados 1-(benzilideno-amino)-3-ciclohexil-2-tioxoimidalidina-4,5-dionas 5,5-difenil-hidantoína (a) e 5-(p-cloro-fenil)-5-metil-hidantoína (b) 5-(2,4,5-tricloro-fenil)-hidantoína (a) e 1-(5-nitro-tiofeno-3-il)2-tioxo-imidazolidina (b) 1,3-di-(4-metoxi-benzil)-2-fenilimidazolidina Estruturas de derivados tiazolidínicos com diferentes atividades anti-T. cruzi. mirandaeu@gmail.com. 25 26 27 28 29 31 32 33 35. 38 43 44 44 45 45 46 46 46 47 49 51 51 52 52 70.

(15) LISTA DE ESQUEMAS. Esquema 1 Esquema 2 Esquema 3 Esquema 4 Esquema 5 Esquema 6 Esquema 7 Esquema 8 Esquema 9 Esquema 10 Esquema 11 Esquema 12 Esquema 13 Esquema 14 Esquema 15 Esquema 16 Esquema 17 Esquema 18 Esquema 19 Esquema 20 Esquema 21. Substituição nucleofílica do 4-metil-tiazol na presença de sodamina Síntese de Hantzsch para obtenção de tiazol-2,5dissubstituídos Síntese modificada de Hantzsch para obtenção de tioamidas N-substituídas Síntese modificada de Hantzsch partindo da tioureia e ácidos α-halocarboxílicos Obtenção da 2-tiazolidinonas em hidrólise ácida Síntese da 4-tiazolidinonas na presença de DCC ou HBTU Obtenção da tiazolidina-2,4-diona de acordo com a metodologia descrita por Heintz (1865) Síntese da tiazolidina-2,4-diona descrita por Holmberg (1909) e Kallenberg (1923) Síntese da tiazolidina-2,4-diona de acordo com Liberman e Himbert (1948) Reação de N-alquilação da tiazolidina-2,4-diona Mecanismo reacional da tiazolidina-2,4-diona de acordo com Finkbeiner (1965) Reações de condensação do tipo Knoevenagel para obtenção dos ésteres cianocinâmicos Síntese de derivados imidazólicos a partir de compostos dicarboxilados Obtenção do 1-metil-4,5-difenil-1,3-dihidro-imidazol-2-ona de acordo com Begtrup e Larsen Síntese do (4R,5S)-1,5-dimetil-4-fenilimidazolidin-2-ona a partir da efedrina com ureia Síntese de derivados hidantoínicos de acordo com a metodologia descrita por Wöhler Mecanismo reacional da tiazolidina-2,4-diona Mecanismo reacional da tiazolidina-2,4-diona de acordo com Finkbeiner Mecanismo reacional de condensação entre os aldeídos substituídos e o cianoacetato de etila Provável mecanismo reacional de adição do núcleo tiazolidinônico com ésteres de Cope Rota sintética utilizada para obtenção dos derivados imidazolidínicos e tiazolidínicos. mirandaeu@gmail.com. 36 36 36 37 37 38 39 39 40 41 41 42 47 48 48 49 55 56 57 58 59.

(16) LISTA DE TABELAS. Tabela 1 Tabela 2 Tabela 3. Exemplos de isósteres e isósteres não clássicos Efeito na resposta biológica pela contração/extensão da cadeia X Efeitos in vitro dos derivados tiazolidínicos e imidazolidínicos (LPSF/TM e NN). mirandaeu@gmail.com. 32 33 69.

(17) RESUMO. A doença de Chagas, causada pelo protozoário Trypanosoma cruzi, acomete aproximadamente 12 a 14 milhões de infectados na América Latina, com 100 milhões de pessoas em situação de risco (WHO, 2011). Os núcleos imidazolidínicos e tiazolidínicos fazem parte de uma larga classe de compostos bioativos com atividade antiparasitária. O Laboratório de Planejamento e Síntese de Fármacos (LPSF) do Departamento de Antibióticos da Universidade Federal de Pernambuco vem desenvolvendo trabalhos com os núcleos tiazol e imidazol, objetivando a síntese de seus respectivos derivados. Desta forma foram sintetizados e caracterizados 7 novos derivados tiazolidinônicos da série LPSF/TM e 4 novos derivados 2-tioxo-imidazolidínicos da série LPSF/NN e avaliados frente às formas tripomastigota e epimastigota do T. cruzi. A via de síntese utilizada para a obtenção dos novos derivados 5-benzilideno-3-(benzil)tiazolidina-2,4-diona substituídos (LPSF/TM), partiu da mistura reacional da tiazolidina-2,4-diona com haletos de benzila substituídos que sofre N-alquilação na posição 3 do núcleo, seguido de uma adição de Michael na posição 5, com os derivados 2-ciano-3-(benzilideno)-acrilato de etila (IPs) substituídos. Para a obtenção. dos. derivados. 5-benzilideno-3-(benzil)-2-tioxo-imidazolidin-4-ona. (LPSF/NN) iniciam-se com uma mistura reacional da 2-tioxo-imidazolidin-4-ona com ésteres acrilatos de etila (IPs) substituídos, com posterior N-alquilação em meio básico. No ensaio de citotoxicidade, as células foram incubadas com os compostos sintetizados em diferentes concentrações, na presença de timidina tritiada (1µ Ci/poço) durante 24 h em estufa e de CO2 a 37 ºC. Formas tripomastigotas da cepa Y de T. cruzi foram cultivadas durante 24 horas, na presença dos compostos, procedendo-se em seguida a contagem de parasitas viáveis. O cálculo da IC50 foi determinada por meio de uma regressão linear simples utilizando o software Prisma 4 Graphpad. Todos os compostos finais foram caracterizados por RMN1H e IV. Dentre todos os derivados testados in vitro, na atividade anti-T. cruzi o LPSF/TM-26 o LPSF/TM-17 e LPSF/NN-295 foram os que apresentaram melhores valores de IC50, para a forma tripomastigota. Os resultados não foram significativos (dados não mostrados) para a forma epimastigota. Palavras chave: Doença de Chagas, Imidazolidinas, Atividade antiparasitária. mirandaeu@gmail.com.

(18) ABSTRACT. Chagas' disease is a antroponose caused by a protozoan the Trypanosoma cruzi. Nuclei imidazolidine and thiazolidine forming part of a large class of bioactive compounds that possess antiparasitic activity. Based on these reports, the Laboratório de Planejamento e Síntese de Fármacos (LPSF) of the Departamento de Antibioticos of the Universidade Federal de Pernambuco is developing work with thiazole and imidazole nucleus, to the synthesis of their derivatives. And so were synthesized and characterized 8 new thiazolidine derivatives the series LPSF/TM and 4 new derivatives tioxo-2-imidazolidine series of LPSF/NN with 8 and 3 of the assessed agaist trypomastigote forms of T. cruzi, respectively. The pathway of synthesis used for obtaining new derivatives of 5-Benzylidene-3(benzyl)-thiazolidine-2,4-dione substituted (LPSF/TM), part of the reaction mixture thiazolidine-2,4-dione with benzyl halides. substituted suffering N-alkylation. reaction in position 3 of the nuclei, followed by a Michael addition at position 5 with the derived 2-cyano-3-(Benzylidene)-ethyl acrylate (IPs) replaced dissolved in ethanol dried and piperidine as catalyst. Derivatives 5-Benzylidene-3-(benzyl)-2tioxo-imidazolidine-4-one (LPSF/NN) begins with a reaction mixture of 2-tioxoimidazolidine-4-one with ethyl esters of acrylates (IP) substitued in the presence piperidine as catalyst, which were subsequently N-alkylated in basic medium. In the cytotoxicity test, cells were incubated with the compounds at different concentrations, in the presence of thymidine trithio (1µ Ci/well) for 24 hours in CO2 incubator at 37 °C. Trypomastigote forms of Y strain of T. cruzi were grown for 24 hours in the presence of compounds, making it then the counting of viable parasites. The calculation of the IC50% was determined by a simple linear regression using the software GraphPad Prism 4. The results allow us to say that the methodology is feasible since compounds were obtained with final yields ranging from 30 to 85 %. All final compounds were characterized by RMN1H and IV. Among all the derivatives tested LPSF/NN294 and LPSF/NN295 showed better activities, with IC50 values of 20,50 and 29,88 µg/mL respectively. Keywords: Chagas disease, imidazolidine, antiparasitic activity.. mirandaeu@gmail.com.

(19) Introdução. mirandaeu@gmail.com.

(20) 17 1. INTRODUÇÃO. Segundo a Organização Mundial de Saúde (WHO, 2011) há um plano global de luta contra as doenças tropicais norteado pelos princípios de direito à saúde, integração e equidade, intensificação do controle de políticas para a população de baixa renda, orçamento específico para propagandas em escolas, bem como eliminação do estigma e da discriminação através de campanhas nacionais.. Entre as doenças tropicais, destaca-se a doenças de Chagas tripanossomíase americana. Doença parasitária resultante da picada do triatoma “barbeiro” ou transfusão de sangue de pacientes infectados. Esta acomete aproximadamente 12 a 14 milhões de infectados na América Latina, com 100 milhões de pessoas em situação de risco (MONCAYO e SILVEIRA, 2009).. A quimioterapia ainda é a abordagem terapêutica mais utilizada na doença de Chagas. Entretanto, depende da fase clínica no qual se encontra o paciente. Atualmente, a doença é tratada basicamente pelos derivados nitro-heterocíclicos nifurtimox (Nfx) e benzonidazol (BDZ). Estes fármacos têm ação na forma tripomastigota do Trypanosoma cruzi. Sendo eficazes na fase aguda da doença, mas não apresentam bons resultados na fase crônica, além da toxicidade para os pacientes. Dessa forma, há a necessidade de desenvolver novas moléculas mais seletivas com diferentes mecanismos de ação para o tratamento da doença de Chagas (McKERROW et al.; 2009).. Atualmente,. pesquisadores. do. mundo. inteiro. vêm. utilizando. as. ferramentas disponibilizadas pela Química Medicinal para a descoberta, identificação e interpretação do modo de ação de compostos biologicamente ativos a nível molecular, enfatizando não apenas o composto, mas também o estudo, identificação e síntese dos produtos metabólicos do mesmo e de compostos relacionados (WERMUTH et al., 1998).. No processo de descoberta de novas substâncias biologicamente ativas, uma das classes químicas que vêm se destacando na literatura por serem mirandaeu@gmail.com.

(21) 18 excelentes protótipos para o desenvolvimento de novos possíveis fármacos são os compostos heterocíclicos, em especial os heterociclos pentagonais, contendo em sua estrutura básica átomos de enxofre, nitrogênio e oxigênio (VERMA e SARAF, 2008).. A literatura descreve diversas propriedades farmacológicas do núcleo tiazol, como antiinflamatório (ZARGHI et al., 2007), hipoglicemiante (CHAUDHRY et al., 2007), anti-parasitário (SAIZ et al., 2009), apresentando também ação frente ao parasita da doença de Chagas, Tripanosoma cruzi. Outro núcleo de interesse farmacológico significativo é o imidazolidínico. Alguns derivados desse núcleo foram sintetizados e testados por Caterina e colaboradores (2008), onde observaram que alguns deles tiveram alta seletividade frente aos estágios proliferativos do parasita com valores de IC50% menores que a droga de referência, o Nifurtimox.. Du e colaboradores (2002) descrevem o potencial anti-T. cruzi de derivados tiazolidínicos acoplados a tiosemicarbazonas, dois protótipos de grande interesse biológico.. Baseado nessas informações e utilizando os conhecimentos fornecidos pela química medicinal no planejamento de novas moléculas biologicamente ativas, foram sintetizados novos derivados tiazolidínicos e imidazolidínicos e avaliado sua atividade antiparasitária frente à Trypanosoma cruzi obtendo resultados promissores.. O presente documento abordará uma rápida revisão da literatura, onde discutiremos a doença, agente etiológico e sua incidência no Brasil e no mundo, as opções de tratamento e os prováveis mecanismos de ação. Além disso, será discutido como a Química Medicinal pode ser utilizada no desenvolvimento de novas moléculas potencialmente bioativas. Um breve levantamento sobre a importância. dos. heterociclos. pentagonais,. em. especial. os. núcleos. imidazolidínicos e tiazolidínicos, com potencial atividade anti T. cruzi, resumo sobre suas propriedades químicas e eletrônicas. Os resultados obtidos na avaliação da atividade anti-T. cruzi de derivados tiazolidínicos e imidazolidínicos mirandaeu@gmail.com.

(22) 19 dos testes de citotoxicidade em células esplênicas normais de camundongos BALB/c e comparar com a citotoxicidade de fármacos anti-T cruzi disponíveis para terapêutica. E determinar a IC50 destes compostos frente à Trypanossoma cruzi.. mirandaeu@gmail.com.

(23) Justificativa. mirandaeu@gmail.com.

(24) 21 2. JUSTICATIVA. Os fármacos utilizados atualmente no tratamento da doença de Chagas restringem-se a dois compostos: Benzonidazol e Nifurtimox. Porém, estes fármacos apresentam baixa atividade sobre a fase crônica, podem causar sérios efeitos colaterais e sua eficácia é limitada sobre as diferentes formas do T. cruzi que circulam em distintas áreas geográficas.. A escassez de novos fármacos para o tratamento da doença de Chagas está relacionada à falta de incentivos mundiais no setor da saúde e em outros setores envolvidos. Por se tratar de uma doença parasitária e ser encontrada principalmente nos trópicos, sendo distribuídas quase que exclusivamente pelos países subtropicais em desenvolvimento onde a pobreza e a falta de saneamento básico ainda fazem parte do cenário social, são fatores que podem contribuir para a falta de interesse dos órgãos competentes.. Desta forma, identifica-se a urgência de se obter novas alternativas terapêuticas ou mesmo profiláticas mais seletivas, tendo por base a caracterização de novas moléculas que possam atuar como agentes potenciais ou substâncias imunomuduladoras, para a quimioterapia da doença de Chagas e a identificação de vias e alvos metabólicos do parasito.. Baseado nesse desafio, o Grupo de Pesquisa do Laboratório de Planejamento e Síntese de Fármacos (LPSF/UFPE) e o Centro de Pesquisa Aggeu Magalhães (CPqAM) identificou e avaliou uma série de derivados tiazolidinônicos e imidazolidínicos, como potencias fármacos para o tratamento da doença de Chagas.. mirandaeu@gmail.com.

(25) Objetivos. mirandaeu@gmail.com.

(26) 23 3. OBJETIVOS. 3.1 Geral. Contribuir para a pesquisa e desenvolvimento de novas moléculas ativas contra o Trypanosoma cruzi.. 3.2 Específicos Sintetizar e determinar as características físico-químicas dos derivados tiazolidinônicos e 2-tioxo-imidazolidínicos; Elucidar as estruturas químicas dos compostos sintetizados pelos métodos espectroscópicos de infravermelho e ressonância magnética nuclear de hidrogênio; Determinar a IC50 dos compostos sintetizados frente ao Tripanosoma cruzi; Avaliar a citotoxicidade em células esplênicas normais de camundongos BALB/c e comparar com a citotoxicidade de fármacos anti-T. cruzi disponíveis na terapêutica.. mirandaeu@gmail.com.

(27) Revisão da Literatura. mirandaeu@gmail.com.

(28) 25 4. REVISÃO DA LITERATURA. 4.1. DOENÇA DE CHAGAS. As doenças tropicais são consideradas um problema médico-social, que ocorre em países da América Latina, principalmente nas populações pobres que residem em condições precárias. Dentre as doenças negligenciadas, a doença de Chagas, uma antroponose causada por um protozoário o Trypanosoma cruzi (Figura 1) (NEVES, 2005), se destaca por acometer aproximadamente 12 a 14 milhões de infectados na América Latina, com 100 milhões de pessoas em situação de risco (MONCAYO e SILVEIRA, 2009; WHO, 2011).. Fonte: Ministério da Saúde – Brasil (2008) Figura 1. Trypanosoma cruzi. Em abril de 1909, Drº Carlos Justiniano Ribeiro Chagas, nascido na fazenda Bom Retiro, cidade de Oliveira, Minas Gerais, em 09 de julho de 1878, apesar de seus documentos indicarem a data de seu nascimento em 9 de julho de 1879. Em 1902, Carlos Chagas foi ao Instituto Oswaldo Cruz para iniciar a preparação de sua tese de doutoramento, então obrigatória para exercer a profissão de médico. Oswaldo Cruz foi seu orientador ao longo de dois anos, sua tese Estudos hematológicos do impaludismo. Entretanto, o que mais o atraia era o trabalho hospitalar, ao qual dedicava, por vezes, até 72 horas de plantão (SIQUEIRA-BATISTA et al., 2007). Oswaldo Cruz sempre foi considerado seu grande mestre, e inspirado nele, Carlos Chagas conduziu sua vida científica. No Instituto Oswaldo Cruz realizou vários trabalhos sanitaristas no campo e no laboratório, até que em 1907, foi enviado para uma missão no interior de Minas Gerais, onde as obras da Estrada mirandaeu@gmail.com.

(29) 26 de Ferro Central do Brasil estavam interrompidas por causa de uma epidemia de malária em um vilarejo chamado Lassance. Carlos Chagas identificou enfermos que apresentavam um quadro caracterizado por arritmias e sinais de insuficiência cardíaca. Observou ainda, que havia na localidade vários insetos hematófagos, os “barbeiros” – também chamados, popularmente, “chupão” ou “chupança” (Figura 2). Em seguida, Carlos Chagas identificou no intestino do “barbeiro”, uma nova espécie de protozoário, ao qual denominou Trypanosoma cruzi, em homenagem ao amigo Oswaldo Cruz. A descoberta de Chagas, a qual este ano foi comemorado o centenário de sua descoberta, e considerada única na história da medicina, constitui um marco na história da ciência e da saúde brasileira (SIQUEIRA-BATISTA et al., 2007; ARAÚJO et al., 2009; BRASIL, 2009).. Fonte: Ministério da Saúde – Brasil (2008) Figura 2. Inseto “Barbeiro”. 4.1.1. Agente etiológico. O Trypanosoma cruzi é um protozoário flagelado, apresentando estrutura típica das células eucarióticas: membrana plasmática, citoplasma e núcleo. O T. cruzi não apresenta uma população homogênea, sendo constituída por diversas cepas, com variabilidade genética, identificadas morfologicamente, à microscopia ótica. Apresenta-se em três formas evolutivas: amastigotas – encontrados nos tecidos do hospedeiro vertebrado, epimastigotas – a forma evolutiva, localiza-se no tubo digestivo do triatomídeo, multiplica-se por divisão binária a cada 12 horas transformando-se em tripomastigota, que não possui capacidade replicativa, e é a forma infectante ao homem (HOARE, 1972; BRENER, 1997; SOUZA, 2009). mirandaeu@gmail.com.

(30) 27 4.1.2. Transmissão. A transmissão ocorre através da picada, onde as formas tripomastigotas são inoculadas no hospedeiro vertebrado quando o inseto – barbeiro - suga o sangue e deposita fezes infestadas com tripomastigotas na área picada. O período de incubação é de aproximadamente sete a dez dias após o contato com o protozoário. A doença de Chagas pode apresentar-se na fase aguda, acometendo principalmente as crianças (menores de 15 anos de idade), com condição mórbida, febre contínua, aumento de linfonodos periféricos e hepatomegalia. Cerca de 60 % dos pacientes com a doença de Chagas atingirão a forma crônica (MACÊDO, 1999). A fase crônica é caracterizada por reações sorológicas reativas ao T. cruzi e atinge principalmente o coração e o sistema nervoso (SIQUEIRA-BATISTA et al., 2007; MONCAYO e SILVEIRA, 2009).. 4.1.3. Epidemiologia A doença de Chagas é encontrada apenas na América Latina (Figura 3), estimando-se 18 milhões de pessoas acometidas com a doença. Todos os indivíduos podem ser infectados independentemente da faixa etária e do sexo, casos da doença são registrados da infância até a nona década. O pico de incidência ocorre entre os 20 e 40 anos, contudo a doença na fase aguda é mais diagnosticada em crianças e a fase crônica na faixa etária entre 40 e 50 anos de idade (WHO, 2010).. Fonte: Ministério da Saúde – Brasil (2008) Figura 3. Distribuição da doença no hemisfério Americano do México ao sul da Argentina. mirandaeu@gmail.com.

(31) 28 No Brasil existem aproximadamente cinco milhões de portadores da doença de Chagas, a figura 4 mostra os Estados Brasileiros endêmicos (WHO, 2009).. Fonte: Ministério da Saúde – Brasil (2008) Figura 4. Estados brasileiros endêmicos em doença de Chagas. Atualmente a quimioterapia é a única opção de tratamento disponível na fase aguda da doença, entretanto os fármacos utilizados no mercado não são eficazes além de apresentarem efeitos colaterais variados.. 4.1.4. Tratamento. A doença de Chagas é tratada com derivados nitro-heterocíclicos e depende da fase clínica na qual se encontra o enfermo – aguda ou crônica. Na fase aguda, a principal forma de tratamento é o uso de fármacos tripanocidas: benzonidazol e nifurtimox (Figura 5), evitando sua evolução para a fase crônica. A fase crônica, as intervenções são específicas, as quais podem incluir terapia clínica e/ou cirúrgica para minimizar manifestações de insuficiência cardíaca, arritmias e eventos tromboembólicos entre outros (FERREIRA et al., 2006; SIQUEIRA-BATISTA et al., 2007).. mirandaeu@gmail.com.

(32) 29. O CH2. O. C N. CH2. H. N. O2N. O. CH. N. S O. NO2. H3C. N. a. b. Figura 5. Estrutura química do benzonidazol (a) e do nifurtimox (b). Croft e Coombs (2003) observaram que no Brasil a quimioterapia atualmente utilizada na tripanossomíase africana humana e da doença de Chagas é praticamente igual em comparação a quimioterapia aplicada em 1984.. A. nitrofurazona. (5-nitro-2-furaldeído-semicarbazona),. um. derivado. nitrofurânico, foi a primeira substância a apresentar atividade na fase aguda, contudo apresenta graves efeitos adversos (COURA e De CASTRO, 2002; SIQUEIRA-BATISTA et al., 2007).. Entre 1965 e 1975, foram introduzidos o nifurtimox e o benzonidazol considerados atualmente os fármacos de escolha, devido à eficácia de ambos os fármacos (COURA e DE CASTRO, 2002). Contudo, o grande desafio encontra-se na fase crônica plenamente estabelecida, a qual apresenta resultados terapêuticos inferiores, associados a uma série de efeitos adversos e tóxicos (URBINA e DOCAMPO, 2003).. No Brasil, recomenda-se a terapia farmacológica também na fase crônica (5 a 12 anos pós-infecção), principalmente em crianças menores de 12 anos de idade (BRASIL, 2005).. 4.1.4.1. Mecanismo de Ação do Benzonidazol. Segundo Moreno e colaboradores (1982) a ação do benzonidazol se dá por geração in situ de metabólicos ativos nitrorreduzidos do benzonidazol, pela xantina oxidorredutase, aldeído-oxidase entre outras, os quais podem se ligar. mirandaeu@gmail.com.

(33) 30 covalentemente às proteínas e lipídios, do parasito como também do hospedeiro (SIQUEIRA-BATISTA e GOMES, 2005; TAVARES, 2006).. 4.1.4.2. Mecanismo de Ação do Nifurtimox. O nifurtimox é ativo frente às três formas evolutivos do T. cruzi (RAETHER e HÄNEL, 2003). Este é reduzido a um radical nitro ânion, que reage com o oxigênio para formar ânions superóxidos, em seguida é catalisado a H2O2, que é altamente tóxico ao protozoário (URBINA e DOCAMPO, 2003), contudo, o peróxido de hidrogênio neste processo não é nocivo ao homem. O nifurtimox pode também, atuar como substrato à tripanotiona-redutase, principal enzima responsável por reações de oxidorredução do protozoário (BOUTEILLE, 2003).. O critério de cura internacionalmente aceito é a negativação sorológica. A ocorrência de positividade dos exames indica o fracasso da terapêutica (BRASIL, 2005; DIAS e MACÊDO, 2005).. Devido à escassez de fármacos para o tratamento da doença de Chagas, associado muitas vezes a sua pouca eficácia, além dos seus efeitos colaterais, faz-se necessário o desenvolvimento de novos fármacos e para isso tem se utilizado as ferramentas disponibilizadas pela química orgânica sintética, além da química computacional, associadas aos conhecimentos da biologia molecular, que compõem uma parte do que atualmente conhecemos como Química Medicinal.. 4.2. QUÍMICA MEDICINAL. A Química Medicinal é uma área do conhecimento fundamentada na Química, envolvendo também aspectos de natureza biológica, ciências médicas e farmacêuticas. Tem como objetivo a invenção, descoberta, design, identificação e preparação de compostos biologicamente ativos, o estudo do seu metabolismo, a interpretação do seu modo de ação ao nível molecular e à construção de relações estrutura-atividade (IUPAC, 2011).. mirandaeu@gmail.com.

(34) 31 Um dos seguimentos desta nova área de conhecimento é a correlação entre a estrutura química de um composto com a sua atividade biológica nas mesmas condições experimentais, o que se denomina relação estruturaatividade.. 4.2.1 Relações Estrutura-Atividade. Através de estudos como relações estrutura-atividade, podemos identificar pontos da estrutura responsáveis pela atividade biológica (farmacóforo), assim como seus efeitos tóxicos, e desta forma, provocar pequenas alterações na estrutura de uma molécula com propriedades farmacológicas já conhecidas, com posterior avaliação das influências sobre a atividade biológica. Estas alterações variam entre tamanho, conformação, grupos substituintes entre outros (THOMAS, 2003).. Podemos observar, por exemplo, que a metilação pode reduzir os efeitos colaterais num fármaco. A metilação em posição mono e/ou di orto, em relação ao grupamento hidróxi fenólico do paracetamol, levou à formação de análogos com menor hepatotoxicidade, sendo explicada pela supressão da hidroxilação metabólica pelos grupamentos metila nas posições orto (Figura 6) (THOMAS, 2003). H3C HO. NHCOCH3. HO. NHCOCH3 H3C. (a). (b). Figura 6. Paracetamol (a) e o,o’-dimetil do paracetamol (b). Novos compostos podem ser obtidos a partir da substituição de um átomo ou grupo de átomos na estrutura de um composto com atividade biológica conhecida, através de isósteros. Os isósteros clássicos são átomos, íons e moléculas que apresentam camadas de valências idênticas, e os não clássicos, também. denominados. bioisósteros,. são. grupamentos. que. apresentam. propriedades farmacológicas semelhantes (Tabela 1) (THOMAS, 2003).. mirandaeu@gmail.com.

(35) 32 Tabela 1. Exemplos de isósteros e isósteros não clássicos. Isósteros Clássicos. Isósteros Não Clássicos. CH3, NH2, OH, F, Cl, SH N. CH2, NH , O , S . N. N. N. R. NR2. NO2. O. O. O. C. S. S O. COCH2R, CONHR, COOR, COSR CN S. HC=, N=. C NH. NH. NH. NH. S R. NH. NH. O. O. C NH. O , CH2, NH ,. NO2. C. C NH. O. Nos anéis: CH=CH , S . N. N. R O. C NH. NH2. CH=, N ,. Os efeitos das modificações na estrutura de uma molécula foram também observados por Nomura e colaboradores (2003) que analisaram a distância (X) entre o grupo carboxílico (A) e o anel central benzênico (B), a presença de um grupo (Y) entre os anéis benzênicos (B) e um substituinte (R) no anel aromático (C), o qual apresenta característica hidrofóbica na molécula, e verificaram que estes desempenham função chave na determinação da potência e seletividade para os receptores ativadores da proliferação das peroxissomas (Peroxisome Proliferator-Activated Receptor, PPARs (Figura 7). C. B Y. A X. OH O. F3C. MeO. Y = CO, CH2 X = Alquila, Tiol e Éter. Figura 7. Moléculas com propriedade hipoglicemiante. mirandaeu@gmail.com.

(36) 33 Estes pesquisadores também observaram que para X igual aos grupamentos CH2CH(OEt) e CH2CH(SEt) havia uma afinidade do ligante para os três tipos de PPARs, e para o derivado tiazolidínico a afinidade era maior para o PPARγ (Tabela 2) (NOMURA et al., 2003).. Tabela 2. Efeito na resposta biológica pela contração/extensão da cadeia X. Transativação - EC50 (µ µM) X. PPARα α. PPARγγ. PPARδ δ (β β). CH2TZD. 1,0. 0,8. Ia. (CH2)2. 1,3. ia. Ia. CH2CH(Me). 0,24. ia. 2,8. CH2CH(Et). 0,040. 0,4. 3,6. CH2CH(n-Pr). 0,36. ia. 0,4. CH2CH(iso-Pr). 0,29. ia. Ia. CH2CH(n-But). 1,0. 2,5. Ia. CH2CH(OEt). 1,6. 2,8. 3,0. CH2CH(SEt). 1,6. 2,8. 3,0. (CH2)3. 2,2. 3,0. Ia. ia = Inativo. Thomas (2003) relata a importância da associação entre o SAR e o QSAR (relações. estrutura-atividade. quantitativas),. que. ao. estabelecer. relações. matemáticas sob a forma de equação entre a atividade biológica e os parâmetros físico-químicos que influenciam a atividade do fármaco, contribui para a obtenção de novas moléculas bioativas. Exemplo da aplicação destas ferramentas foi a síntese da cimetidina e da ranitidina nos anos 70, ambos agentes antiulcerosos (Figura 8).. H. Me N. CHNO2. NCN N. CH2SCH2CH2NHCNHCH3. a. (CH3)2NCH2. CH2SCH2CH2NHCNHCH3. O. b. Figura 8. Cimetidina (a) e ranitidina (b). mirandaeu@gmail.com.

(37) 34 Outra estratégia bastante comum no desenvolvimento de novos fármacos é a substituição de átomos ou grupamento de átomos na sua estrutura com finalidade de melhorar seu movimento no meio biológico, quando isso for imprescindível para sua atividade. Esse parâmetro, conhecido como coeficiente de partição (P) consiste basicamente em uma medida do modo com o qual o composto distribui-se entre dois solventes imiscíveis e que pode ser quantificado pelo seu log (THOMAS, 2003).. Quando os valores do log P são baixos, as moléculas são mais solúveis em água, ou seja, apresentam maior hidrofilicidade e são mais facilmente eliminadas. Quando esses valores são altos, estas apresentam maior hidrofobicidade e consequentemente maiores dificuldades de serem eliminadas do organismo. E assim cada molécula apresenta um valor máximo de log P, e a existência desse valor implica que, para a atividade biológica máxima, existe um equilíbrio ótimo entre a hidro e a lipossolubilidade (THOMAS, 2003).. Dentre as estratégias citadas acima, a extensão da estrutura também constitui uma abordagem que tem sido utilizada com sucesso pelos químicos medicinais, consiste basicamente em introduzir grupos químicos que atuam como ligantes em determinadas posições de compostos bioativos de forma a obter novos pontos de interação com os receptores, de acordo com a espécie química que está sendo introduzida. Os compostos heterocíclicos têm se apresentado promissores nessa abordagem (PATRICK, 2001).. Dentre vários grupos de heterociclos pentagonais, destacam-se os núcleos imidazolidínico e tiazolidínico por se apresentarem como excelentes protótipos, onde modificações na sua estrutura podem conduzir a diferentes propriedades, especialmente pelas diversas formas de atuação o que diz respeito às atividades biológicas, visando o desenvolvimento de novos compostos com maior potência, diferentes atividades biológicas e com reduzidos efeitos colaterais ou nenhum, e ainda de fácil administração (THOMAS, 2003).. mirandaeu@gmail.com.

(38) 35 4.3. Tiazol. 4.3.1. Parte química. Os tiazóis são heterociclos que apresentam um átomo de nitrogênio como a piridina e um átomo de enxofre na sua estrutura básica. É uma molécula planar e o comprimento da ligação entre o átomo de carbono e o átomo de enxofre é de 171,3 pm, similar ao tiofeno (EICHER e HAUPTMANN, 2003).. Quando comparados com os oxazóis, conclui-se que os tiazóis apresentam uma melhor deslocalização dos elétrons π o que lhes confere uma melhor aromaticidade. Isso é devido a um excesso de elétrons que se concentra principalmente sobre os heteroátomos (Figura 9) (EICHER e HAUPTMANN, 2003).. N 1,190. 0,960 1,010. S. 0,870. 1,970. Figura 9. Estrutura do tiazol com suas respectivas densidades eletrônicas sobre cada átomo constituinte de acordo com os cálculos de densidade eletrônica. Como na piridina, o átomo de nitrogênio na posição 3 do tiazol, atrai os elétrons π, diminuindo a densidade eletrônica sobre o átomo do carbono na posição 2, o que favorece um ataque nucleofílico nesta posição. Entretanto as posições 5 e 4 sofrem substituições eletrofílicas, respectivamente. Além disso, os tiazóis podem ser atacados por eletrófilos no átomo de enxofre, nitrogênio ou no átomo de carbono na posição 5, entretanto alquilações com haloalcanos ocorrem apenas no átomo de nitrogênio (EICHER e HAUPTMANN, 2003).. As reações de substituição nucleofílicas ocorrem preferencialmente no átomo de carbono da posição 2 e apenas com reagentes com alto poder nucleofílico (Esquema 1).. mirandaeu@gmail.com.

(39) 36 CH3. CH3 N. N. NaNH2. NH2. S. S. Esquema 1. Substituição nucleofílica do 4-metil-tiazol na presença de sodamina. Os métodos usados para a síntese de tiazóis são os mesmos aplicados na síntese dos oxazóis, que consistem de uma ciclocondensação com compostos αhalocarbonilados com tioaminas, o que caracteriza a síntese de Hantzshc (Esquema 2).. X H. O. H. NH2. X. O. H. +. +. OH. NH2. NH. +. X. R2. S. R1. R2. S. R2. R1. S. R1. X = Br, Cl. HO. N R2. S. R1. +. X. NH. H2O HX R2. S. R1. Esquema 2. Síntese de Hantzsch para obtenção de tiazol 2,5-dissubstituídos. A síntese de Hantzsch ocorre em três etapas onde inicialmente o halogênio do α-halo aldeído ou α-halo cetona é nucleofilicamente substituído, resultando em um sal S-alquiliminium, este sofre uma transferência de prótons; a ciclização produz um sal de 4-hidroxi-4,5-diidrotiazol no qual é convertido em tiazol-2,5-dissubstituído em solventes próticos por uma eliminação ácida catalisada de uma molécula de água (AGUILAR e MEYERS, 1994).. Numerosas variações na síntese de Hantzsch são conhecidas, como por exemplo, as tioamidas N-substituídas, como representadas no esquema 3. X R2 O. +. H2O. NH. R2. +. N. X S. R1. S. R1. X = Br, Cl. Esquema 3. Síntese modificada de Hantzsch para obtenção de tioamidas N-substituídas. mirandaeu@gmail.com.

(40) 37 Outras adaptações foram feitas a partir da síntese de Hantzsch para obtenção de derivados tiazólicos, como a reação da tiouréia com ácidos αhalocarbonilados de acordo com o esquema 4 (AGUILAR e MEYERS, 1994).. HO. HO. NH2 O. +. S. X. N. H2O HX. NH2. NH2. S. X = Br, Cl. Esquema 4. Síntese modificada de Hantzsch partindo da tioureia e ácidos α-halocarboxílicos. As propriedades físicas e químicas do núcleo tiazol, bem como as de seus derivados, favorecem a forma tiazolidina, com propriedades próprias do ciclo tiazol aromático (SPRAGUE e LAND, 1957).. Derivados tiazolidínicos podem ser obtidos a partir da hidrolise ácida da iminotiazolidina conduzindo as 2-tiazolidinonas (Esquema 5) (HUNTER e KOLLOFF, 1943). R1. R2. R N S. H3O NH. +. R1. R2. R N S. O. Esquema 5. Obtenção da 2-tiazolidinonas em hidrólise ácida. Outros protocolos estão sendo utilizados na síntese de novos derivados tiazolidínicos, como o método aplicado por Srivastava e colaboradores (2002) e Rawal e colaboradores (2004). Esses pesquisadores utilizaram o N,N-dicilcicloexil carbodiimida. (DCC). ou. 2-(1H-benzotriazol-1-il)-1,1,3,3-tetrametil. uraniumhexafluorfosfato (HBTU), como agentes desidratantes para acelerar o processo de ciclização intramolecular, resultando em uma reação rápida e com bons rendimentos (Esquema 6).. mirandaeu@gmail.com.

(41) 38. R2 R1 NH2. +. O R3. R2. Step-1. R1. -H2O. N R3. OH SH. O R3. R4. Step-2. R3 R1 R2. R1 NH. O N. R5 S. R3. Step-3 -H2O. C. R2. HO. S. O. R5 R4. R4. Esquema 6. Síntese da 4-tiazolidinona na presença de DCC ou HBTU. Cesur e colaboradores (1994) e Vicine e colaboradores (2006), tem apresentado outros métodos de síntese de tiazolidina pelo uso de tiocianato, alquil isotiocianato e tiocianato de amônio com hidrazida/acetamida, seguido pelo tratamento com etil bromoacetato e acetato de sódio.. A estrutura da tiazolidina-2,4-diona foi elucidada por Liberman e colaboradores (1881 apud BROWN, 1961), chamam a atenção sobre uma possível tautomeria, demonstrando que a tiazolidina-2,4-diona poderia reagir também sob a forma de diidro-hidroxitiazol (Figura 10). Entretanto, as propriedades físicas e químicas desse núcleo, bem como as de seus derivados, favorecem a forma tiazolidina, uma vez que nenhuma molécula apresenta as propriedades do ciclo tiazol aromático (SPRAGUE e LAND, 1957 apud LIMA, 1998). O. H. HO N. N S. O. S. OH. Figura 10. Tautomerismo da tiazolidina-2,4-diona. Dentre os vários métodos de obtenção das tiazolidina-2,4-dionas descritos na literatura, destacamos alguns relatados por Brown (1961): reações com tiocianatos alcalinos, tiocarbamatos, tiouréia, entre outros.. mirandaeu@gmail.com.

(42) 39 4.3.1.1. Métodos de Obtenção da Tiazolidina-2,4-diona. 4.3.1.1.1. Reação com tiocianatos alcalinos. Heintz em 1865 (apud LIMA, 1998) preparou a tiazolidina-2,4-diona a partir de uma reação entre o cloroacetato de etila e o tiocianato de potássio, tratando com ácido clorídrico diluído (Esquema 7). H. O Cl. CH2 COOC2H5. +. KSCN. NCS. CH2 COOC2H5. N. HCl. O. S. Esquema 7. Obtenção da tiazolidina-2,4-diona de acordo com a metodologia descrita por Heintz (1865). 4.3.1.1.2. Reação com tiocarbamatos. A tiazolidina-2,4-diona foi sintetizada através da reação do ácido monocloroacético com um tiocarbamato por Holmberg em 1909. Ao substituir a amônia por uma amina primária, Kallenberg obteve em 1923 (apud LIMA, 1998) a tiazolidina-2,4-diona N-substituída (Esquema 8).. COS. +. R. NH2. KOH. R. NHCOS. ClCH2COO. R. NHCOSCH2COO. H+. R. O. N S. R = H; Alquil Esquema 8. Síntese da tiazolidina-2,4-diona descrita por Holmberg (1909) e Kallenberg (1923). 4.3.1.1.3. Reação com tioureia. Este método consiste na condensação dos ácidos ou ésteres αhalogenados com a tiouréia, substituída ou não, conduzindo aos análogos 2imino, ao hidrolisar conduz à tiazolidina-2,4-diona (Esquema 9) (LIBERMAN e HIMBERT, 1948, apud LIMA, 1998).. mirandaeu@gmail.com. O.

(43) 40 O Cl. CH2 COOY. +. H2N. CS. H N. NH2. Y = H; C2H5. S. O. H. +. H3O. NH. N S. O. Esquema 9. Síntese da tiazolidina-2,4-diona de acordo com Liberman e Himbert (1948). 4.3.2. Reações com a Tiazolidina-2,4-diona. Lima (1998) afirmou que o núcleo da tiazolidina-2,4-diona quimicamente favorece reações, como: Oxidação nas posições 2 e 4 Substituição nucleofílica de segunda ordem (SN2) – reações de Nalquilação) e reação de Mannich em posição 3; Tionação em posição 4; Condensação; reações: Knoevenagel, de adição do tipo Michael e acoplamento diazo em posição 5.. 4.3.2.1. Reações de N-alquilação da tiazolidina-2,4-diona. A tiazolidina-2,4-diona se comporta como um ácido fraco reage com haletos de alquila, substituídos ou não, em soluções alcalinas conduzindo à formação de sais, quando não apresenta substituição no átomo de nitrogênio. Diversos autores descreveram essa reação, diferindo apenas em relação ao meio alcalino utilizado: . Metóxido de sódio (BRADSHER, 1956);. . Hidróxido de sódio em solução etanólica (DAVIS, 1935);. . Hidróxido de potássio em solução etanólica (LO, 1953);. . Hidróxido de potássio em solução metanólica (SHVAIKA, 1983).. Brown (1961) constatou que a reação de N-alquilação, se processa quando o sal da tiazolidina-2,4-diona é formado isoladamente e em seguida tratado com haleto de alquila de escolha (Esquema 10).. mirandaeu@gmail.com.

(44) 41. O. O. H N +. O. S. Base. CH2 X. CH2. N. R. R O. S. X = Br, Cl R = Br, Cl, OCH3, NO2. Esquema 10. Reação de N-alquilação da tiazolidina-2,4-diona. De acordo com Finkbeiner (1965), as reações de N-alquilação ocorrem através de substituições nucleofílicas de segunda ordem (SN2), onde o hidrogênio ligado ao átomo de nitrogênio é suficientemente ácido para ser suprimido por ação de uma base, conduzindo à formação de um sal. O sal obtido atua como um agente nucleofílico atacando o haleto de alquila para formar a tiazolidina-2,4diona substituída em posição 3 (Esquema 11). O. +. α. NK +. S. X. +. +. KOH. +. NK. EtOH. O. S O. O. H N. O. S O. α+. N. CH2. O. R. S. CH2 R O. Esquema 11. Mecanismo reacional da tiazolidina-2,4-diona de acordo com Finkbeiner (1965). 4.3.2.2. Reações de condensação da tiazolidina-2,4-diona com aldeídos aromáticos ou seus derivados. O grupo metilênico em posição 5 da tiazolidina-2,4-diona apresenta uma reatividade característica frente a vários reagentes. Esse carbono metilênico comporta-se como um nucleófilo, e as reações ocorrem normalmente em presença de uma base, a tiazolidina-2,4-diona reage como um ânion. A formação deste ânion é facilitada pela presença do grupamento carbonílico na posição 4 e o heteroátomo em posição 1.. Baronov e Komarista (1965) realizaram um estudo da reatividade do grupo metilênico em posição 5 de alguns heterocíclicos e constataram que as reações mirandaeu@gmail.com.

(45) 42 de condensação não são reversíveis e são diretamente dependentes do efeito do heteroátomo, obedecendo a seguinte ordem: S > NH > NCH3 > O. Segundo Hann (1925), os compostos heterocíclicos que apresentam o fragmento –S-CH2-CO permitem reações de condensação com aldeídos aromáticos ou seus derivados.. Frequentemente, estas reações ocorrem em presença de um ácido mineral ou de algumas gotas de piperidina, ou ainda em presença de ácido acético glacial e acetato de sódio anidro, onde o acetato de sódio anidro atua tanto como base quanto como agente desidratante (LIBERMAN, 1948 apud LIMA, 1998; LO et al., 1953; MARKLEY e REID, 1930).. Derivados de aldeídos aromáticos, tais como os ésteres de Cope (COPE, 1937), são obtidos através da reação de condensação do tipo Knoevenagel entre aldeídos aromáticos substituídos e cianoacetato de etila, em presença de uma base, normalmente a piperidina. Este éster cianocinâmico atua como um intermediário para as reações de condensações em posição 5 da tiazolidina-2,4diona N-alquilada ou não (Esquema 12). CN. CN. H2C. HC. Piperidina. C. O. CH2CH3. C. O. O. CH2CH3. +. H+. O. O C H. R CN CH. C. R. CN C O. O. CH2CH3. H2O. CH R. CH. OH. C. O. CH2CH3. O. Esquema 12. Reações de condensações do tipo Knoevenagel para obtenção dos ésteres cianocinâmicos. E desta forma uma série de novos derivados tiazolidinônicos vem sendo sintetizados e avaliados frente a diferentes patologias, obtendo resultados satisfatórios, alguns deles já se encontram na clínica médica.. mirandaeu@gmail.com.

(46) 43 4.3.3. Parte biológica. Singh e colaboradores (1981) ressaltam a importância dos derivados da tiazolidina, como as tiazolidinadionas, com especial interesse biológico.. As. tiazolidinadionas. conhecidas. por. glitazonas. são. importantes. substâncias hipoglicemiantes desenvolvidas a partir da descoberta casual da ciglitazona (SOHDA et al., 1982). Ao sintetizarem vários derivados tiazolidínicos os pesquisadores constataram uma redução dos níveis de glicose. A ciglitazona denominada 5-[4-(1-metil-ciclohexil-metoxi)-benzil]-tiazolidina-2,4-diona (Figura 11), a forma ativa da série, supria a síndrome diabética (hiperglicemia, hipertrigliceridemia. e. hiperinsulinemia),. acompanhada. de. diminuição. da. resistência à insulina. A toxicidade apresentada pela substância, no entanto, inviabilizou seu uso na clínica. O H N Me. S. O. O. Figura 11. Ciglitazona. A Food and Drug Administration (FDA), aprovou em 1999 dois fármacos da classe das tiazolidina-2,4-dionas: a rosiglitazona (Avandia), a 5-{4-[2-(metilpiridin-2-il-amino)-etoxi]-benzil}-tiazolidina-2,4-diona, e a pioglitazona (Actos), a 5-{4-[2-(5-etil-piridin-2-il)-etoxi]-fenil}-tiazolidina-2,4-diona (Figura 12). Tanto a rosiglitazona. quanto. a. pioglitazona. reduzem. a. glicemia,. sem. causar. hepatotoxicidade grave, sendo utilizados na clínica (MOMOSE, 1991 apud KIM et al., 2004).. mirandaeu@gmail.com.

(47) 44 O H N. Me N. S. N. O. O O H. Rosiglitasona. N S Me. N. O. O Pioglitasona. Figura 12. Hipoglicemiantes Tiazolidínicos. Outros trabalhos confirmam que as tiazolidinadionas e as oxazolidina-2,4dionas substituídas em posição 5 por grupamentos ω-(azolil-alcoxi-fenil)-alquil apresentaram uma atividade hipoglicemiante e hipolipidêmica em modelos animal obesos e diabéticos específica para receptor PPARγ (Figura 13), a resposta biológica observada com as oxazolidina-2,4-dionas foi superior às observadas com as tiazolidinadionas (MOMOSE et al., 2002). O (CH2)n N R1. H. Z X. Y O. R1 = Fenila ou 2-furila Z = O ou S Y = N, OCH3 ou H X = O ou C O. Figura 13. Derivados Tiazolidínicos e Oxazolidínicos substituídos. Jyoti. Chaudhry. e. colaboradores. (2007). avaliaram. a. atividade. hipoglicemiante de novo derivado da tiazolidinadiona e constataram que o derivado. 5-[4-2-(dimetil-1,2,3,4-tetrahidro-2-oxo-4-quinoxalinil)-etoxi-fenil]-. metileno-tiazolidina-2,4-diona (Figura 14) apresentou significante redução dos níveis de glicose no sangue em camundongos diabéticos, induzidos por aloxana, quando comparado à rosiglitazona e pioglitazona.. mirandaeu@gmail.com.

(48) 45 O O. H N. H. N. N. H3C. O. S. O. CH3. Figura 14. 5-[2,4-dimetil-(1,2,3,4-tetrahidro-2-oxo-4-quinoxalinil)-etoxi-fenil]-metilenotiazolidina-2,4-diona. Um aspecto importante observado por Prabhakar e colaboradores (1998) em. derivados. não-hidrogenados. foi. a. confirmação. da. formação. de. diasteroisômeros Z e E (Figura 15), onde o isômero Z-5-[1-(6-metoxi-naftalen-2il)-3-oxo-butilideno]-tiazolidina-2,4-diona apresenta-se mais ativo na redução da glicose e na atividade antiinflamatória, enfatizando a idéia que a configuração assumida pela molécula no local de ação pode ser fundamental para sua atividade farmacológica. Me O. H3CO H. O. O N. H. S H3CO. O S. Me. O. O. Isômero ZZ. H. N. E Isômero E. Figura 15. Derivados diasteroisômeros obtidos com atividade dual. A partir de contribuições obtidas da literatura, Leite e colaboradores (2007)a realizaram estudo sobre o alvo biológico do derivado tiazolidínico 5-(4hidróxi-benzilideno)-3-(4-metil-benzil)-tiazolidínico. (LPSF/GQ).. Os. resultados. demonstraram que o composto apresenta-se como agonista do PPARγ (Figura 16), o que vem fortalecer a ideia de que moléculas contendo o núcleo tiazolidínico são promissoras para o tratamento de doenças relacionadas ao distúrbio metabólico.. mirandaeu@gmail.com.

(49) 46. O N OH. CH. CH2. CH3. O. S. Figura 16. 5-(4-hidróxi-benzilideno)-3-(4-metil-benzil)-tiazolidínico. Leite e colaboradores (2007)b realizaram estudos com derivados da série aril-4-oxotiazolihidrazonas (Figura 17) com substituições na posição 5 do anel heterociclo, frente ao T. cruzi e constataram a inibição de crescimento para as formas epimastigota e tripomastigota, e estudos de “docking” analisados também confirmam como potentes anti-trypanosomal. R1 S. ( )n. N S. N. R2. R N O. Figura 17. Derivados do (Z)-aril-4-oxotiazolihidrazonas. 4.4. Imidazol. 4.4.1. Parte química. O núcleo imidazol é um heterociclo pentagonal que contém dois átomos de nitrogênio nas posições um e três do núcleo. É uma molécula planar, que apresenta momento dipolo de 3,70 D, em fase gasosa. Em solução os valores dependem da concentração, devido às fortes interações de hidrogênio. O espectro de RMN1H apresenta um equilíbrio tautomérico que é atingido à temperatura ambiente (Figura 18) (TIETZE, 2006). H 4 5. N3 2. N1. 5. N1 2. 4. N 3. H. Figura 18. Tautomerismo do núcleo imidazol. mirandaeu@gmail.com.

(50) 47 Sua síntese é simples e pode ser realizada a partir de compostos dicarboxilados que sofrem ciclocondensação em meio amoniacal na presença de aldeídos de acordo com esquema 13 (GRIDNEY e MIHALTSEYA, 1994). R2. R3. O +. R1. 2 NH3. N. O. - 3 H2O. +. CH. R3. R1. O. N. R2. H. Esquema 13. Síntese de derivados imidazólicos a partir de compostos dicarboxilados. Uma característica importante deste heterociclo é apresentar uma alta densidade de elétrons π distribuídos em 5 átomos, mas principalmente concentrados nos átomos de nitrogênio. Além disso, estes podem sofrer reações de substituições eletrofílicas nas posições 4 ou 5, entretanto na posição 2 sofre, principalmente ataques nucleofílicos, devido a esta posição está entre dois átomos de nitrogênio, onde a densidade de elétrons π é menor (Figura 19) (EICHER e HAUPTMANN, 2003). 4. N 5. N. 2. H Figura 19. Posições de possíveis reações do núcleo imidazol. De acordo com Begtrup e Larsen (1990), as reações dos imidazóis com nucleofílicos fortes são lentas, e demanda vigorosas condições, como na obtenção do 1-metil-4,5-difenil-1,3-dihidro-imidazol-2-ona, a partir do 1-metil-4,5difenilimidazol reagindo com hidróxido de potássio a 300°C (Esquema 14).. mirandaeu@gmail.com.

(51) 48. N. _ N. -. OH. H O. N. N. CH3. CH3. _ N H. O. N. H2. CH3 H2O. H N O. N CH3. Esquema 14. Obtenção do 1-metil-4,5-difenil-1,3-dihidro-imidazol-2-ona de acordo com Begtrup e Larsen. Outros derivados do imidazol também foram sintetizados a partir da ciclocondensação do alcalóide da (-)efedrina (1) com uréia (2) levando a obtenção do (4R,5S)-1,5-dimetil-4-fenilimidazolidin-2-ona (3). Este composto pode ser usado como auxiliar quiral para síntese assimétrica (Esquema 15) (CATALAN et al., 1993).. Me. H. NHMe. Me. O +. Ph H (1). OH. H2N. Me N. _ H O, _ NH 2 3 NH2. (2). Ph. N. O. H (3). Esquema 15. Síntese do (4R,5S)-1,5-dimetil-4-fenilimidazolidin-2-ona a partir da efedrina com ureia. Em 1861 um pesquisador chamado Baeyer descobriu um dos mais interessantes derivados imidazólicos, quando pesquisava reações do ácido úrico, que foi denominado 2,4-diceto-tetra-hidro-imidazol, também conhecido por imidazolidina-2,4-diona ou hidantoína (FINKBEINER, 1965).. O núcleo hidantoínico pode ser sintetizado em duas etapas: a partir αaminoácidos e cianeto de potássio, como na síntese da uréia realizada por. mirandaeu@gmail.com.

(52) 49 Wöhler, onde inicialmente o cianeto de potássio se encontra em equilíbrio hidrolítico com o ácido isociânico levando a formação da ligação C-N, que subsequentemente sofre uma ciclodesidratação em meio ácido (Esquema 16) (EICHER e HAUPTMANN, 2003). O NH. COOH +. R. NH2. COOH. NH2. C O. R. NH. O. H N. (HCl) _H O 2. R. O. N H. Esquema 16. Síntese de derivados hidantoínicos de acordo com a metodologia descrita por Wöhler. O núcleo hidantoínico pode sofrer reações de substituições nos átomos de nitrogênio e oxigênio. Quando se substitui os átomos de oxigênios carbonílicos por átomos de enxofre são obtidos três derivados tio-hidantoínicos a seguir: 2tioxo-imidazolidin-4-ona o 4-tioxo-imidazolidin-2-ona e a imidazolidina-2,4-ditiona (Figura 20) (OLIVEIRA, 2008). O. H. S. H. N N. S. H. N S. H 2-tioxo-imidazolidin-4-ona. N. N O. H 4-tioxo-imidazolidin-4-ona. N. S. H imidazolidina-2,4-ona. Figura 20. Estruturas dos derivados hidantoínicos tiocarbonilados. A partir de então muita ênfase foi dada aos derivados tiocarbonilados e verificaram que sua síntese e tratamento eram mais fáceis que os compostos carbonilados. E assim, a reatividade dos compostos contendo átomos de enxofre era visivelmente maior que os derivados contendo apenas átomos de oxigênios (WARE, 1950).. Outras observações feitas por pesquisadores é que tanto as hidantoínas como as tio-hidantoínas podem reagir com reagentes eletrofílicos e nucleofílicos (LOPEZ e TRIGO, 1985), através de reações de protonação, que ocorrem. mirandaeu@gmail.com.

(53) 50 preferencialmente na posição dois do heterociclo, tanto sobre o átomo de oxigênio como no átomo de enxofre (CONGDON e EDWARD, 1972). Além disso, tais derivados podem sofrer reações de N-alquilações, preferencialmente na posição três do núcleo com haletos de alquila em solvente próticos ou apróticos polares. Alquilações na posição um também são possíveis, quando o nitrogênio da posição três é previamente protegido com um grupo amino metil, direcionando a reação de N-aquilação, seguido de uma desproteção em meio alcalino suave (ORAZI e CORRAL, 1965).. Reações de condensação também ocorrem na posição cinco dos núcleos hidantoínicos e tio-hidantoínicos, quando esta se encontra livre, com aldeídos aromáticos, substituídos ou não (WHEELER e HOFFMAN, 1911). Entretanto, para isso é necessário observar alguns fatores que podem influenciar na reatividade das reações como: a) susceptibilidade do carbono da carbonila a ataques nucleofílicos, devido a efeitos eletrônicos de indução ou mesomeria; b) reatividade do composto que apresenta o grupo metileno, tipo e quantidade de grupos ativadores presentes; c) força da base catalítica; d) condições reacionais, como: solventes, temperatura, e tempo; e) grau relativo de estabilização por ressonância dos produtos; f) fatores estéricos. Assim, observaram que a reatividade do carbono na posição cinco nas reações de condensação com aldeídos aromáticos é diminuída na presença de grupos doadores de elétrons, entretanto é aumentada na presença de grupos retiradores, uma vez que estes aumentam o caráter positivo do carbono da carbonila (BARANOV e KOMARITSA, 1965 apud LIMA, 1998).. De acordo com a literatura, derivados hidantoínicos e tio-hidantoínicos, destacam-se por apresentarem ação biológica diversificada.. 4.4.2. Parte biológica. Jones (1982) observou que realizar modificações estruturais, o anel imidazol produz uma diversidade de atividades biológicas originando derivados imidazolidínicos bioativos.. mirandaeu@gmail.com.

(54) 51 Derivados contendo a estrutura 2-tioxo-imidazolidina-4,5-diona possuem atividade. herbicida. (STOFFEL. apud. OZKIRIMLI. e. HAMALI,. 1995),. tuberculostática (MIZZONI apud OZKIRIMLI e HAMALI, 1995) e sedativa (DANIELSON apud OZKIRIMLI e HAMALI, 1995). Ozkirimli e Hamali (1995) sintetizaram e testaram a atividade hipnótico-sedativa de derivados 2-tioxo-4,5imidazolidinônicos, tendo os compostos 1-(benzilideno-amino)-3-ciclo-hexil-2tioxo-imidazolidina-4,5-dionas (Figura 21) apresentado maiores atividades. S N CH. N. C6H11. N. R O. O. R = 2-OH; 4-Br; 4-Cl; 4-OCH3. Figura 21. Derivados 1-(benzilideno-amino)-3-ciclo-hexil-2-tioxo-imidazolidina-4,5-dionas. Marton e colaboradores (1993) avaliaram as atividades antifúngicas e antibacterianas do núcleo imidazolidínico, as propriedades hipnóticas foram observadas por Henze e Smith (1943), e a atividade hipoglicêmica foi observada por Ware (1950) e Soliman e colaboradores (1981).. Em 1954, Luttermoser e Bond realizaram modificações estruturais na imidazolidina-2,4-diona, sintetizaram a 5,5-difenil-imidazolidina-2,4-diona e a 5-(pclorofenil)-5-metil-imidazolidina-2,4-diona (Figura 22), observaram que tais modificações contribuíram para atividade frente a vermes adultos de S. mansoni de ratos infectados. Cl. O. H. O. H. N N. N O. N. H3C. H a. O. H b. Figura 22. 5,5-Difenil-hidantoína (a) e 5-(p-clorofenil)-5-metil-hidantoína (b). Werbel e colaboradores (1977), também observaram a atividade esquistossomicida ao avaliarem a 5-(2,4,5-tricloro-fenil)-imidazolidina-2,4-diona,. mirandaeu@gmail.com.