Programa de Pós-graduação em Produtos Bioativos e Biociências Curso de Mestrado MARCOS ANTONIO DE ABREU LOPES JUNIOR

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Programa de Pós-graduação em Produtos Bioativos e Biociências Curso de Mestrado

MARCOS ANTONIO DE ABREU LOPES JUNIOR

Síntese e estudo in silico de biaril-bases de Schiff

MACAÉ- RJ

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SÍNTESE E ESTUDO IN SILICO DE BIARIL-BASES DE SCHIFF

“Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Federal do Rio de Janeiro - Campus Macaé, como parte das exigências para obtenção do título de mestre em ciências.”

Orientadora: Profª Dra. Andréa Luzia Ferreira de Souza

Coorientadora: Profª Dra. Paula Alvarez Abreu

MACAÉ- RJ

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Síntese e estudo in silico de biaril-bases de Schiff

“Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Federal do Rio de Janeiro - Campus Macaé, como parte das exigências para obtenção do título de mestre em ciências.”

Aprovada em 18 de maio de 2018.

Comissão Examinadora:

___________________________________________________ Profª. D.Sc.. Leandro Lara de Carvalho

(Doutor em Química Orgânica pelo NPPN/UFRJ) – UFRJ-Macaé

___________________________________________________ Profª D.Sc. Jaqueline Dias Senra

(Doutora em Química Orgânica pelo NPPN/UFRJ) – UERJ

___________________________________________________ Prof. D.Sc.. Chaquip Daher Netto

(Doutor em Química Orgânica pelo NPPN/UFRJ) – UFRJ-Macaé

___________________________________________________ Profª D.Sc. Andréa Luzia Ferreira de Souza

(Doutora em Química Orgânica pela USP) – UFRJ-Macaé (Orientadora)

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Lopes Jr., Marcos

Síntese e estudo in silico de biaril-bases de Schiff/ Marcos Antonio de Abreu Lopes Jr.- Macaé: UFRJ, 2018.

xv, f.: il.; xxcm.

Orientadora: Profa. Dra. Andréa Luzia Ferreira de Souza Coorientadora: Profa. Dra. Paula Alvarez Abreu

Dissertação (Mestrado) – UFRJ/ Programa de Pós-graduação em Produtos Bioativos e Biociências, 2018.

Referências Bibliográficas: f.

1. Síntese orgânica 2. Biaril-bases de Schiff 3. Suzuki 4. Biarilas 3. micro-ondas

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"Os químicos são uma estranha classe de mortais, impelidos por um impulso quase insano a procurar seus prazeres em meio a fumaça e vapor, fuligem e chamas, venenos e pobreza, e no entanto, entre todos esses males, tenho a impressão de viver tão agradavelmente que preferiria morrer a trocar de lugar com o rei da Pérsia." Johann Joachim Becher, Physica Subterranea (1667)

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Expresso de maneira especial, o meu profundo reconhecimento e gratidão:

Aos meus pais Marcos Antonio e Kátia, pelo apoio, encorajamento, A minha noiva pelo apoio incondicional que foram fundamentais pra essa jornada . Dedico

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AGRADECIMENTOS

Primeiramente, gostaria de agradecer a Deus por me dar força e fé para concluir essa etapa.

Aos meus pais Marcos Antonio Lopes e Katia Lopes, por todos os ensinamentos durante toda minha caminhada, todo carinho e confiança que depositaram em mim. Sem vocês isso seria impossível

A minha querida esposa Vanessa por todos os momentos que passamos juntos, todo conforto, carinho, preocupação, zelo e sempre me incentivar e acreditar no meu potencial.

Aos meus familiares minha irmã Juliana, meu cunhado Reginaldo, minha sobrinha Lara meus tios Adriana, Luis Fernando, Cathia e Paulo César e ao meu primo Thayuan por todos os momentos de descontração e todos os conselhos.

À Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ, onde tenho orgulho de ter estudado pra conquistar o título de Bacharel em Química.

À profª. Drª. Andrea Luzia, pela orientação, paciência e, principalmente, pelos conhecimentos transmitidos.

À profª. Drª. Paula, por embarcar nessa aventura, paciência e pelos conhecimentos transmitidos.

Aos professores do Campus Macaé da Universidade Federal do Rio de Janeiro pelos ensinamentos e dedicação nas disciplinas ministradas, em especial aos professores: Drª. Andrea Luzia, Dr. Leandro Lara, Dr. Chaquip Daher, Dr. Evanoel Crizanto, Dr. Jorge Amin, Drª Paula Alvarez, Drª Nelilma Romeiro e Dr. Leonardo Moreira pelos ensinamentos.

Aos meus queridos amigos: André, Daniela, Thalita, Paulo, Ana, Victor e Ruan, pelas contribuições profissionais e pelo agradável convívio durante todos esses anos.

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ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO ... 20

1.1 Química Medicinal ... 20

1.2 A importância da descoberta dos antibacterianos na química medicinal ... 20

1.3 Bases de Schiff ... 28

1.3.1 Síntese, reatividade e geometria de bases de Schiff ... 29

1.4 Importância de Bases de Schiff em síntese orgânica, bio-processos e química farmacêutica ... 35

1.4.1 Bases de Schiff como precursoras de inúmeros processos orgânicos versáteis para a produção de intermediários/produtos ... 35

1.4.2 Bases de Schiff como intermediários de bio-Processos ... 36

1.4.3 Algumas aplicações de Bases de Schiff em pesquisa farmacêutica ... 37

1.4.4 Bases de Schiff com atividade antibacteriana ... 38

1.5 Biarilas com atividades farmacológicas ... 43

1.5.1 Síntese de biarilas via reação de Suzuki ... 45

1.6 Síntese orgânica sob irradiação de micro-ondas ... 49

1.7 Utilização de recursos computacionais para avaliação farmacológica ... 53 2. JUSTIFICATIVA ... 55 3. OBJETIVOS ... 56 3.1 Objetivo geral ... 56 3.2 Objetivos específicos ... 56 4. MATERIAIS E MÉTODOS ... 57

4.1 Identificação e caracterização dos compostos ... 57

4.1.1 Determinação do ponto de fusão (P.F.) ... 57

4.1.2 Análise Espectroscópica de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) ... 58

4.1.3 Análise por cromatografia gasosa acoplada á espectrometria de massas (CG-EM) ... 58

4.2 Síntese da 4-aminobifenila (32) ... 58

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4.2.2 Metodologia com aquecimento convencional modificando as

condições reacionais ... 59

4.2.3 Metodologia usando irradiação de micro-ondas e modificando a fonte de paládio ... 59

4.3 Síntese da 4’-metóxi-4-aminobifenila (34), 4’-ciano-4-aminobifenila (35) e 2’,4’-difluor-4-4’-ciano-4-aminobifenila (36) ... 60

4.4 Síntese da base de schiff padrão 7 ... 61

4.4.1 Metodologia usando aquecimento convencional ... 61

4.4.2 Metodologia usando a irradiação de micro-ondas ... 61

4.5 Sínteses dos derivados 10, 13-15, 24-31 sob irradiação de micro-ondas ... 62

4.6 Cálculos das propriedades farmacocinéticas e toxicológicas in silico ... 63

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 64

5.1 Síntese dos intermediários biarilas via reação de Suzuki ... 65

5.1.1 Síntese da 4-aminobifenila (32) ... 65

5.1.2 Síntese de outras biarilaminas via reação de Suzuki ... 69

5.2 Síntese da base de Schiff padrão 7 ... 73

5.3 Síntese de outros derivados biaril-bases de Schiff ... 78

5.4 Estudos toxicológicos in silico dos derivados bases de Schiff . 105 5.5 Teste de atividade antibacteriana e antifúngica de alguns derivados biaril-base de Schiff ... 111

6. CONCLUSÃO ... 111

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Estrutura química da benzilpenicilina (penicilina G). ... 21

Figura 2: Estruturas químicas da meticilina e carbapanem. ... 22

Figura 3: Estrutura química do salvarsan. ... 22

Figura 4: Estrutura química da quinina. ... 23

Figura 5: Estrutura química da cloroquina. ... 23

Figura 6: Estruturas químicas do Prontosil Rubrum® e da sulfanilamida. ... 24

Figura 7: Estruturas químicas da sulfapiridina e sulfatiazol. ... 24

Figura 8: Estruturas químicas das penicilinas e cefalosporinas ... 25

Figura 9: Estrutura química da tetraciclina. ... 26

Figura 10: Estrutura química da estreptomicina. ... 26

Figura 11: Estrutura química do diastereômero (R,R) do cloranfenicol. ... 27

Figura 12: Estrutura química da eritromicina. ... 27

Figura 13: Geometrias possíveis para isômeros de iminas. ... 32

Figura 14: Tautomeria da ligação C-N da imina ... 32

Figura 15: Representação da influência dos efeitos eletrônicos no carbono imínico relatada por Esteves-Souza e colaboradores (2004). ... 34

Figura 16: Exemplos de bases de Schiff biologicamente ativas Ancistrocladidina, derivados de chitosana e N-(Salicilideno)-2-hidroxianilina. ... 37

Figura 17: Estrutura química da clofazimina. ... 38

Figura 18: Derivados benzotiazóis bases de schiff (3a-g) com atividade antibacteriana relatado por Alang e colaboradores (2003). ... 38

Figura 19: Derivados morfolina-bases de Schiff (4a-c) com atividade antibacteriana descrito por Panneerselvam e colaboradores (2012). ... 39

Figura 20: Estruturas químicas das iminas (6a e 6b) com atividade antibacteriana desenvolvida por Kursunlu e colaboradores (2013). ... 40

Figura 21: Estruturas das iminas (7-16) com atividade antibacteriana desenvolvida por Pop e colaboradores (1987). ... 41

Figura 22: Estruturas químicas dos fármacos Diflunisal, Felbinaco, Flurbiprofeno, Fenbufeno e Xenbucino. ... 43

Figura 23: Estruturas químicas dos fármacos bifenomicinas A-B, cloropeptina I, irbesartana e losartana. ... 44

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Figura 25: Cromatograma e Espectro de massas da 4’-metóxi-4-aminobifenila

(34). ... 70

Figura 26: Cromatograma e Espectro de massas da 4’-ciano-4-aminobifenila (35) ... 71

Figura 27: Cromatograma e Espectro de massas de 2’,4’-difluor-4-aminobifenila (36) ... 72

Figura 28: Cromatograma e Espectro de massas da base de Schiff 7 ... 75

Figura 29: Espectro de RMN-H1_{(500 MHz) da base de Schiff 7 em CDCl} 3. .. 76

Figura 30: Expansão da região aromática entre 8,0 e 7,0 ppm do RMN-H1 (500 MHz) da base de Schiff 7 em CDCl3. ... 76

Figura 31: Estrutura numerada da base de Schiff (7) ... 77

Figura 32: Derivados biaril-base de Schiff (10, 13-15 e 24-31) planejadas para esse trabalho. ... 78

Figura 33: Cromatograma e Espectro de massas da base de Schiff (10) ... 80

Figura 34: Cromatograma e Espectro de massas da base de Schiff (13)... 81

Figura 38: Espectro de RMN-H1_{(500 MHz) da base de Schiff (24) em CDCl}₃_. ... 85

Figura 39: Expansão da região aromática 8,0 a 7,0 ppm do RMN-H1₍₅₀₀ MHz) da base de Schiff (24) em CDCl3. ... 86

Figura 40: Estrutura numerada da base de Schiff (24). ... 86

Figura 43: Espectro de RMN-H1_{(400 MHz) da base de Schiff (26) em CDCl} 3. ... 90

Figura 44: Expansão da região aromática 8,0 a 7,0 ppm do RMN-H1₍₄₀₀ MHz) da base de Schiff (26) em CDCl3. ... 90

Figura 46: Espectro de RMN-C13_{(100 MHz) de (26) em CDCl} 3. ... 92

Figura 47: Expansão dos sinais do RMN-C13_{(100 MHz) de (26) em CDCl}₃_{. .. 93}

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Figura 49: Espectro de RMN-H1_{(400 MHz) da base de Schiff (27) em CDCl} 3.

... 95

Figura 50: Expansão da região aromática de 9,0 a 7,0 ppm do RMN-H1₍₄₀₀ MHz) da base de Schiff (27) em CDCl3. ... 96

Figura 52: Cromatograma e espectro de massas da base de Schiff (28). ... 98

Figura 54: Espectro de RMN-H1_{(400 MHz) da base de Schiff (29) em CDCl} 3. ... 100

Figura 55: Expansão da região aromática de 8,0 a 7,0 ppm do RMN-H1₍₄₀₀ MHz) da base de Schiff (29) em CDCl3 ... 100

Figura 56: Estrutura numerada de (29). ... 101

Figura 59: Fragmentos propostos para os picos m/z 180 e m/z 152 observados nos espectros de massas dos derivados (7, 10, 13-15 e 24-28). ... 104

Figura 60: Fragmentos propostos para os picos m/z 244, m/z 210, m/z 168 e m/z 139 observados no espectro de massas da base de Schiff (29). ... 104

Figura 61: Fragmentos propostos para os picos m/z 205, m/z 177 e m/z 101 observados no espectro de massas da base de Schiff (30). ... 105

Figura 62: Fragmentos propostos para os picos m/z 216, m/z 188, m/z 112 e m/z 94observados no espectro de massas da base de Schiff (31). ... 105

Figura 63: Descritores do servidor OSIRIS paras os fármacos diflunisal e clofazimina. ... 110

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LISTA DE ESQUEMAS

Esquema 1: Reação de formação de base de Schiff ... 29 Esquema 2: Proposta mecanística para formação de Base de Schiff. ... 30 Esquema 3: Síntese para obtenção de aldiminas e cetiminas, respectivamente ... 31

Esquema 4: Síntese de aminas secundárias (1a-g) a partir da redução de uma série de bases de Schiff (2a-g) descrita por Esteves-Souza e colaboradores (2004). ... 33

Esquema 5: Esquema geral de aplicação de Bases de Schiff em síntese orgânica... 35 Esquema 6: Reação de transaminação através de base de Schiff de um aminoácido ao ceto-ácido e vice-versa. ... 36 Esquema 7: Glicação protéica por glicose. ... 37 Esquema 8: Síntese dos derivados bases de Schiff 5a-h descrita por Raghuwanshi e Mahalle (2014). ... 40 Esquema 9: Reação de Suzuki para obtenção de biarilas substituídas descrita por Liu e colaboradores (2005). ... 45 Esquema 10: Ciclo catalítico geral da reação de Suzuki adaptado de Biajoli e colaboradores (2014). ... 46 Esquema 11: Reação de Suzuki na síntese de biarilas substituídas utilizando um sistema Pd(OAc)2-H2O-PEG-2000 relatada por Liu e colaboradores (2005). ... 48 Esquema 12: Reação de Suzuki para obtenção da 4-acetilbifenila (19) usando PEG-300 como solvente descrita por Silva e colaboradores (2010). ... 48 Esquema 13: Preparação do diflunisal pela reação de Suzuki usando uma fosfina volumosa descrita por DeVasher e colaboradores (2004). ... 49 Esquema 14: Síntese de derivados bis-bases de Schiff (20) sob irradiação de micro-ondas descrita por Shinde e colaboradores (2014). ... 50 Esquema 15: Síntese via reação de Suzuki de furano-cumarinas biarilas (21a-h) descrita por Ashok e colaboradores (2016)... 51

Esquema 16: Síntese de derivados bases de Schiff (22a-l) descrita por Shukla e colaboradores (2017). ... 52 Esquema 17: Análise retrossintética da síntese dos derivados ... 64

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Esquema 18: Reação de Suzuki para obtenção da 4-aminobifenila (32) de acordo com Liu e colaboradores (2005). ... 65 Esquema 19: Síntese dos intermediários metóxi-4-aminobifenila (34), 4’-ciano-4-aminobifenila (35) e 2’,4’-difluor-4-aminobifenila (36) via reação de Suzuki. 69 Esquema 20: Reação de formação da base de Schiff 7 ... 73

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Derivados Bases de Schiff de 4-aminobifenila (7-16) com atividade

antimicrobiana descrita por Pop e colaboradores (1987). ... 42

Tabela 2: Resultados do estudo da reação de Suzuki para obtenção de ... 60

Tabela 3: Dados das biarilas 34, 35 e 36. ... 60

Tabela 4: Resultados do estudo para obtenção da base de Schiff 7 sob ... 61

Tabela 5: Resultados do estudo para obtenção da base de Schiff 7 sob ... 62

Tabela 6: Estudo das condições reacionais da síntese da 4-aminobifenila (32 ... 66

Tabela 7: Estudo da metodologia da síntese de 4-bifenilamina sob irradiação das micro-ondas variando a fonte de paládio ... 67

Tabela 8: Resultados da reação de Suzuki dos intermediários 34, 35 e 36 ... 69

Tabela 9: Estudo metodológico para obtenção da base de Schiff (7) ... 74

Tabela 10: Dados dos sinais de RMN-H1_{da base de Schiff 7 em comparação} com a literatura* ... 77

Tabela 11: Dados de caracterização dos derivados biaril-base de schiff sintetizados. ... 79

Tabela 12: Dados dos sinais de RMN-H1_{(500 MHz) de (24) em comparação} com a literatura* ... 87

Tabela 13: Dados dos sinais de RMN-H1_{(400 MHz) da base de Schiff (26). . 91}

Tabela 14: Dados de deslocamento químico ( ) do espectro de RMN-C13₍₁₀₀ MHz) de (26) ... 93

Tabela 15: Dados dos sinais de RMN-H1_{(400 MHz) da base de Schiff (27) .. 97}

Tabela 16: Dados de RMN-H1_{(400 MHz) da base de Schiff (29). ... 101}

Tabela 17: Riscos de toxicidades calculados pelo programa OSIRIS para os derivados (7, 10, 13-15 e 24-31). ... 105

Tabela 18: Resultados das propriedades físico-químicas relacionadas a farmacocinética dos derivados bases de Schiff (7, 10, 13-15 e 24-31). ... 108

Tabela 19: Cálculos do Molinspiration para os derivados (7, 10, 13-15 e 24-31) ... 109

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LISTA DE SÍMBOLOS, ABREVIATURAS E SIGLAS

ADMET - absorção, distribuição, metabolismo, excreção e toxicidade CCD – cromatografia em camada delgada

CDCl3 – Clorofórmio Deuterado

CG-EM - cromatografia gasosa acoplada á espectrometria de massas

d – sinal duplo (dupleto)

dba - dibenzalacetona

dd – duplo sinal duplo (duplo dupleto)

DNA – deoxyribonucleic acid (ácido desoxirebonucleico) Hz – Hertz

IUPAC - International Union of Pure and Applied Chemistry – (União internacional de Química Pura e Aplicada)

J – Joule (Constante de acoplamento) m – sinal múltiplo (multipleto)

MHz - megahertz Min - minuto

MO – micro-ondas Pd - paládio

PEG – poli(etilenoglicol)

PEG-1500 – polietilenoglicol 1500 unidades P.F. – Ponto de Fusão

ppm – parte por milhão

RMN – Ressonância Magnética Nuclear

RMN-H1_{– Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio} RMN-C13_{– Ressonância Magnética Nuclear de Carbono} RTECS - Registry of Toxic Effects of Chemical Substances rpm – Rotações por minuto

s – sinal simples (simpleto)

SAR – relação estrutura e atividade

t – sinal triplo (tripleto)

TBAB – tetrabutylammonium bromide (brometo de tetrabutilamônio) td – triplo sinal duplo (triplo dupleto)

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UV - ultravioleta

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RESUMO

As bases de Schiff foram consideradas os agentes que têm mais eficácia atividade contra as bactérias infecciosas devido seu grupo azometino (-C=N-), incluindo sua importância no estudo frente a atividade antibacteriana.

Formam uma classe importante de compostos orgânicos devido a sua grande variedade de aplicações em vários campos. São usadas como moléculas bioativas, catalisadores, intermediários em síntese orgânica, corantes, estabilizadores de polímeros, inibidores de corrosão, herbicidas, cristais líquidos, entre outros. Por outro lado as biarilas apresentam uma expressiva lista de atividades biológicas, incluindo a capacidade inibitória para uma série de bactérias e fungos.

Com base nisso, foram sintetizadas 14 biaril-bases de Schiff através da condensação das respectivas biarilaminas, que foram sintetizadas previamente através da reação de acoplamento cruzado c-c de Suzuki, e aldeídos substituídos sob irradiação de micro-ondas com rendimento entre 10-90%. Estudos in silico foram realizados pelos servidores do OSIRIS e Mollinspiration para avaliar o risco de toxicidade das biaril-bases de Schiff. Todas apresentaram um alto risco de mutagenicidade e tumorigenicidade e baixo risco para efeito irritante e efeito de reprodução. Nos descritores de Druglikeness e Drug-score foram observados baixos valores e a biodisponibilidade oral obedeceram ao menos 1 ponto da regra do 5 de Lipinski. Por fim, testes para avaliação da capacidade inibitória de bactérias e fungos usando disco de difusão com algumas biaril-bases de schiff sintetizadas não indicaram atividade inibitória.

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ABSTRACT

Schiff bases were considered the most effective agents against infectious bacteria due to their azomethine group (-C=N-), including their importance in the study against antibacterial activity.

Schiff bases form an important class of organic compounds due to their wide variety of applications in various fields. Schiff bases are used as bioactive molecules, catalysts, intermediates in organic synthesis, dyes, polymer stabilizers, corrosion inhibitors, herbicides, liquid crystals, among others. Biaryls have an expressive list of biological activities, including the inhibitory capacity for a number of bacteria and fungi.

Based on this, 14 biaryl-Schiff bases were synthesized by condensation of the respective biarylamines, which were previously synthesized by the Suzuki C-C cross-coupling reaction, and substituted aldehydes under microwave irradiation in 10-90% yield. In silico studies were performed by the OSIRIS and Mollinspiration servers to assess the risk of toxicity of biaryl-Schiff bases. All presented a high risk of mutagenicity and tumorigenicity and low risk for irritating effect and reproduction effect. In the descriptors of Druglikeness and Drug-score were observed low values and the oral bioavailability obeyed at least 1 point of the rule of 5 of Lipinski. Finally, tests for evaluation of the inhibitory capacity of bacteria and fungi using diffusion disc with some synthesized biaryl-Schiff bases did not indicate inhibitory activity.

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1. INTRODUÇÃO

1.1 Química Medicinal

A Química Medicinal é uma área da química que envolve diversos aspectos das ciências (biológica e farmacêutica), que inclui o planejamento, a descoberta, a identificação e a preparação de compostos biologicamente ativos, que levam o nome de protótipos, o estudo de metabolismo, interpretação do mecanismo de ação ao nível molecular e a construção das relações entre a estrutura química e a atividade farmacológica (SAR)(Lima, 2007).

1.2 A importância da descoberta dos antibacterianos na química medicinal A descoberta dos antibióticos revolucionou a ciência e modificou todo o panorama de tratamento de infecções. No início do século 20, antibióticos naturais, tais como β-lactâmicos, tetraciclinas e macrólideos, tiveram um impacto profundo na saúde humana, possibilitando o tratamento rápido de infecções microbianas que antes eram fatais (Kealey et al., 2017).

As bactérias são organismos unicelulares identificados pela primeira vez em 1960, somente a partir do século XIX as primeiras correlações entre os micro-organismos e processos infecciosos foram relatadas. Após a segunda metade do século XIX, cientistas conseguiram correlacionar que certas enfermidades, como tuberculose, febre tifóide e cólera, eram causadas por esses micro-organismos. Desta forma começou a necessidade de pesquisas mais aprofundadas em buscas de agentes químicos que apresentassem atividade antibiótica (Guimarães et al., 2010).

Os produtos naturais e os seus derivados obtidos através de semi-síntese compreendem a maioria dos antibióticos de uso clínico, cerca de 60% de todos os antibióticos no mercado mundial tem origem de produtos naturais e seus análogos. Os antibióticos podem ser classificados como: β-lactâmicos (penicilinas, cefalosporinas, carbapeninas, oxapeninas e monolactamas), tetraciclinas, aminoglicosídeos, macrolídeos, peptídeos cíclicos, estreptograminas, entre outros (lincosamidas, cloranfenicol, rifamicinas etc) (Newman e Cragg, 2016).

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A benzilpenicilina, ou penicilina G (classe β-lactâmico) (Figura 1), descoberta por Alexander Fleming em 1928, foi um dos primeiros antibióticos a serem utilizados com sucesso e está disponível no mercado desde 1941. (Davies e Davies, 2010).

Figura 1: Estrutura química da benzilpenicilina (penicilina G).

Após a introdução da penicilina G para uso terapêutico foi identificada uma bactéria penicillinase onde se observou a resistência às penicilinas. Essas informações sobre a resistência bacteriana e os aumentos da resistência bacteriana frente a múltiplos medicamentos de uso clínico já são considerados um problema de saúde global crítico. As bactérias multiplicam-se rapidamente, sofrem mutação, e podem trocar material genético entre linhagens de mesma espécie ou de espécies diferentes, configurando em micro-organismos de alta capacidade de adaptação. Desta forma a alta exposição a agentes químicos potentes, mau uso e não conformidade no tratamento, uso massivo de antibióticos humanos na criação de animais criam cada vez mais um ambiente propício para a resistência bacteriana (Davies e Davies, 2010).

Sem dúvida há um amplo consenso de que existe uma necessidade urgente de desenvolver novos e eficazes quimioterápicos antibacterianos. Para orientar e coordenar o futuro desenvolvimento de antibióticos, a OMS (Organização Mundial de Saúde) recentemente priorizou os 12 patógenos bacterianos mais resistentes a fármacos para qual o desenvolvimento de novas opções de tratamento antibacteriano é mais necessário. Esta lista compreende muitas infecções que são adquiridas em hospitais ou centros de saúde, tais como o Staphylococcus aureus (MRSA) resistente à meticilina, ou Acinetobacter baumannii resistente ao carbapenem (Figura 2). Além disso, Mycobacterium tuberculosis não foi deliberadamente incluída nessa lista, mas é uma prioridade estabelecida globalmente para que o desenvolvimento de novos tratamentos também seja urgentemente necessário (Van Geelen et al., 2018).

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H S C H₃ C H₃ N O NH O O CH₃ O C H₃ O H O _H H R₁ O N OH O H R₃ R₂ Meticilina Carbapanem

Figura 2: Estruturas químicas da meticilina e carbapanem.

A terapia moderna por produtos químicos – quimioterapia - tiveram uma grande contribuição do pesquisador Paul Ehrlich (Prêmio Nobel em 1908), o qual recebeu a alcunha de “pai da quimioterapia”, em seu trabalho mais importante o pesquisador sintetizou o salvarsan (Figura 3) que foi o primeiro antibiótico utilizado no tratamento da sífilis (Bosch e Rosich, 2008).

As As O H N H₂ NH₂ OH

Figura 3: Estrutura química do salvarsan.

Diversos compostos foram investigados ao longo dos anos como agentes antibacterianos. A quinina (Figura 4) é um produto natural que foi relatado possuir diversas atividades farmacológicas dentre elas antitérmicas, antimaláricas e analgésicas. A extração da quinina é feita a partir da casca da árvore da Quina (Cinchona L.) porém sua extração a partir da casca não rende tanto quanto a extração a partir da árvore inteira. A obtenção comercial da quinina quase levou à extinção as árvores amazônicas. Apesar da comprovação de um leve benefício clínico, apresentou relativa toxicidade, assim levando a modificações estruturais da quinina, para diminuição da toxicidade (Langford et al., 2003; De Oliveira e Szczerbowski, 2009).

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Figura 4: Estrutura química da quinina.

Em 1946, a cloroquinina (Figura 5) foi sintetizada a partir da quinina e mostrou ser altamente eficaz contra a malária, Além do seu uso como medicamento antipalúdico, a cloroquina é utilizada no tratamento de artrite reumatóide e lúpus. Os esforços para encontrar uma molécula eficaz devem-se ao fato que muitos soldados morriam por conta dessa doença nos anos 90. Atualmente se sabe que a cloroquina causa bloqueio dos canais de sódio, levando a desaceleração da condução atrioventricular. A toxicidade resulta em diminuição da contração cardíaca e aumento do risco de arritmias reincidentes(De Oliveira e Szczerbowski, 2009).

Figura 5: Estrutura química da cloroquina.

A sulfonamida (Prontosil Rubrum®) (Figura 6) inaugurou uma nova era na medicina. O fármaco foi desenvolvido, em 1932, pela empresa Bayer na Alemanha. A sulfonamina é um azo-composto e foi o primeiro medicamento do grupo das sulfonamidas a ser testado como antibacteriano, com um efeito relativamente amplo frente a Cocos gram-positivos, porém não se revelou eficaz contra enterobactérias. A eficiência do Prontosil foi comprovada em tratamentos, porém essa substância ao ser testada in vitro, no máximo, apresentava uma ação levemente antagônica ao crescimento de estreptococos hemolíticos. Ao se analisar metabólitos no sangue e urina de pacientes em tratamento com Prontosil, detectaram a presença de sulfanilamida (substância conhecida desde 1908). Estudos cuidadosos e uma intensa investigação revelaram que o Prontosil se metabolizava em sulfanilamida (Figura 6), um antibiótico mais efetivo. Concluiu-se

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que a parte ativa da molécula era a sulfanilamida, desta forma o Prontosil foi denominado um pró-fármaco, uma vez que não é a substância responsável pelo efeito biológico, porém produz um fármaco eficaz (Borges et al., 2005).

N N N H₂ NH₂ S O O NH2 N H₂ S O O NH₂ Prontosil _{Sulfanilamida}

Figura 6: Estruturas químicas do Prontosil Rubrum® e da sulfanilamida.

Esses estudos levaram à investigação de compostos contendo a função sulfonamida como potenciais antibióticos, e levaram a uma série de agentes antibióticos eficazes. Muitos destes compostos como sulfapiridina e sulfatiazol (Figura 7) apresentam atividade antibacteriana de amplo espectro e superioridade terapêutica. (Wainwright e Kristiansen, 2011).

NH₂ S O O NH N NH₂ S O O NH N S Sulfapiridina Sulfatiazol

Figura 7: Estruturas químicas da sulfapiridina e sulfatiazol.

A descoberta da penicilina continua sendo um dos marcos mais importantes da história da ciência. Modificou permanentemente a pesquisa de doenças infecciosas e a medicina terapêutica, transformou as expectativas dos pacientes e as estruturas das empresas farmacêuticas, contribuiu com novos conhecimentos em microbiologia e biologia molecular. A penicilina está intrinsecamente ligada ao nome

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de Alexander Fleming, cientista que descobriu uma atividade antibacteriana em um meio de crescimento de Penicillium. Embora Fleming tenha sido capaz de demonstrar seu potencial antibacteriano, ele não conseguiu isolar o princípio ativo. Florey e Chain estudaram a fundo a penicilina, os esforços dos cientistas foram recompensados, foram laureados juntamente com Fleming. A penicilina foi tão importante no tratamento de infecções bacterianas que grupos de pesquisa do mundo todo tem como proposito de pesquisa isolamento, purificação, teste e síntese de medicamentos a base de penicilina. Os antibióticos que possuem em sua estrutura anéis β-lactâmico como os derivados das penicilinas e os derivados das cefalosporinas (Figura 8), tem sua ação terapêutica associado a estrutura do anel β-lactâmico. (Bennett e Chung, 2001; Ligon, 2004).

S CH₃ CH₃ H N O N H O R O H O S R N O NH O R OH O NH O Penicilinas Cefalosporinas Anel B-Lactâmico

Figura 8: Estruturas químicas das penicilinas e cefalosporinas

A busca de antibióticos continuou a ser bem-sucedida com o isolamento e determinação da estrutura de antibióticos complexos, como a tetraciclina (Figura 9) e a estreptomicina. As tetraciclinas são antibióticos policetídicos exibindo atividade contra uma ampla gama de bactérias gram-positivas e gram-negativas, e atualmente são utilizados para terapia e profilaxia para infecções humanas e para prevenção e controle de infecções bacterianas em medicina veterinária (Pezzella et al., 2004).

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H H O H HO O N H2 O OH N CH3 CH3 O O H CH3 OH H

Figura 9: Estrutura química da tetraciclina.

A estreptomicina (Figura 10) foi um dos primeiros aminoglicosídeos descobertos e foi isolada em 1944 da Streptomyces griseus, sendo um dos principais representantes da classe. As estreptomicinas são substâncias que possuem um grupo amino e uma unidade de carboidrato. Foi o primeiro agente específico efetivo no tratamento da tuberculose. É um bactericida de pequeno espectro e muito utilizado em medicina clínica, mas este antibiótico permanece importante para terapia e promoção do crescimento em animais e para controle de doenças bacterianas em plantas (Schatz e Waksman, 1944).

C H3 NH O H O H OH O O O O H O H N H N H2 NH OH NH NH2 NH O CH₃ O H O H H H H H H H H

Figura 10: Estrutura química da estreptomicina.

O cloranfenicol, originalmente referido como cloromicetina, foi isolado pela primeira vez de Streptomyces venezuelae, em 1947, e mostrou ser um antibiótico de amplo espectro. A sua estrutura com dois carbonos quirais possui quatro estereoisômeros, no qual somente o diastereômero (R,R) é ativo contra micro-organismos (Figura 11). A partir desta descoberta começaram os estudos de estereoisômeros como agentes medicinai (Hanekamp e Bast, 2015).

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O Cl Cl OH O H N+ O -O NH

Figura 11: Estrutura química do diastereômero (R,R) do cloranfenicol.

A eritromicina (Figura 12), isolada pela primeira vez da Streptomyces

erythreus, é um dos mais seguros antibióticos em uso clínico porque age frente à

maioria dos patógenos respiratórios. A eritromicina é considerada segura e amplamente prescrita para crianças sendo classificada como um antibiótico macrolídeos. Os macrolídeos naturais caracterizam-se pela presença de lactonas macrocíclicas de origem policetídica de 14 ou 16 membros, ligadas a um carboidrato e um amino-carboidrato (Dodhia e Miller, 1998).

Figura 12: Estrutura química da eritromicina.

Portanto, diante desse cenário de resistência bacteriana e toxicidade, há uma necessidade imediata e constante de novas moléculas com melhor índice terapêutico, desta forma a síntese orgânica possui um papel muito importante na produção de um fármaco, permitindo a elaboração de moléculas em diversos níveis de complexidade. Essa peculiaridade permite racionalização de rotas sintéticas, com o objetivo de rotas mais simples e menos poluentes, obtenção de melhores rendimentos globais e pureza dos produtos sintetizados (Menegatti et al., 2001).

As bases de Schiff foram consideradas os agentes que têm mais eficácia atividade contra as bactérias infecciosas devido seu grupo azometino (C=N), em diversos trabalhos pesquisadores relatam a importância das bases de Schiff para o estudo frente a atividade antibacteriana.

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No próximo tópico será abordada uma introdução sobre as bases de Schiff e sua importância na química medicinal.

1.3 Bases de Schiff

Segundo a IUPAC, as iminas são compostos orgânicos que apresentam em sua estrutura um grupamento R2C=N-R, pelo menos. Usualmente, as iminas são conhecidas como Bases de Schiff, pois receberam o nome do pesquisador Hugo Joseph Schiff que publicou um trabalho intitulado “A New Series of Organic Bases” (Nova série de bases orgânicas) (Qin et al., 2013).

As bases de Schiff formam uma classe importante de compostos orgânicos devido a sua grande variedade de aplicações em vários campos, incluindo química analítica, inorgânica e biológica. Muitos pesquisadores relatam em seus trabalhos a variedade de aplicações envolvendo as bases de Schiff, são usadas como moléculas bioativas, catalisadores, intermediários em síntese orgânica, corantes, estabilizadores de polímeros, inibidores de corrosão, herbicidas, cristais líquidos, entre outros (Silva et al., 2011; Anand et al., 2012; Rudrapal e De, 2013; Meenachi e Chitra, 2015; Hameed et al., 2017).

O grande espectro de atividades farmacológicas, com uma grande variedade de propriedades biológicas tem atraído a atenção da Química Medicinal, atividades relacionadas a anti-inflamatório, antioxidante, antileshimania, analgésico, antiviral, antibacteriano, antifúngico, anticonvulsivante, antitubercular, anticancerígeno, antioxidante, anti-helmíntico, e assim por diante. O grupo azometino (C=N) proporciona diferentes interações devido ao caráter eletrofílico do carbono e nucleofílico no nitrogênio, inibindo sítios ativos de doenças, enzimas ou replicação do DNA. Atualmente, diversos grupos de pesquisa vêm estudando a possibilidade da formação de complexos com metais de transição de derivados de bases de Schiff, para o aumento da atividade biológica. (Anand et al., 2012; Kajal et al., 2014; Meenachi e Chitra, 2015).

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1.3.1 Síntese, reatividade e geometria de bases de Schiff

A formação de uma base de Schiff (imina) depende da condensação de um aldeído ou cetona com uma amina primária, no qual o produto gerado é uma imina e água (Esquema 1). R R₁ O N H₂ R₂ R₂ N R₁ R O H₂ + +

Esquema 1: Reação de formação de base de Schiff

Os substituintes das bases de Schiff podem ser tanto grupamentos aquilas ou arilas, onde os grupamentos arilas são mais estáveis e mais facilmente sintetizados em comparação com os substituintes alquilas que são relativamente instáveis, esta estabilidade é ocasionada pelo efeito de ressonância do anel aromático.

A formação das iminas é um processo reversível e, geralmente, utiliza-se catalise ácida sob aquecimento, o grupamento azometínico (C=N) tende a se hidrolisar facilmente retornando ao seu estado inicial; para que isso não ocorra alguns cuidados devem ser tomados. A água gerada no meio reacional pode ser retirada através de uma aparelhagem chamada Dean-Stark, que consiste em uma vidraria de destilação com uma coluna lateral que recolhe a água formada através da condensação. A partir deste ponto, outros procedimentos podem ser realizados como o uso de agentes desidratantes, tais como sulfato de sódio anidro e peneira molecular. (Westheimer e Taguchi, 1971).

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No mecanismo para a formação das bases de Schiff ocorre uma adição nucleofílica à carbonila na primeira etapa, e a segunda etapa segue com a formação de um intermediário tetraédrico e por fim a eliminação da água. (Esquema 2).

Esquema 2: Proposta mecanística para formação de Base de Schiff.

A amina reage com o aldeído ou cetona para formar um intermediário de adição instável chamado carbinolamina. A carbinolamina sofre desidratação que pode ocorrer por catálise ácida. A etapa da desidratação da carbinolamina é determinante na velocidade de formação das bases Schiff, a concentração do ácido não pode ser muito alta porque as aminas são substâncias básicas. Se a amina for protonada torna-se não nucleofílica e o equilíbrio é direcionado para a esquerda não ocorrendo a formação da carbinolamina. Portanto, sínteses de bases de Schiff (iminas) são realizadas, preferencialmente, em pH ligeiramente ácido.

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As iminas podem ser provenientes de dois tipos de compostos carbonilados diferentes: as aldiminas, que são provenientes da condensação de um aldeído com uma amina primária ou as cetiminas, que são provenientes da reação de uma cetona com uma amina primária (Esquema 3). (Clayden et al., 2001; Carey e Sundberg, 2007). H R₁ O N H₂ R₂ R₁ R₁ O N H₂ R₂ R₂ N R₁ H R₂ N R₁ R₃ + + O H₂ O H₂ + +

Esquema 3: Síntese para obtenção de aldiminas e cetiminas, respectivamente

Ambas as reações têm como intermediário a carbinolamina, onde é gerado o carbono sp3_{tetracoordenado. Os aldeídos são mais reativos quando comparados às} cetonas, essa relação pode ser observada, na adição nucleofílica. A adição nucleofílica se dá com maior facilidade em aldeídos, quando comparados as cetonas devido a fatores estéricos e eletrônicos.

Do ponto de vista estérico, os aldeídos são menos impedidos que as cetonas, com isso há uma maior facilidade ao ataque nucleofílico. Outro fator preponderante está relacionado com a natureza do grupo R, se for um grupo doador de densidade eletrônica diminui o caráter eletrofílico do carbono da carbonila.

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O fato de que as iminas possuem uma ligação dupla sugere que dois isômeros geométricos sejam possíveis (Figura 13).

C N R3 R1 R2 C N R1 R2 R3

Figura 13: Geometrias possíveis para isômeros de iminas.

As iminas, geralmente, não podem ser isoladas em ambas as formas sin e

anti, o que se deve à facilidade de rotação livre sobre a ligação dupla

carbono-nitrogênio durante a formação da imina. Isso provavelmente decorre do fato da eletronegatividade do nitrogênio em comparação com a do carbono causar uma redução do caráter de ligação dupla da ligação imínica por uma polarização (Figura 14).

Figura 14: Tautomeria da ligação C-N da imina

Atualmente, a investigação sobre a estrutura molecular, antes só realizada por espectroscopia experimental e cristalografia de raios-X, vem sendo realizada também por métodos computacionais. A opção por estes métodos tem sido encorajada pelos avanços da tecnologia computacional e pelo seu baixo custo. A evolução dos cálculos envolvendo orbitais moleculares resultou em dois tipos de métodos, chamados ab initio e semi-empíricos. Nos métodos ab initio, a equação de Schrödinger é resolvida sem a aplicação de parâmetros empíricos. No entanto, os cálculos com esses métodos são extremamente lentos e a sua aplicação rotineira para sistemas muito complexos, com muitos átomos, é inviável. Em comparação, simplificações introduzidas nos métodos semi-empíricos tornam viável o cálculo, em computadores de baixo custo, de sistemas moleculares com várias centenas de orbitais. Estas simplificações incluem a consideração apenas dos elétrons de valência, a restrição do conjunto de bases à representação mínima e recobrimento dos orbitais atômicos localizados em átomos diferentes.

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Esteves-Souza e colaboradores sintetizaram algumas aminas secundárias (1a-g) a partir da redução de bases de Schiff da série N-p-X-benziliden-N-3,3-difenilpropilaminas (2a-g) (Esquema 4), para estudarem o comportamento dessas bases de Schiff (Esteves-Souza et al., 2004).

N R NH R NaBH₄ Etanol Refluxo R= H, CH₃, N(CH₃)₂, OCH₂O, Br, CN, NO₂ 2a-g 1a-g

Esquema 4: Síntese de aminas secundárias (1a-g) a partir da redução de uma série de bases de Schiff (2a-g) descrita por Esteves-Souza e colaboradores (2004).

Os valores dos parâmetros teóricos obtidos para as bases de Schiff foram analisados e observou-se que os derivados com substituintes doadores de elétrons permitiram ao carbono imínico um maior caráter eletrofílico, pois apresentaram menores valores de carga e densidade eletrônica. Este resultado se deve ao efeito de ressonância que concentra densidade eletrônica no carbono adjacente ao carbono imínico (Figura 15). Esta carga negativa adjacente estabiliza o deslocamento da densidade eletrônica da ligação C=N na direção do nitrogênio. Os substituintes retiradores de elétrons diminuem a eletrofilicidade do carbono imínico, apresentando valores maiores para carga e densidade eletrônica. Este resultado corrobora o anterior porque os substituintes retiradores de elétrons devem diminuir a densidade eletrônica do carbono adjacente ao carbono imínico, desestabilizando o deslocamento de carga da ligação C=N na direção do átomo de nitrogênio.

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Figura 15: Representação da influência dos efeitos eletrônicos no carbono imínico relatada por Esteves-Souza e colaboradores (2004).

A relação encontrada entre a natureza dos substituintes no anel ligado ao carbono imínico das moléculas e os valores de densidade eletrônica mostrou que as bases de Schiff, com substituintes doadores são mais reativas do que as com retiradores de elétrons, o que foi coerente com os resultados experimentais obtidos pelos autores.

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1.4 Importância de Bases de Schiff em síntese orgânica, bio-processos e química farmacêutica

1.4.1 Bases de Schiff como precursoras de inúmeros processos orgânicos versáteis para a produção de intermediários/produtos

Como precursores versáteis para sínteses orgânicas, podemos identificar, em uma simplificação, quatro tipos diferentes de reações em que as bases de Schiff foram encontradas em aplicações importantes (Esquema 5): (a) adição de reagentes organometálicos ou hidreto à ligação C=N; (b) reação Hetero-Diels-Alder para formação de compostos heterocíclicos (seis membros que contêm nitrogênio); (c) ligantes para a formação dos correspondentes complexos metálicos em síntese assimétrica; (d) Reação de Staudinger utilizando cetona para formação do anel de uma β-lactama biologicamente ativa. (David et al., 2003; Palomo et al., 2004; Verkade et al., 2008; Allen e Tidwell, 2012)

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Nos tópicos seguintes serão relatadas a importância das Bases de Schiff e suas aplicações em química orgânica e farmacêutica.

1.4.2 Bases de Schiff como intermediários de bio-Processos

A importância das bases de Schiff como intermediários nos processos biológicos está muito bem estabelecida, basta mencionar um dos processos básicos da vida: a reação de transaminação (Esquema 6).

Esquema 6: Reação de transaminação através de base de Schiff de um aminoácido ao ceto-ácido e vice-versa.

Outro bio-processo importante, que atrai o interesse de químicos e biólogos, está relacionado à glicação da albumina que leva à formação de biomarcadores importantes, que são preditivos de diabetes tipo II ou à reação entre açúcares e aminas biologicamente relevantes com a formação de bases de Schiff. Os intermediários bases de Schiff, por sua vez, evoluem para os Produtos finais de Glicação Avançada (Advanced Glycation Endproducts - AGE) através de produtos Amadori (Esquema 7). AGEs estão envolvidos em muitas condições patológicas, como doenças cardiovasculares, doença de Alzheimer entre outras (Grillo e Colombatto, 2008; Yamagishi, 2011; Cohen, 2013).

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Esquema 7: Glicação protéica por glicose.

1.4.3 Algumas aplicações de Bases de Schiff em pesquisa farmacêutica

Aplicações terapêuticas ou biológicas do uso de bases de Schiff estão relatadas na literatura, quer como potenciais candidatos a medicamentos, como sondas diagnósticas ou ferramentas analíticas. A atividade das bases de Schiff como compostos anticancerígenos incluindo complexos metálicos, antibacterianos, antifúngicos, agentes antivirais, tem sido amplamente estudada. Além disso, as bases de Schiff estão presentes em vários compostos naturais, semi-sintéticos e sintéticos com atividades biológicas (Figura 16).

Figura 16: Exemplos de bases de Schiff biologicamente ativas Ancistrocladidina, derivados de chitosana e N-(Salicilideno)-2-hidroxianilina.

A clofazimina (Figura 17) que inicialmente foi sintetizada com objetivo de ser um corante mostrou ser um potente fármaco no combate a hanseníase e é um agente antibacteriano que possui poucos relatos de casos de resistência. O seu mecanismo de ação é desconhecido, porém sua capacidade de ligar-se com o DNA da mycobacterium leprae pode contribuir para a sua atividade antibacteriana. O

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principal efeito adverso desse fármaco é o ressecamento da pele, podendo evoluir para ictiose, notando-se pigmentação avermelhada da pele além de efeitos adversos gastrointestinais. CH₃ C H₃ N N Cl N NH Cl

Figura 17: Estrutura química da clofazimina.

1.4.4 Bases de Schiff com atividade antibacteriana

Alang e colaboradores descreveram a síntese e a atividade antibacteriana de novas bases de Schiff derivadas de 2-amino-6-metilbenzotiazol (3a-g) (Figura 18). Todos os compostos sintetizados mostraram atividade contra bactérias Gram-positivas – Staphylococcus aureus (MTCC 737) e Staphylococcus epidermidis (MTCC 3615), e bactérias Gram-negativas – Pseudomonas aeruginosa (MTCC 424) e Escherichia coli (MTCC 1687) em 1 mg/mL concentração disco. As atividades dos compostos foram comparadas com a droga padrão ampicilina (Alang et al., 2010).

S N NH N CH₃ R₁ C H₃

R₁= 2-C₆H₄, 4-C₆H₄, 2-ClC₆H₄, 4-ClC₆H₄, 2-OHC₆H₄ , 4-OHC₆H₄, 2,5di(OH)C₆H₃

Figura 18: Derivados benzotiazóis bases de schiff (3a-g) com atividade antibacteriana relatado por Alang e colaboradores (2003).

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Panneerselvam e colaboradores sintetizaram uma série de bases de Schiff de 4-(2-aminofenil)morfolina (4a-c) (Figura 19) e foram avaliadas quanto as suas atividades antibacteriana in vitro contra S. aureus, S. epidermis, B. cereus, B.

subtilis, P. aureus, K. pneumonia e E. coli e atividades antifúngicas contra A. niger e C. albicans. Suas concentrações inibitórias mínimas (MIC - (Minimal Inhibitory Concentration) foram encontradas na faixa entre 1-10 μg/mL. Os compostos

mostraram promissoras atividades antibacterianas e antifúngicas que foram comparáveis com os padrões ciprofloxacino e cetoconazol, respectivamente (Panneerselvam et al., 2010).

N

O

N R

R=C₆H₅,C₆H₄NO₂,C₆H₄Cl,

Figura 19: Derivados morfolina-bases de Schiff (4a-c) com atividade antibacteriana descrito por Panneerselvam e colaboradores (2012).

Raghuwanshi e Mahalle sintetizaram bases de Schiff (5a-h) a partir do benzaldeído substituído com grupos nitro, metil e cloro condensando com anilina e

p-nitroanilina em etanol na presença de H2SO4 concentrado (Esquema 8). Os compostos foram testados quanto à atividade antibacteriana contra bactérias como

E. coli, S.typhi, S.ureure, P.vulgaris e P.paratyphi,. Do resultado observou-se que a

presença de grupo nitro aumenta a atividade e o aumento da atividade também está relacionado ao número de grupos nitro. No entanto, se o grupo cloro for introduzido na estrutura, o aumento de atividade é maior. A presença do grupamento metila diminui a atividade, à medida que o número de grupamentos metila aumenta, a diminuição da atividade é maior. De acordo com a relação estrutura-atividade (SAR) das substâncias, estabelecida pelos autores, as atividades estão relacionadas com a natureza retiradora de elétrons do grupo -NO2 e à natureza doadora de elétrons do grupo -CH3 (Raghuwanshi e Mahalle, 2014).

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Esquema 8: Síntese dos derivados bases de Schiff 5a-h descrita por Raghuwanshi e Mahalle (2014).

Kursunlu e colaboradores sintetizaram iminas (6a e 6b) a partir do 5-bromo salicilaldeído (Figura 20). As bases de Schiff sintetizadas foram complexadas com sais de cobre (II), cobalto (II), níquel (II) e zinco (II). Para avaliação da atividade antibacteriana de todos os compostos foram utilizados testes do disco de difusão e observado o MIC com as seguintes cepas de bactérias: E. coli RSKK 340, K.

pneumoniae RSKK 06017, P. aeruginosa RSKK 06021, S. enteritidis RSKK 96046, S. Pyogones RSKK 413/214, B. cereus RSKK 1122, S. aureus RSKK 96090 e uma

bactéria resistente a meticilina S. aureus (MRSA) A ceftriaxona foi utilizada como controle. Os resultados revelaram que as atividades antibacterianas das bases de Schiff foram mais efetivas do que os seus respectivos complexos (Kursunlu et al., 2013). Enquanto o valor de MIC do antibiótico controle teve 512 μg/mL contra MRSA; os ligantes, ((2-cloroetilimino)metil)fenol (6a) e (E)-4-bromo-2-((2-bromoetilimino)metil)fenol (6b), apresentaram atividade inibitória potente com valor de CLC de 16 μg/mL. Os ligantes mostraram atividade moderada para todas as cepas Gram-positivas e Gram-negativas com intervalos de MIC de 16-128 μg/mL (Kursunlu et al., 2013).

Figura 20: Estruturas químicas das iminas (6a e 6b) com atividade antibacteriana desenvolvida por Kursunlu e colaboradores (2013).

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Pop e colaboradores relataram a atividade bacteriostática das bases de Schiff derivadas da 4-aminobifenila (7-16) que foram avaliadas em 4 cepas de bactérias: S.

aureus (S.a.), B. Subtilis (B.s.), E. coli (E.c.) e P. aeruginosa (P.a.) (Figura 21) (Pop et. al., 1987). Os autores observaram que a base de Schiff sem substituintes (7) e

aquelas que contem o grupo –NO2 (8-11) obtiveram os melhores resultados nas cepas de E.coli (Tabela 1).

N R₁ R₂ R₃ Derivados R1 R2 R3 7 H H H 8 NO2 H H 9 H NO2 H 10 H H NO2 11 NO2 H NO2 12 H H Cl 13 H H OH 14 H H OCH3 15 H H N(CH3)2 16 H H CH3

Figura 21: Estruturas das iminas (7-16) com atividade antibacteriana desenvolvida por Pop e colaboradores (1987).

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Tabela 1: Derivados Bases de Schiff de 4-aminobifenila (7-16) com atividade antimicrobiana descrita por Pop e colaboradores (1987).

Diâmetro da área completa de inibição determinada em nm por 100 mg de substância

(calculado para 1 mmol) organismo

Derivados S.c. B.s. E.c. P.a.

7 12 (30,9) 17 (43,8) 22 (56,6) 20 (51,5) 8 12 (36,3) 10 ( 30,2) 22 (66,5) 22 (66,5) 9 12 (36,3) - 22 (66,5) 22 (66,5) 10 12 (36,3) 10 (30,2) 22 (66,5) 16 (48,4) 11 - 10 (34,7) 21 (72,9) 16 (55,6) 12 - 16 (45,7) 12 (35,0) 18 (52,5 13 14 (38,3) - 20 (54,7) - 14 14 (40,2) - - 12 (43,5) 15 12 (36,1) 12 (36,1) 12 (36,1) 20 (60,1) 16 - 10 (27,1) 18 (48,8) 18 (48,8)

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1.5 Biarilas com atividades farmacológicas

As bifenilas são intermediários importantes na química orgânica porque constitui uma porção estrutural de uma ampla gama de compostos com atividades farmacológicas, incluindo agentes antifúngicos, antiinflamatórios, anti-reumáticos, antitumorais e anti-hipertensivos (Horton et al., 2003). Sendo uma molécula neutra (devido à ausência da porção funcional ativa nele), as bifenilas podem ser funcionalizadas, ou seja, a inserção de um grupo ativo, desta forma, aumentando sua variedade. Assim, as bifenilas substituídas podem ser utilizadas para a síntese ou condensação de outro grupo ativo com ele próprio que são farmacologicamente significativos, formando assim compostos com atividades biológicas diferentes. Inicialmente, as bifenilas foram amplamente utilizadas como intermediários em síntese de pesticidas na forma de bifenilas policlorados (Hajduk et al., 2000). Devido às tendências emergentes na química sintética são obtidos vários derivados que são de significância terapêutica.

A porção bifenila interage favoravelmente com grupos polares, tais como amidas e grupos hidroxila. Devido a essas propriedades físico-químicas, tornou-se uma subestrutura privilegiada em produtos farmacêuticos. A porção bifenila está presente em fármacos, tais como diflunisal, felbinaco, flurbiprofeno, fenbufeno e xenbucino (Figura 22) que são antiinflamatórios conhecidos no mercado (Hannah et

al., 1978; Franzén e Xu, 2005; Kuuloja et al., 2008).

Figura 22: Estruturas químicas dos fármacos Diflunisal, Felbinaco, Flurbiprofeno, Fenbufeno e Xenbucino.

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Além disso, moléculas mais complexas, como por exemplo, peptídeos cíclicos naturais com atividade antibacteriana, incluindo bifenomicinas A-C, agente anti-HIV cloropeptina I e fármacos do tipo Sartana (por exemplo, irbesartana e losartana utilizadas no tratamento da hipertensão arterial) contêm uma porção biarila (Figura 23) (Lewis et al., 2001; Deng et al., 2003).

Figura 23: Estruturas químicas dos fármacos bifenomicinas A-B, cloropeptina I, irbesartana e losartana.

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1.5.1 Síntese de biarilas via reação de Suzuki

As biarilas podem ser sintetizadas através de reações de acoplamento carbono-carbono mediadas por metais. As reações de homoacoplamento do tipo Ullmann, por exemplo, fornecem biarilas com substituintes iguais em cada anel aromático. Portanto, a versatilidade dessa reação é limitada em relação às biarilas possuírem diferentes substituintes (Miyaura e Suzuki, 1995; Heravi e Hajiabbasi, 2012).

As reações de acoplamento cruzado (heteroacoplamento) possuem um grande destaque na química orgânica, especialmente porque as ligações do tipo carbono-carbono são obtidas por outros meios com maior dificuldade. Os trabalhos publicados sobre reações de acoplamento cruzado carbono-carbono por Suzuki-Miyaura, Kumada-Tamao-Corriu, Mizoroki-Heck, Sonogashira, Stille, Negishi e, posteriormente, de Hiyama obtiveram grande notoriedade a partir da década de 70. Atingiu um marco importante em 2010, no qual os pesquisadores Akira Suzuki, Richard Heck e Ei-ichi Negishi foram laureados com o Prêmio Nobel de Química por suas contribuições à química de acoplamento cruzado C-C catalisada por paládio (Batalha et al., 2013).

As reações de Suzuki se tornaram um método importante na construção de ligações do tipo carbono-carbono em particular para formação de biarilas (Esquema 9) (Liu et al., 2005). Entre os métodos de acoplamento cruzado, a reações de Suzuki são amplamente utilizadas devido à abundância dos substratos comercialmente disponíveis, em especial os ácidos arilborônicos e também devido a sua boa estabilidade, baixa toxicidade e compatibilidade funcional de grupo (González-Bobes e Fu, 2006).

Esquema 9: Reação de Suzuki para obtenção de biarilas substituídas descrita por Liu e colaboradores (2005).

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As características mais marcantes do paládio, frente a outros metais de transição, são referentes á sua reatividade, seletividade e sua tolerância a uma ampla variedade de grupos funcionais ambos ligados aos parceiros de acoplamento. (Khanuja et al., 2011).

O estudo sobre a reação de Suzuki define o ciclo catalítico que pode ser generalizado através de quatro etapas consecutivas: formação da espécie ativa entre a fonte de paládio e o ligante, adição oxidativa entre a espécie ativa e o eletrófilo, transmetalação com o organometálico em questão e, por fim, eliminação redutiva levando à formação de uma molécula orgânica contendo a ligação C-C recém-formada e à regeneração da espécie catalítica. O ciclo catalítico se inicia com a adição oxidativa do haleto de arila ao paládio, quando isso ocorre o paládio sofre uma oxidação passando de paládio(0) a paládio(II), após essa etapa ocorre a

transmetalação que é a substituição, no qual o nucleófilo transfere um fragmento

carbônico para o complexo metálico e captura o haleto. O ácido formado é neutralizado pela base presente no meio, o complexo organometálico continua no ciclo, a etapa final é a eliminação redutiva onde o metal se regenera na sua oxidação original voltado ao ciclo catalítico e forma o produto com a ligação C-C entre os dois grupamentos arilas (Esquema 10) (Biajoli et al., 2014).

Esquema 10: Ciclo catalítico geral da reação de Suzuki adaptado de Biajoli e colaboradores (2014).

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Na reação de Suzuki, a presença da base é necessária desde que o acoplamento cruzado via etapa de transmetalação é dificultada devido à baixa nucleofilicidade de grupos orgânicos (R) sob o átomo de Boro. A regra da base é explicada pela ativação do complexo de paládio (II) ou boranas. De acordo com Kotha, a base é envolvida na esfera de coordenação do paládio para ativar o catalisador de paládio pela formação das espécies de paládio intermediário (alcoxo) que é conhecido por acelerar a etapa de transmetalação (Kotha et al., 2002). Além disso, a nucleofilicidade dos grupos orgânicos é aumentada pela quaternização do Boro com bases que facilitam a transmetalação.

A reação de acoplamento cruzado catalisada por paládio de Suzuki-Miyaura, entre ácidos fenilborônicos e haletos de arilas vem provando ser uma excelente ferramenta para formação de 4-aminobifenila substituída. Em diversos protocolos da reação de Suzuki, os catalisadores são tóxicos e, por muitas vezes, o produto é contaminado por paládio e de difícil extração. Nos últimos anos, desenvolvimento de protocolos quimicamente mais amigáveis, tanto em termos econômicos quanto em termos da química verde, foram relatados. A água tem vantagens como solvente reacional por ser não tóxico e disponível, porém substratos mais apolares não são completamente solúveis.(Franzén et al., 2009; Jadhav et al., 2016).

A reação de Suzuki livre de fosfina envolvendo água como co-solvente foi relatada por Goodson e colaboradores (Goodson et al., 1998). Badone e colaboradores desenvolveram uma metodologia para a reação de Suzuki usando água como solvente e acetato de paládio como catalisador. Em seus experimentos, utilizaram 1 equivalente de brometo de tetrabutilamônio (TBAB) requerida como promotora para a conversão de iodetos e brometos de arila (Badone et al., 1997). A reação de acoplamento de Suzuki catalisada pelo sistema Pd(OAc)2-H2O-TBAB foi investigada também sob condições térmicas e irradiação de micro-ondas (Bedford et

al., 2003; Leadbeater e Marco, 2003).

Polietilenoglicóis (PEG-n) vem sendo considerado como potenciais solventes para substituição de solventes orgânicos voláteis, devido as suas características de alta polaridade, altos pontos de ebulição, baixa toxicidade, boa compatibilidade ambiental e fácil separação (Du et al., 2011). O polietilenoglicol (PEG) é um polímero formado por unidades de etilenoglicol conhecido por ser não-tóxico, reutilizável e um meio reacional barato (Sauvagnat et al., 1998).O PEG, que varia de 300 a 6000 unidades, pode ser utilizado como solvente, co-solvente ou aditivo em reações de

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acoplamento cruzado C-C mediadas por metais de transição (Silva et al., 2010). Diversos protocolos de reação de Suzuki utilizando polietilenoglicóis estão descritos na literatura (Kotha et al., 2002; Du et al., 2011; Zhao et al., 2015).

Liu e colaboradores descreveram o uso do PEG-2000 (em solução aquosa) em uma reação de Suzuki no qual o acetato de paládio (II) mostrou ser um catalisador efetivo (Liu et al., 2005). A reação pode ser conduzida sob condições brandas (50°C), sem uso de ligantes fosfinas, com altos rendimentos. A extração dos produtos foi realizada com éter dietílico e o meio reacional Pd(OAc)2-PEG-H2O pode ser reutilizado sem perda significativa na atividade catalítica (Esquema 11).

Esquema 11: Reação de Suzuki na síntese de biarilas substituídas utilizando um sistema Pd(OAc)2-H2O-PEG-2000 relatada por Liu e colaboradores (2005).

Silva e colaboradores relataram o uso de PEG-300 como solvente em reações de Suzuki livres de ligantes sob condições térmicas a 55°C, com bons rendimentos de conversão e baixo tempo reacional. Em 1 hora, por exemplo, a 4-bromoacetofenona (17) e o ácido fenilborônico (18) foi convertido na 4-acetilbifenila (19) com 98% de rendimento (Esquema 12). O sistema de reação foi reciclado até três vezes com boa atividade (Silva et al., 2010).

Br O C H₃ B OH O H O CH₃ Pd Base, solvente, 55ºC 1h 17 ₁₈ ₁₉

Esquema 12: Reação de Suzuki para obtenção da 4-acetilbifenila (19) usando PEG-300 como solvente descrita por Silva e colaboradores (2010).

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Além do uso de PEGs como solventes ou co-solventes, os polímeros podem agir como redutores do Pd(II) para a formação do Pd(0) crucial no ciclo catalítico (agindo também para evitar a formação de macropartículas de paládio, chamadas de

Paládio Black, no meio reacional), outros compostos como as fosfinas, por exemplo,

são utilizados.

DeVasher e colaboradores descreveram a preparação do diflunisal (anti-inflamatório) em uma única etapa pela reação de Suzuki com rendimento excelente pelo uso de uma fosfina volumosa (Esquema 13) (Devasher et al., 2004).

Esquema 13: Preparação do diflunisal pela reação de Suzuki usando uma fosfina volumosa descrita por DeVasher e colaboradores (2004).

1.6 Síntese orgânica sob irradiação de micro-ondas

Síntese orgânica assistida por irradiação de micro-ondas (MO) é um novo conceito na química moderna, nas últimas duas décadas aumentaram a quantidade de trabalhos descritos na literatura. Essa tecnologia que vem sendo utilizada em laboratórios de investigação industrial, não é só mais uma aplicação acadêmica. Além de acelerar as reações químicas de horas ou dias á minutos, fornecendo resultados rápidos, em alguns casos o aquecimento pela irradiação das micro-ondas permite que substâncias químicas que antes não eram possíveis por aquecimento convencional possam ser sintetizadas, aumentando assim o acesso a novas estruturas (Baig e Varma, 2012).

Em contraste com as metodologias que utilizam aquecimento convencional (aquecimento térmico), as reações assistidas por micro-ondas possuem o seu tempo reduzido, proporcionam misturas reacionais mais limpas e aumentam os rendimentos globais. Alguns parâmetros como temperatura, tempo, solvente,