UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO DE ESTUDOS GERAIS INSTITUTO DE QUÍMICA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA ORGÂNICA PABLO PINTO DE SOUZA “NAFTOQUINONAS NATURAIS A PARTIR DO LAPACHOL E SEU EPÓXIDO – CICLIZAÇÃO ELETROFÍLICA COM SAIS DE TÁLIO III E ABERTURA DO EPÓXIDO EM MEIO BÁSICO” Niterói Fevereiro / 2007 PABLO PINTO DE SOUZA “NAFTOQUINONAS NATURAIS A PARTIR DO LAPACHOL E SEU EPÓXIDO – CICLIZAÇÃO ELETROFÍLICA COM SAIS DE TÁLIO III E ABERTURA DO EPÓXIDO EM MEIO BÁSICO” Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Química Orgânica da Universidade Federal Fluminense como requisito parcial para a obtenção do Grau de Mestre em Química Orgânica. Orientador: Prof. Dr. Carlos Magno Rocha Ribeiro Niterói Fevereiro/ 2007 Dissertação de Mestrado – Pablo Pinto de Souza O que importa não é a vitória, mas o esforço! Não é o talento, mas a vontade! Não é quem você é, mas quem você quer ser! (Provérbio chinês) Dissertação de Mestrado – Pablo Pinto de Souza Dedico esse trabalho a minha família pelo apoio incondicional, pois sem ela não teria chegado até aqui. Dissertação de Mestrado – Pablo Pinto de Souza Agradecimentos A DEUS. Ao professor e amigo Carlos Magno Rocha Ribeiro pela orientação, competência, constante empenho e apoio, que tornaram possível o desenvolvimento desse trabalho. A todo corpo docente do Departamento de Química Orgânica, pela disponibilidade de seus profissionais que de alguma maneira colaboraram, de forma significativa para elaboração deste trabalho. Às funcionárias Vânia, Rosana, Joaquim e Lívia, pela realização das análises espectroscópicas. À funcionária Liliane pela atenção e dedicação. À Paula C. Jimenez do Departamento de Fisiologia e Farmacologia, Faculdade de Medicina, UFCE, pela realização dos testes de atividade antitumoral. À professora Rosângela Epifânio pela colaboração ao nosso grupo de pesquisa. A todos os meus amigos do Programa de Pós-Graduação pela amizade e momentos de descontração. Aos meus amigos de laboratório Alisson, Cristina, Letícia, Janaina, Lia, Sharlene, Camila e Lívia, pelo apoio e convivência. Aos meus pais Rodinei de Souza e Lucimar Pinto de Souza pela vida e ao meu irmão Rômulo Pinto de Souza pela constante dedicação, apoio e amizade. Aos meus avós Osmar Pinto e Sinea Pinto por tudo que eles fizeram por mim. A CAPES pela bolsa concedida. Dissertação de Mestrado – Pablo Pinto de Souza Índice Lista de abreviaturas ___________________________________________i Resumo ______________________________________________________ii Abstract ______________________________________________________iii 1-Introdução___________________________________________________1 1.1- Naftoquinonas______________________________________________4 1.2- Obtenção de derivados cíclicos do lapachol 3 por meio de reações de ciclização direta e abertura de seu epóxido_________________________ 15 1.3- Sais de Tálio (III)___________________________________________ 24 1.3.1- Ciclofuncionalização utilizando sais de Tálio (III)_______________ 28 1.4- Reação de epoxidação_______________________________________ 36 2- Objetivos____________________________________________________41 3- Metodologia__________________________________________________43 4- Resultados e Discussão_______________________________________45 4.1- Isolamento do lapachol 3_____________________________________45 4.2- Ciclização do lapachol 3 com TTA e TTN________________________45 4.3- Estudo da abertura do epóxido de 3 em meio básico______________58 4.4- Avaliação da atividade biológica de 65__________________________64 Dissertação de Mestrado – Pablo Pinto de Souza 5- Análises estruturais das substâncias obtidas______________________66 5.1- Análise dos espectros de RMN de 1H e 13C das substâncias obtidas nas reações de ciclização de 3 utilizando sais de Tálio (III)________________66 5.2- Análise dos espectros de RMN de 1H e 13C das substâncias obtidas nas reações de abertura do epóxido de 3 em meio básico_________________73 5.2.1- Reação de obtenção da avicequinona-C 65 e 3-hidroxi-β-lapachona 39____________________________________________________________73 5.2.2- Reação de obtenção de 59 e 64 ______________________________78 6- Conclusões__________________________________________________83 7- Perspectivas_________________________________________________85 8- Experimental_________________________________________________87 8.1- Materiais e Métodos_________________________________________87 8.2- Ciclização do lapachol 3 com sais de Tálio (III)___________________88 8.3- Estudo da abertura do epóxido do lapachol 3 em meio básico______91 8.3.1-Reação de obtenção da avicequinona-C 65 e 3-hidroxi-β-lapachona 39____________________________________________________________91 8.3.2- Reação de obtenção de 39 e 59______________________________93 Dissertação de Mestrado – Pablo Pinto de Souza Lista de Abreviaturas AMCPB: ácido m-cloroperbenzóico C.C.F.: cromatografia em camada fina d: dubleto DCM: diclorometano dd: duplo dubleto I.V. : espectroscopia de infravermelho J: constante de acoplamento m: multipleto p.f.: ponto de fusão ppm: parte por milhão RMN 13 C: ressonância magnética nuclear de carbono-13 RMN 1 H: ressonância magnética nuclear de hidrogênio s: singleto t: tripleto THF: tetraidrofurano TMS: tetrametilsilano TTA: triacetato de tálio TTFA: tristrifluoracetato de tálio TTN: trinitrato de tálio i Dissertação de Mestrado – Pablo Pinto de Souza Resumo: Este trabalho descreve a ciclização do lapachol 3 utilizando triacetato de tálio (TTA) e trinitrato de tálio (TTN) em anidrido acético, anidrido acético/ água (1:1), ácido acético, ácido acético/ água (1:1), metanol anidro, metanol, dimetilsulfóxido, água, tetraidrofurano, éter etílico e diclorometano, como solvente, sob agitação magnética e irradiação por microondas. Nestas reações, a α-xiloidona 4 foi isolada como produto principal em grande parte das reações, com rendimentos que variam de 20 a 75%. Por outro lado, dehidro-iso-α- lapachona 6, foi obtida como produto principal em 21% de rendimento, quando diclorometano foi utilizado como solvente e TTA como eletrófilo. Foi observado também o decréscimo do tempo reacional quando se utilizou irradiação por microondas, porém os resultados não foram satisfatórios. Este trabalho descreve ainda o estudo da abertura do epóxido do lapachol 3 em meio básico. A reação de 3 com AMCPB que, seguida por KOH/DMSO, levou à formação da 3-hidroxi-β-lapachona (stenocarpoquinonaA) 39 e da avicequinona-C 65, ambas em 20% de rendimento. Várias outras condições reacionais de abertura do epóxido em meio básico foram avaliadas, onde o melhor resultado foi obtido entre uma reação de 3 com AMCPB em diclorometano como solvente e Na2HPO4 como base. Neste caso houve a formação da 3-hidroxi-β-lapachona 39 e o derivado ortofurânico 59 na proporção de 1:5,62 respectivamente. ii Dissertação de Mestrado – Pablo Pinto de Souza Abstract This work describes cyclization of lapachol 3 using thallium triacetate (TTA) and thallium trinitrate (TTN) in acetic anhydride, acetic anhydride/water (1: 1), acetic acid, acetic acid/water (1: 1), methanol, dimethylsulfoxide, water, tetrahydrofuran, ethyl ether and dichloromethane, as solvent, under magnetic agitation and irradiation for microwaves. In these reactions, α-xiloidone 4 was isolated as main product to a large extent of the reactions, with yields that vary of 20- 75%. On the other hand, dehidro-iso-α-lapachone 6, was gotten as main product in 21% yield, when dichloromethane TTA was used as solvent and as electrophile. The decrease of the reacional time was also observed when irradiation for microwaves was used, however the results had not been satisfactory. This work still describes the study of the opening of the epoxide of lapachol 3 in basic condictions. The reaction of 3 with MCPBA that, followed for KOH/DMSO, led to the formation of 3-hidroxi-β-lapachona (stenocarpoquinonaA) 39 and of avicequinone-C 65, both in 20% yield. Several other reactions conditions of opening of the epoxide in basic condiction had been evaluated, where optimum result was gotten enters a reaction of 3 with MCPBA in dichloromethane as solvent and Na2HPO4 as base. In this in case that it had the formation of 3-hidroxi-β-lapachone 39 and orto-furanic derivative 59 in the ratio of 1: 5.62 respectively. iii Dissertação de Mestrado – Pablo Pinto de Souza. INTRODUÇÃO 1- Introdução: Dentre os produtos naturais com atividades biológicas e farmacológicas importantes podemos destacar as quinonas. Essas substâncias são encontradas em diferentes famílias de plantas apresentando uma gama de funções bioquímicas e fisiológicas 1,2 e têm despertado o interesse de diversos grupos de pesquisa 3 , seja na síntese ou na avaliação de suas atividades 4 . A exposição humana às quinonas pode ocorrer clinicamente, via alimentação ou via poluentes do ar. Em face à inevitável exposição humana às quinonas e da reatividade inerente das mesmas, uma grande quantidade de grupos de pesquisa têm focado o estudo químico e a toxicologia desses produtos4. As quinonas são divididas em diferentes grupos de acordo com a sua estrutura molecular. São denominadas benzoquinonas quando um anel benzênico é o que sustenta o sistema aromático do anel quinônico. Se por outro lado tivermos um anel naftalênico como anel principal, a substância é denominada como sendo uma naftoquinona 5 (Figura 1). O O Benzoquinona 1 O O Naftoquinona 2 Figura 1- Estruturas da benzo e naftoquinonas. O lapachol 3 é uma naftoquinona isolada de várias espécies de plantas da família das bignoniáceas. Desde a sua descoberta até os dias atuais, inúmeros 1 Weigenand, O.; Hussein, A. A.; Lall, N.; Meyer, J.J.M. J. Nat. Prod., 2004, 67, 1936-1938. Barreiro, E.J.; da Silva, J.E.M.; Fraga, C.A.M. Quim. Nova 1996, 19, 641. 3 Kaiser, O.; Kiderlen, A.F.; Croft, S. J. Parasitol. Res. 2003, 90, 855. 4 Monks, T.; Hanzlik, R.P.; Cohen, G.; Ross, D.; Graham, D.G. Toxicol. Appl. Pharmacol. 1992, 112, 2-16. 5 Silva, M.N.; Ferreira, V.F.; Souza, M.C.B.V. Quim. Nova, 2003, 26, 407-416. 2 1 trabalhos foram publicados com relação às suas atividades biológicas 6,7 . Além disso, pode ser considerado um dos principais representantes do grupo das quinonas das Tabebuias, gênero ao qual pertencem os ipês. O lapachol 3, assim como os seus derivados, como por exemplo α-xiloidona 4 e dehidro-iso- αlapachona 6, podem ser isolados do cerne das árvores da família das bignoneacea, e. g. , Tabebuia spp. 8 , Newbouldia laevis Seem. 9 , Catalpa ovata 10 dentre outras. Enquanto a rinacantina 5, foi isolada em 1988 de Rhinacanthus Nasutus (L.) Kurz (Acanthaceae) 11 (Figura 2). O O O O OH O O OH O 4 O 3 O O 5 O 6 Figura 2- Estruturas do lapachol, α-xiloidona, rinacantina e dehidro-iso-αlapachona. Essas naftoquinonas naturais exibem um grande número de atividades biológicas tais como antiviral 12 , antibacterial 13 , antimalarial3 dentre outras. Devido às atividades biológicas destas substâncias, vários grupos de pesquisa vêm efetuando estudos na obtenção de derivados cíclicos do lapachol 3. Podemos citar como métodos de obtenção destes derivados a ciclização de 3 pelo uso de eletrófilos, pela abertura do epóxido de 3 em meio ácido 14 , utilização da reação de Hetero Diels-Alder 15 , reação de O-alquilação de Michael 16 entre outros. 6 Park, H.J.; Choi, E.K.;Choi, J.Y.;Ahn, F.J.; Kim, E.J.; Griffin, R.; Boothman, D.A.; Lee, C.K.; Song, C.W. Clin. Canc. Res. 2005, 11, 8866-8871. 7 Beaudry, C. M.; Malerich, J. P.; Trauner, D. Chem. Rev. 2005, 105, 4757-4778. 8 Balassiano, I.T.; de Paulo, S.A.; Silva, N.H.; Carvalho, M. G. Oncol. Report. 2005, 13, 329. Gafner, S.; Wolfender, J. L.; Nianga, M.; Evans, H.S.; Hostettmann, K. Phytochem., 1996, 42, 1315-1320. 10 Cho, J. Y.; Kim, H.Y.; Choi, G.J.; Jang, K.S.; Lim, H.K., Lim, C.H.; Cho, K.Y.; Kim, J.C.Pest. Manag. Sci. 2006, 62, 414-418. 11 Wu, T.S.; Tien, H.J.; Yeh, M.Y.; Lee, K.H. Phytochem. 1988, 27, 3787-3788. 12 Itoigawa, M.; Ito, C.; Tan, H.T.W.; Okuda, M.; Tokuda, H.; Nishino, H.; Furukawa, H. Cancer Lett. 2001, 174, 135-139. 13 Park, B.S.; Kim, J.R.; Lee, S.E.; Kim, K.S. Takeoda, G.R.; Ahn, Y.J.; Kim, J.H. J. Agric. Food Chem. 2005, 53, 1152-1157. 14 Pérez-Sacau, E.: Estévez-Braun, A.; Ravelo, A.G.; Ferro, E.A.; Tokuda, H.; Mukainaka, T.; Nishino, H. Bioorg. Med. Chem.2003, 11, 483-488. 15 Nair, V.; Treesa, P.M. Tetrahedron Lett. 2001, 42, 4549-4551. 9 2 Devido ao nosso interesse nas reações de ciclização de alquenóis 17 , bem como na síntese de produtos naturais 18 , resolvemos efetuar o estudo da ciclização do lapachol 3 usando sais de tálio III, assim como avaliar a abertura do epóxido de 3 em meio básico, visando à obtenção de alguns de seus derivados cíclicos naturais. A seguir, será apresentada uma breve introdução sobre naftoquinonas, assim como alguns métodos de obtenção de derivados cíclicos de 3. Posteriormente, serão mostrados os objetivos deste trabalho e a estratégia utilizada para realizá-lo. Já os resultados obtidos, a respectiva discussão, as análise espectroscópicas, conclusões perspectivas e parte experimental serão apresentados em capítulos subseqüentes. 16 Hagiwara, H.; Sato, K.; Nishino, D.; Hoshi, T.; Suzuki, T.; Ando, M. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2001, 1, 2946-2957. 17 Ferraz, H.M.C. Quim. Nova, 1987, 10(2), 106-122. 18 Ferraz, H.M.C.; Ribeiro, C.M.R.; Grazini, M.V.A.; Brocksom, T.; Brocksom, U. Tetrahedron Lett. 1994, 35(10), 1497-1500. 3 1.1- Naftoquinonas As quinonas são substâncias amplamente encontradas na natureza. Essas substâncias podem ocorrer em diferentes formas, como por exemplo monocíclicas (benzoquinonas), extendidas (dietilestilbestrona) ou condensada (benzo[α]pireno1,6-diona)4 (Figura 3). O O O O O O 7 8 Monocíclicas O 9 Extendidas O 10 Condensadas Figura 3- Diferentes formas de quinonas. A utilização de quinonas pelo homem já existe há muito tempo, essas substâncias contidas em extratos de plantas, como por exemplo o rhubarb e aloe, que têm sido usadas como purgantes há mais de 4000 anos. Uma pasta feita a partir das folhas da Lawsonia inermis, tem sido utilizada como cosmético e tintura desde a antigüidade, tendo como princípio ativo a substância denominada lawsona 11, ainda continua sendo amplamente disponível como produto para tintura capilar em supermercados. Em contraste, o seu isômero juglona 12 encontrado na casca de noz, é altamente tóxico e detém eficientemente a germinação e o crescimento de espécies de plantas competitivas 19 (Figura 4). 19 Bentley, R.; Campbell, I.M. Biological Reactions of Quinones. In the chemistry of the quinonoid compounds (ED. S. Patai), 1974, Wiley, New York, 683-736. 4 O OH O OH O 11 O 12 Juglona Lawsona Figura 4- Isômeros com atividades distintas. As quinonas naturais poliméricas são principalmente produto metabolismo secundário dos organismos vivos. Numerosas quinonas exercem função vital na bioquímica de células ativas, particularmente como cofatores do ciclo redox 20 . Podemos citar como exemplo as plastoquinonas 21 13, as ubiquinonas 14 (incluindo a coenzima-Q) e os tocoferóis 15, representadas na Figura 5. O O R HO H n O Plastoquinonas R H O 3 Ubiquinonas n Tocoferóis 15 14 13 H O Figura 5- Exemplos de quinonas que exercem funções vitais em células vivas. Outras quinonas têm sido estudadas visando à avaliação da importância de intermediários reativos que podem influir no aparecimento de doenças como o câncer, onde se tem estudado a oxidação de derivados do estrogênio 22 (Figura 6). O O O 16 Figura 6- Outro exemplo de quinona: 2-OHE-o-quinona 20 Kagan, V.; Serbinova, E.; Packer, L. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1990, 169, 851-857. Goodwin, T.W.; Mercer, E.I. Introduction of Plant Biochemistry, Pergamon Press: New York, 1972 22 Boton, J.L. Toxicol. 2002, 177, 55-65. 21 5 As quinonas que apresentam o esqueleto básico ilustrado na Figura 7 são denominadas naftoquinonas, conforme mencionado anteriormente. O O R1 O R R2 R3 18 o-naftoquinona O 17 p-naftoquinona Figura 7- Exemplos de esqueletos básicos de p- e o- naftoquinonas Presentes numa ampla família de plantas, as naftoquinonas apresentam estruturas moleculares que lhes fornecem propriedades redox, as quais conferem atividades em vários processos oxidativos biológicos 23 . As naftoquinonas recebem essa denominação de acordo com a sua estrutura molecular levando em consideração o sistema aromático que sustenta o anel quinônico. Além disso, são encontradas em uma grande diversidade estrutural e também podem apresentar importantes atividades biológicas, como por exemplo as vitaminas do tipo K 19, que possuem ação controladora da coagulação sanguínea 24 (Figura 8a). O n O 19 Figura 8 a- Vitaminas do tipo K. Um dos principais representantes das naftoquinonas naturais é o lapachol 3 (Figura 8b). Durante seus estudos com plantas superiores na procura de substâncias com atividades antimicrobianas, E. Paterno em 1882, o isolou pela 23 24 Moura, K.C.G.; Pinto, A.V.; J. Braz. Chem. Soc., 2001, 12, 325-338. Mahler, R.H.; Lordes, H.E. Biological Chem. 2nd ed.: Herper International edition; London, 1971. 6 primeira vez do lenho da árvore argentina “lapacho”, Tabebuia avellanedae Lor. Bignoniácea. 25 O OH O 3 Figura 8 b- Estrutura química do lapachol 3. A sua extração pode ser efetuada por diferentes métodos, sempre se baseando na sua solubilidade em solvente orgânico e do seu sal em meio aquoso alcalino, gerando soluções amarelas e vermelhas, respectivamente 26,27 . Além de espécies da família Bignoniaceae, 3 também pode ser encontrado em outras famílias como listado na Tabela 1 a seguir 28 : Tabela 1- Exemplos de famílias e espécies onde são encontradas o lapachol 3. Família Bignoniaceae Espécie Tabebuia flavescens Benth T. guayacan Hemsl. T. avellanedae Lor. Ex Griseb T. serratifolia (Linn) Hemls Paratecoma peroba (Record) Kuhlm Tecoma araliaceae DC. Stereospermum suaveolens DC. Stereospermum Kunthianum Milingtonia hortensis Linn Stereospermum tetragonum DC. Catalpa longíssima 25 Paterno, E. Gazz. Chim. Ital., 1882, 12, 337-392. Lima, O.G.de; D’ Albuquerque, I.L.; Lima, C. G. de; Maia, M.H.D. Revista do Instituto de Antibióticos, 1962, 4, n° ½, 3-17. 27 Ferreira, V.F. Quim. Nova na Esc. 1995, 4, 35 28 Fonseca, S. G. C.; Braga, R.M.C.; Santana, D. P. Rev. Bras. Farm. 2003, 84 (1), 9-16. 26 7 Verbeaceae Tectona grandis L. fil Avicennia tomentosa Jacq Avicenia officinalis Proteaceae Conospremum teretifolium R. Br. Leguminosae Diphysa robinoide Bent Sapotaceae Bassia latifolia Outras famílias Stenocarpus salignus Haplophragma adenopphyllum Radermachera xylocarpa Avicennia alba Para se ter uma idéia, além do lapachol 3, foram isoladas na espécie Tabebuia avellanedae Lor. Ex Griseb (bignoniaceae) outras substâncias como por exemplo algumas naftoquinonas e antraquinonas. Do grupo das naftoquinonas podemos citar a α-xiloidona 4 além das substâncias α-lapachona 20 e β- lapachona 21, apresentadas na Figura 9. 4 O O O O O O O O 20 O 21 Figura 9- As naftoquinonas: α-xiloidona 4, α-lapachona 20 e β-lapachona 21. Algumas das antraquinonas encontradas nessas espécies são 2metilantraquinona 22, 1-metoxiantraquinona 23, 2-hidroxi-3-metilantraquinona 24, além de outras substâncias como por exemplo o lapachenol 25, quercetina 27 e os ácidos orto e para-hidroxibenzóico, substâncias 28 e 29, respectivamente (Figura 10). 8 O O OCH3 O O OH 2-metilantraquinona 1-metoxiantraquinona 22 O 2-hidroxi-3-metilantraquinona OH O O O O 1-hidroxiantraquinona quercetina 26 27 25 O OH OH HO lapachenol 24 23 OH O O O O OH OH OH OH OH ácido orto-hidroxibenzóico ácido para-hidroxibenzóico 28 29 Figura 10- Substâncias isoladas além do lapachol na espécie Tabebuia avellanedae Lor. Ex Griseb (bignoniaceae). O lapachol 3 teve a sua fórmula estabelecida por Hooker em 1892 29 , como sendo uma 2-hidroxi- 3 (3- metil- 2- butenil)- 1,4- naftoquinona. A sua primeira síntese ocorreu em 1927, quando Fieser em seus estudos a respeito do equilíbrio tautomérico de orto e para quinonas, mostrou que muitos haletos de alquila reagem com os sais de prata de 2-hidroxi-1,4-naftoquinonas produzindo os derivados alquilados correspondentes (Esquema 1) 30 . O O O- Ag+ + O OH Br O + O 3 O 30 O 31 Equação 1- Primeira síntese do lapachol. 29 30 Hooker, S.C. J. Chem. Soc., 1892, 61, 611-650. Fieser, L.F. J. Am. Chem. Soc., 1927, 49, 857. 9 Algumas das atividades biológicas descritas para o lapachol 3 são: antimicrobiana e antifúngica 31 , atividade cercaricida (prevenção de penetração cutânea de cercárias Schistosoma mansoni) 32 , antineoplásica 33 , antimalarial 34 (atividade contra eritrócitos parasitados por Plasmodium falciparum), tripanossomicida 35 (atividade contra o Trypanossoma cruzi, agente causador da doença de Chagas em sua fase tripomastigota), ação moluscicida 36 (atividade contra caramujos Biomphalaria gabrata, 37 hospedeiro Schistossoma mansoni), antiinflamatória , Leishmanicida 38 intermediário do (ação intracelular nas formas amastigotas de Leishmania (viannia) braziliensis), antiulcerante 39 , além dessas podemos citar também a forte atividade contraceptiva em ratos, que causou 100% de mortalidade fetal/embrião sem causar aparente efeito tóxico aos animais 40 . Assim como 3, os seus derivados também apresentam atividades biológicas importantes. As substâncias conhecidas como naftoquinonas pirânicas exercem um papel fisiológico muito importante em animais e plantas; e estão amplamente distribuídas na natureza 41 .Dentre as diversas substâncias dessa classe, temos a α e a β- lapachona (20 e 21, respectivamente), que foram isoladas da Tabebuia avellanedae 42, 43 , 44 encontrada nas Américas Central e do Sul. Os derivados de 20 31 Garnier, S.; Wolfender, J.L.; Nianga, M.; Stoeckli-Evans, H.; Valderrama, J. An. Quim. 1983, 79, 202. Pinto, A.V.; Pinto, M.C.R.; Gilbert, B.; Pellegrino, J.; Mello, R.T. Trans. Roy. Soc. Trop. Med. Hyg. 1977, 71, 133. 33 Santana, C.F.; de Lima, O.G.; D’Albuquerque I.L.; Lacerda, A. L.; Martins, D. G. Rev. Inst. Antibiot. (Recife) 1968, 8, 89. 34 Carvalho, L.H.; Rocha, E.M.M.; Raslan, D.S.; Oliveira, A.B.; Krettli, A.U. Braz. J. Med. Biol. Res. 1988, 21, 485. 35 Goulart, M.O.F.; Zani, C.L.; Tonholo, J.; Freitas, L.R.; Abreu, F.C.; Oliveira, A.B.; Raslan, D.S.; Starling, S.; Chiari, E. Bioorg. Med. Chem. Lett. 1997, 7, 2043. 36 Dos Santos, A.F.; Ferraz, P.A.L.; de Abreu, F.C.; Chiari, E.; Goulart, M.O.F.; Sant’Ana, A.E.G. Planta Med. 2001, 67, 92. 37 Almeida, E.R. J. Ethnopharmacol. 1990, 29, 239. 38 Kayser, O.; Kiderlen, A.F.; Laatsch, H.; Croft, S.L. Acta Tropica 2000, 77, 307. 39 Goel, R.K.; Pathak, N.K.R.; Biswas, M.; Pandey, V.B.; Sanyal, A.K. J. Pharm. Pharmacol. 1987, 39, 138. 40 Guerra, M.O.; Mazoni, A.S.B.; Brandão, M.A.F.; Peters, V.M. Contraception 1999, 60, 305. 41 Thomson, R.H.; Naturally Occuring Quinones III, Recent Advances; Champman and Hall; London, 1987, 609-633. 42 Diaz, F.; Medina, J.D.; J. Nat. Prod.. 1996, 59, 423. 43 Joshi, K.C. Planta Med. 1978, 34, 219. 44 Wurzburger, J.; Leshem, Y. Phytochemistry, 1976, 15, 225. 32 10 (32-36) também mostrados a seguir, foram isolados da Catalpa Ovata, planta encontrada na China e no Japão 45 (Figura 11). O O O O O O 20 21 O OH O OMe O O O 32 O OH O O 33 O 34 OMe O OH O O O O 35 O 36 OH O Figura 11- Derivados da α-lapachona. A seguir estão apresentadas algumas orto naftoquinonas pirânicas que apresentam atividades biológicas, também relatadas na literatura (Figura 12). O O O O O O O O Br 37 38 O 3 39 O O O O O O 40 OH O O OH O 41 Figura 12- Naftoquinonas pirânicas que apresentam atividades biológicas. 45 Fujiwara, A.; Mori, T.; Iida, A.; Ueda, S.; Hano, Y.; Nomura, T. J. Nat. Prod. 1998, 6, 629. 11 Outras substâncias dessa classe são a α-xiloidona (dehidro-α-lapachona) 4 e α-cariopterona 42, ambas isoladas da Zeyhera Tuberculosa 46,47 (Figura 13). OH O O O O O O Dehidro-α- lapachona 4 α-Cariopterona 42 Figura 13- Substâncias que foram isoladas da Zeyhera Tuberculosa. Essas naftoquinonas pirânicas exibem atividades antibacterianas, antifúngicas, antitumorais, antimalariais e são utilizadas na “medicina popular” no tratamento de edemas provocados por nefritis no Japão e na China 48,49 . Além dessas, as propriedades biológicas relacionadas a essas substâncias incluem redução da replicação do HIV-1, inibição da DNA topoisomerase 1, inibição da transcriptase reversa e DNA polymerase-α 50, 51 , 52 , 53 , apresentando também potencial utilidade clínica no tratamento do câncer de próstata 54 . As naftoquinonas furânicas derivadas do lapachol 3, também apresentam uma variedade de atividades biológicas interessantes, como por exemplo atividade antileucêmica 55,56 , citotoxidade in vitro contra células KB, K562 e P388 57 , além de atividade in vitro contra o tripanossoma cruzi 58 . Essas 46 Kapoor, N.K.; Gupta, R.B.; Khanna, R.N. Tetrahedron Lett. 1980, 21, 5083. Duarte Weinberg, M.D.L.; Gottlieb, O.R.; Oliveira, G. G. D. Phytochemistry 1976, 15, 570. 48 Gonçalves, A. M.; Vasconcelos, M.E.; Docampo, R.; Cruz, F.S.; De Souza, W.; Leon, W. Mol. Biochem. Parasitol. 1980, 1, 167. 49 Guiraud, P.; Steiman, R.; Campos-Takaki, G. M.; Seigle-Murandi, F.; De Buochberg, M.S.; Planta Med. 1994, 60, 373. 50 Docampo, R.; Cruz, F.S.; Boveris, A.; Muniz, R.P.A.; Esquivel, D.M.S. Biochem. Pharmacol. 1979, 28, 723. 51 Li, C.J.; Pardee, A.B. Cancer Res. 1995, 55, 3712. 52 Schuerch, A.R.; Werrli, G. Eur. J. Biochem. 1973, 84, 197. 53 Manna, S.K.; Gad, Y.P.; Mukhopadhyay, A.; Aggarwal, B. B. Biochem. Pharmacol. 1999, 57, 763. 54 Villamil, S.H.F.; Perissimoti, L.J.; Sun, J.S.; Nedi, K.; Witiak, D.T.; Liu, A.A. Cancer Res. 1997, 57, 620. 55 Kingston, L.A.; Rao, M.M. Planta Med. 1980, 39, 230. 56 Rao, M.M.; Kingston, D.G.I. J. Nat. Prod. 1982, 45, 600. 57 Heltzel, C.E.; Leslie, G.A.A.; Glass, T.E.; Kingston, D.G.I. J. Nat. Prod. 1993, 56, 1500. 58 Ribeiro, R.R.; dos Santos, W.G.; Oliveira, A.B.; Snicekus, V.; Zani, C.L.; Romanha, A. J. Bioorg. Medicinal Chem. Letter 1995, 5, 1509. 47 12 substâncias também têm sido usadas na “medicina popular” com a denominação Taheebo, Lapacho, Ipê Roxo e pau d’Arco na América do Sul como drogas antifúngicas, anticâncer, antiinflamatória e antibacterial 59 (Figura 14 e 15). O O O O OH O O 43 O 44 O O O OH O O O OH O MeO MeO OH O 47 O 46 O O OH O O 45 O O O O OH O 48 O 50 O 49 OMe O O OH O OH O MeO O 51 O 52 O O HO 53 57 56 55 O O O O O O 54 O O O O O O O OH O OCH3O O O O O 58 Br 59 OH Figura 14- Exemplos de orto e para naftoquinonas furânicas. 59 Abbott, B.J.; Hartwell, J.L.; Leiter, J.; Perdue, R.E.; Schepartz, S.A. Cancer Res. (Suppl.) 1967, 27, 190. 13 O O O O OH O 61 OH O 60 O O O MeO O 62 O MeO OH O 63 OMe Figura 15- Outros exemplos de naftoquinonas furânicas. As naftoquinonas stenocarpona-B 64 e stenocarpoquinona-A (também conhecida como 3-hidroxi-β-lapachona) 39 foram isoladas do Stenocarpus salignus 60 , por outro lado, a avicequinona-C 65 foi isolada em 1999 61 , 2000 62 e 200112 a partir do Glycomis pentaphyla, Avicennia alba e Avicennia rumphiana, respectivamente. Essas naftoquinonas também são derivados de 3 e apresentam atividade contra o vírus Epstein-Barra) (Figura 16). O O O O OH O 64 OH O 65 Figura 16- Stenocarpona-B 64 e avicequinona-C 65. 60 Mock, J.; Murply, S.T.; Ritcie, E.; Taylor, W.C. Aust. J. Chem. 1973, 26, 1121-1130. Ito, C.; Kondo, Y.; Rao, K.S.; Tokuda, H.; Nishino, H.; Furukawa, H. Chem. Pharm. Bull. 1999, 47, 15791581. 62 Ito, C.; Katsuno, S.; Kondo, Y.; Furukawa, H. Chem. Pharm. Bull. 2000, 48(3), 339. 61 14 1.2- Obtenção de derivados cíclicos do lapachol 3 por meio de reações ciclização direta e abertura de seu epóxido Como foi descrito anteriormente, muitos grupos de pesquisa vêm estudando a síntese de derivados cíclicos do lapachol 3, devido às suas inúmeras atividades biológicas. Já foi descrito também que existem diferentes métodos para obtenção de derivados cíclicos de 3, porém serão mostrados, a seguir, apenas métodos que envolvem a ciclização eletrofílica. A α-lapachona 20 e β-lapachona 21, por exemplo, foram preparadas por Hooker em 189229, utilizando-se HCl e H2SO4. Neste trabalho o autor também estudou as interconverções entre essas duas lapachonas (Equação 2). O O O HCl OH HOAc O 20 O 3 H2SO4 H2SO4 HCl O O O 21 Equação 2- Interconversão entre α-lapachona 20 e β-lapachona 21. 15 Em 1966, D’ Albuquerque 63 e colaboradores descreveram a síntese da αxiloidona 4 por meio do aquecimento do lapachol 3 sob refluxo de piridina (Equação 3). O OH O O piridina refluxo O O 4 3 (20%) Equação 3- Obtenção da α-xiloidona por meio de refluxo de piridina. A α-xiloidona 4 também foi obtida em 70% de rendimento reagindo-se 3 com anidrido acético em piridina, seguido de tratamento com cloreto férrico em meio ácido 64 (Equação 4). O O OH O 1) anidrido acético, piridina 2) FeCl3, meio ácido O 3 O 4 (70%) Equação 4- Método para obtenção de 4. A α-xiloidona 4 também foi obtida a partir de 3 utilizando transformação biológica, Rosazza e colaboradores 65 descreveram a conversão de 50% de lapachol 3 em 4 após 72h utilizando Curvularia lunata (NRRL 2178) [Equação 5]. 63 De Lima, O.G.; D’ Albuquerque, I.L.; Borba, M.A.P.; Mello, J.F. de. Rev. Inst. Antibiot. Unive. Fed. Pernambuco, 1966, 6, 23-24. 64 D’ Albuquerque, I.L.; De Araujo, M. C.M.; Maciel, M.C.N.; Maciel, G.M., De moraes e Souza, M.A.; Lacerda, A.L.; Martins, D.G. Rev. Inst. Antibiot. Univ. Fed. Pernambuco, 1972, 12, 25-30. 65 Rosazza, J.P.; Otten, S. Appl. Environ. Microbiol. 1979, 38, 311-313. 16 O O OH O Curvularia lunata (NRRL 2178) O 4 (50%de conversão em 72 h) O 3 Equação 5- Utilização de transformação biológica na obtenção de 4. Em 1980, Gupta e colaboradores 66 , descreveram a obtenção de derivados de 3 por meio de reação com NBS em tetracloreto de carbono (Equação 6). O OH + CCl4 O 37 3 O O O NBS O O O O Br (30%) + O O 56 58 (15%) (25%) Br Equação 6- Reação entre lapachol 3, NBS e CCl4. No mesmo ano (1980), Pinto e colaboradores 67 publicaram um artigo onde descreveram outra síntese da α-xiloidona 4, que consiste em manter 3 sob refluxo de solução toluênica em presença de dióxido de manganês (Equação 7). O O OH O MnO2 PhCH3 refluxo O 4 (70%) O 3 Equação 7- Obtenção de 4 pelo refluxo de solução toluênica em presença de MnO2. 66 67 Gupta, R.B.; Khanna, R.N. Indian J. Chem. 1980, 19B, 17-19. Pinto, M.C.R.; Pinto, A.V.; de Oliveira, C.G.T. An. Acad. Brasil. Ciênc. 1980, 52, 481-482. 17 A fenilselenoeterificação é um processo de ciclização muito eficiente para a formação de heterocíclos contendo átomo de oxigênio 68 . Em 1990 69 , o derivado selenilado foi sintetizado em 75% em reação envolvendo PhSeCl e 3 em diclorometano como solvente (Equação 8). O O OH C6H5SeCl O CH2Cl2 SePh O 3 O 66 (75%) Equação 8- Reação de selenoeterificação do lapachol. A reação do lapachol 3 com NaNO2 aquoso e ácido acético glacial levou a formação dos derivados dehidro-iso- α e β - lapachona além da α e β -lapachona (6, 56, 20 e 21, respectivamente) foi descrita, em artigo publicado em 2001, por Singh e colaboradores 70 (Equação 9). O O O O + O OH NaNO2 AcOH O O 20 21 O 3 O O O O 6 O + O 56 Equação 9- Reação do lapachol 3 com nitrito de sódio e ácido acético. 68 Sipio, W.J.; Barnette, W.E.; Lysenko, Z.; Jouille, M.M. J. Amer. Chem. Soc. 1980, 102, 3784. Oliveira, A.B.; Raslan, D.S.; Hurr, F.K. Tetrahedron Lett. 1990, 31, 6873-6876. 70 Singh, P.; Jain, R.; Krishna, V. J. Indian J. Chem. B. 2001, 40, 89-92. 69 18 A técnica de irradiação por microondas tem sido aplicada em síntese orgânica com objetivo de diminuir o tempo reacional com possíveis aumento no rendimento da reação 71 . Utilizando essa técnica e com o auxílio de diversos suportes como por exemplo alumina, Singh e colaboradores 72 , em 2005, descreveram a síntese de derivados do lapachol 3 em diferentes condições e rendimentos (Equação 10). O O O OH O 3 O 4 + microondas O suporte O O O O 20 O 21 Os rendimentos dependem dos suportes empregados. Equação 10- Reação do lapachol 3 em microondas utilizando diversos suportes. Em 2005, Estévez-Braun e colaboradores 73 , estudaram a atividade biológica de 26 naftoquinonas derivadas do lapachol 3. Nesse trabalho os autores descreveram a síntese da α e β-xiloidona (4 e 41 ,respectivamente) por meio da reação de 3 com o-bromanil (Equação 11). 71 Lindström, P.L.; Tierney, J.; Wathey, B.; Westman, J. Tetrahedron 2001, 57, 9225-9283. Sing, P.; Natani, K.; Jain, S.; Dandia, A. Nat. Prod. Res. 2005, 20, 207-212. 73 Pérez-Sacau, E.; Estévez-Braun, A.; Ravelo, A.G.; Yapu, D.G.; Turba, A.G. Chem Biover. 2005, 2, 264274. 72 19 O O O OH O O o-bromanil + O O 4 O 3 41 (41%) (15%) Equação 11- Reação de 3 com o-bromanil. Além da reação descrita acima, nesse mesmo trabalho está descrita a síntese da dehidro-iso-α-lapachona 6 e um derivado furânico nitrado 67 que foram preparados pela reação de 3 com CAN e MeCN67 (Equação 12). O OH CAN O O ONO2 MeCN O 3 O O O 67 (19%) + O 6 (15%) Equação 12- Método para obtenção da dehidro-iso-α-lapachona 6. A obtenção de derivados cíclicos de 3 também ocorre via seu derivado epoxidado. Pinto e colaboradores 74 descreveram, em 1982, a síntese de alguns derivados cíclicos por meio de reação do lapachol 3 com ácido peracético e clorofórmio como solvente (Equação 13). 74 Pinto, A.V.; Pinto. M. C. R.; Aguiar, M.A.; Capella, R.S. An. Acad. Brasil. Ciênc. 1982, 54(1), 115-120. 20 O O O O OH 39 (29%) CH3CO3H O CHCl3 OH O O O 3 O OH + O 64 O 59 (34%) (37%) OH Equação 13- Reação do lapachol 3 com ácido peracético em clorofórmio. Nesse mesmo trabalho o derivado 65 obtido, foi utilizado como substrato para a obtenção da dehidro-iso-α-lapachona 6 pela reação com POCl3 em piridina (Equação 14). O OH O 3 O O CH3CO3H POCl3 O OH CHCl3 O piridina O 64 (37%) O 6 (20%) Equação 14- Obtenção da dehidro-iso-alpha-lapachona 6. Em 1998, Frydman e colaboradores 75 descreveram a síntese da 3-hidroxiβ-lapachona 39 por meio da reação de epoxidação do lapachol 3 seguida da abertura do epóxido usando-se BF3 eterado como ácido de Lewis (Equação 15). 75 Sun, J.S.; Geiser, A.H.; frydman, B.; Tetrahedron Lett. 1998, 39, 8221-8224. 21 O O OH OH 1 O 3 O O 2 O O O OH 39 (67%) 1) AMCPB, CH2Cl2, 0°-25 °C, 17h, 5% NaHCO3 2) CH2Cl2, BF3.OEt2, 25 °C, 21 h, H2O Equação 15- Obtenção de 39 pela epoxidação do lapachol em meio ácido. Uma outra reação de epoxidação de 3 foi efetuada por Katsuno e colaboradores em 2000. Neste trabalho a segunda etapa da reação envolve o tratamento com Al2O3 (Equação 16). O O OH O O 1) AMCPB 2) Al2O3 O 3 O + O OH O 39 59 (44%) (44%) OH Equação 16- Reação entre o lapachol 3 e AMCPB. Sacau e colaboradores em 2003 reportaram a reação de 3 com AMCPB que levou a formação de três derivados cíclicos 76 , onde 39 foi o produto principal (Equação 17). 76 Sacau, E.P.; Braun, A.E.; Ravelo, A.G.; Ferro, E.A.; Tokuda, H.; Mukainaka, T.; Nishino, H. Bioorg. Med. Chem. 2003, 11, 483-488. 22 O O O O OH OH 39 AMCPB (57%) O O O O 3 O OH + 59 O 64 O (27%) OH (14%) Equação 17- Derivados cíclicos do lapachol 3 por meio de reação com AMCPB. Observou-se que de um modo geral, nas reações de abertura do epóxido de 3 a condição reacional é ácida, o epóxido não foi isolado e 39 foi obtido como produto principal. 23 1.3- Sais de Tálio (III) O elemento tálio pertence à família III A ou 13, a qual também pertencem os elementos boro, alumínio, gálio e índio. Possui a configuração eletrônica (Xe) 4 f14 5 d10 6 s2 6 p1. Esse elemento forma derivados estáveis nos estados de oxidação +1 e +3, diferentemente dos outros elementos do seu grupo. 81 204,4Tl Algumas das principais características dos compostos de tálio (III) são: • A eletrofilicidade dos compostos TlX3 depende muito da natureza de X. Com isso, sais inorgânicos de Tl+3 , dependendo de X, podem ser usados na oxidação de diversos substratos insaturados, na taliação eletrofílica de compostos aromáticos ou como catalisadores em reações de FriedelCrafts. • A ligação C-Tl apresenta energia de ≈ 25-30 Kcal/ mol, ou seja, é bastante fraca e pode ser clivada sob condições homo ou heterolíticas. • A redução de Tálio (III) para Tálio (I) é um processo termodinamicamente favorecido, como vemos nos potenciais redox a seguir: Tl +3 + 2 e- → Tl+ (- 1,25 V) Tl+ + 2 e- → Tl0 (+ 0,33V) O tálio, que já foi considerado pelos químicos orgânicos apenas um metal tóxico “obscuro”, teve o seu estudo mais sistematizado apenas no final dos anos sessenta quando dois pesquisadores McKillop e Taylor iniciaram suas pesquisas sobre as possíveis aplicações do Tálio (III) em síntese orgânica 77 . 77 McKillop, A.; Tayloe, E.C. Adv. Organomet. 1973, 9, 4. 24 Para a aplicação de sais de tálio (III) em síntese orgânica, as duas últimas características apresentam uma importância fundamental, pois de acordo com elas, depois de preparado um derivado organotálio do tipo RTlX2, a conversão deste em composto orgânico ocorrerá prontamente. Alguns critérios como poder eletrofílico do cátion, solubilidade nos solventes utilizados, estabilidade relativa, facilidade de preparação e manuseio, devem ser considerados na escolha de um determinado sal de Tálio (III) a ser empregado para efetuar transformações em substratos orgânicos17. Idealmente para maioria dos propósitos a que se destina, X em TlX3 deve ser um mal nucleófilo para não competir com o solvente durante o processo de oxitaliação, bem como um grupo fortemente atraente de elétrons, o que aumenta a eletrofilicidade do metal. Em química orgânica sintética a principal aplicação de sais de Tálio (III) consiste na oxidação de substratos insaturados, tanto aromáticos como alifáticos 78,79 . As olefinas reagem com sais de Tálio (III), em solvente nucleofílico, por meio do mecanismo geral 80 ilustrado no Esquema 1. 78 Ferraz, H.M.C. Quim. Nova, 1989, 12 (2), 155. Ferraz, H.M.C.; Ribeiro, CM.R. Quim. Nova, 1990, 13, 88. 80 McKillop, A.; Hunt, J.D.; Taylor, E.C.; Kienzle, F. Tetrahedron Lett. 1970, 5275. 79 25 R1 R3 R2 R4 X TlX3 R1 X Tl + R2 R1 δ+ X δ− Tl X R3 R4 R2 S S S R3 R4 S R1 R2 S R1 X Tl X R2 S R3 R4 R3 R4 S O R2 R1 S S R3 R4 H3O+ R2 O R1 R3 R4 S: = Solvente nucleofílico TlX3= TTA; TTN; TTFA etc Esquema 1- Mecanismo geral da reação de sais de tálio III com olefinas. A preferência pela formação de um ou outro produto será ditada pela aptidão migratória dos grupos R, pela natureza do substituinte X no sal de tálio, pelas condições reacionais. É importante deixar bem claro que, ao contrário de vários outros tipos de reação, o produto principal não pode ser previsto com relativa facilidade, sendo que as reações de olefinas com sais de tálio III se processam com baixo grau de seletividade. Alguns exemplos da utilização de sais de tálio III estão exemplificados a seguir 81, 82 , 83 (Equação 18). 81 Bloodworth, A.J.; Lapham, D.J. J. Chem. Soc. Perkin Tans I, 1981, 3265. Lethbridge, A.; Norman, R.O.C.; Thomas, C.B. J. Chem. Soc. Perkin Trans I, 1974, 1929. 83 McKillop, A.; Hunt, J.D.; Kienzle, F.; Bigham, E.; Taylor, E.C. J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 3635. 82 26 TTFA MeOH 68 MeO OMe n-butil MeO + n-butil TTA MeOH, 60°C 72 n-hexil 73 (10%) OMe + + MeO n-hexil 74 (55%) + 77 O n-butil 71 (3%) 70 (51%) 69 (38%) MeO OH TTN MeO MeOH n-octil 78 (52%) AcO OAc + n-hexil O OMe 75 (23%) n-hexil 76 (6%) O OMe + n-octil 79 (28%) Equação 18- Exemplos da utilização de sais de tálio III. 27 1.3.1- Ciclofuncionalização utilizando sais de Tálio (III) Para descrever reações onde um substrato acíclico insaturado é ciclizado e funcionalizado ao mesmo tempo, pode-se utilizar o termo ciclofuncionalização. Esse tipo de reação envolvendo compostos insaturados que contêm nucleófilos internos e reagentes eletrofílicos são motivo de estudos 18,77, 84 , 85 , 86 , 87 há algum tempo (Esquema 2). Nu a a E+ E+ E Nu b Nu b E Nu Esquema 2- Mecanismo geral de ciclização. A fim de se compreender melhor o processo de ciclofuncionalização de um modo geral, devemos ter em mente os fatores estereo-eletrônicos que governam a regio e a estereoquímica da formação de anéis, por meio do mecanismo geral “ataque-eletrofílico - ataque nucleofílico interno”. As regras empíricas conhecidas como “regras de Baldwin” 88 , podem auxiliar na previsão da estrutura do anel a ser formado. Essas regras foram elaboradas para aplicação em sistemas onde o átomo de carbono que sofre o 84 Cardilho, G.; Orema, M. Tetrahedron, 1990, 3, 36 Bartlet, P.A., in “ Asymmetric Synthesis”, E.D.: J. D. Morrison, Academic Press, New York, 1984, 3 86 Ferraz, H.M.C.; Ribeiro, C.M.R.; Grazini, M.V.A.; Brocksom, T.; Brocksom, U. J. Org. Chem. 2000, 65(8), 2606-2607. 87 Ferraz, H.M.C.; Sano, M.K.; Ribeiro, C.M.R. Quim. Nova, 1993, 16(6), 548-550. 88 Baldwin, J.E. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1976, 734 85 28 ataque por parte do nucleófilo interno, tem a geometria bem definida, ou seja, apresenta hibridação sp3 (tetraédrica), sp2 (trigonal) ou sp (digonal). A seguir será feito um breve resumo sobre o trabalho de Baldwin. Primeiramente utiliza-se um prefixo numérico para indicar o número de átomos do anel a ser formado, seguidos pelo termo Exo- no caso da ligação que se quebra ser exocíclica ao anel a ser formado; ou Endo- no caso da quebra de uma ligação endocíclica ao anel a ser formado. A seguir são utilizados os prefixos Tet, Trig e Dig, que indicam a geometria do átomo de carbono que sofre o ataque nucleofílico. Para melhor visualização serão mostradas várias formas de fechamentos de anéis (Esquema 3). Tetraédrico - X Y - X- Y 6-Exo-Tet Y X- 7-Exo-Tet Y X- X- 5-Endo-Tet 6-Endo-Tet Y Y X- Y 5-Exo-Tet 4-Exo-Tet 3-Exo-Tet X Trigonal - X Y X- 3-Exo-Trig - X- X - Y - X Y 3-Endo-Trig 4-Endo-Trig Y 6-Exo-Trig Y X- Y 7-Exo-Trig X- Y 5-Exo-Trig 4-Exo-Trig Y X 5-Endo-Trig Y X6-Endo-Trig 29 Digonal - X - Y 3-Exo-Dig XY 7-Exo-Dig - X X Y X- Y 5-Exo-Dig 6-Exo-Dig Y 4-Exo-Dig - X Y Y 3-Endo-Dig Y X- - X- X 4-Endo-Dig 5-Endo-Dig Y 6-Endo-Dig Esquema 3- Várias formas de fechamento de anéis. As regras empíricas elaboradas por Baldwin encontram-se resumidas a seguir: Regra 1 – Sistemas tetraédricos: a) Processos 3 a 7- Exo-Tet são favorecidos; b) Processos 5 a 6- Endo-Tet são desfavorecidos; Regra 2- Sistemas trigonais: a) Processos 5 a 7- Exo- Trig são favorecidos; b) Processos 6 a 7- Endo- Trig são favorecidos; c) Processos 3 a 5- Endo- Trig são desfavorecidos; Regra 3- Sistemas digonais: a) Processos 5 a 7- Exo- Dig são favorecidos; b) Processos 3 a 4- Exo- Dig são desfavorecidos; c) Processos 3 a 7- Endo-Dig são favorecidos. 30 Deve-se ter em mente que nos casos onde há participação inicial de um eletrófilo (ocorrência da formação de um intermediário cíclico de 3 membros) a geometria do carbono que sofre a ciclização não pode ser rigorosamente definida, nem como tetraédrica nem como trigonal. Quando isso ocorre, ainda segundo Baldwin, as regras aplicadas estariam situadas intermediariamente entre aquelas para o sistema tetraédrico e o trigonal, geralmente com predominância dos modos de fechamento Exo. A regra de Markovnikov também deve ser considerada, onde o padrão de substituição da dupla ligação é que vai predizer qual o carbono que estabilizará mais uma carga iônica positiva, determinando então o sítio a ser atacado pelo nucleófilo. Com relação aos nucleófilos internos, os compostos insaturados podem apresentar uma grande variedade, dentre eles: -OH, -NH2, -NHR, -CO2H, -COO-, -CO2R, -SR etc84,855,89. Um grande número de reagentes eletrofílicos são utilizados para promover esse tipo de reação, como por exemplo derivados de enxofre, selênio, telúrio, mercúrio, tálio e halogênios 89 . Na equação 19, estão apresentados alguns exemplos de ciclofuncionalização de álcoois insaturados empregando-se derivados de enxofre, telúrio e mercúrio como eletrófilos. 89 Brandt, C.A.; Comasseto, J.V.; Ferraz, H.M.C. Quim. Nova, 1991, 14, 165 31 PhSCl SPh OH O 81 (86%) 80 p-MeOPhTeCl3 OH TeCl 2Php-MeO O 82 83 (87%) HgCl 2 Ph HgCl Ph OH O 85 (80 %) 84 Equação 19- Exemplos de ciclofuncionalização de álcoois insaturados. A seguir estão ilustrados alguns exemplos de ciclização utilizando sais de tálio III 85, 90 , 91 (Equação 20). OH 86 OH Tl(ClO 4)3 HClO4/ H2O Equação 1 O 87 O HO 1) TTFA, CH 2Cl2 , t.a./2h Equação 2 2) NaOH 88 89 HO HO TTFA (35%) O Equação 3 CH2Cl2 , t.a./2h 90 91 (38%) Equação 20 a - Exemplos de ciclização utilizando sais de tálio III em alquenóis. 90 Byrd, J.E.; Halpern, J. J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 2586. 32 O TTA, AcOH 92 O OAc + Equação 4 OH OAc 93 (48%) OH 94 (traços) TTA 95 MeOH, 3h, t.a. O OMe Equação 5 96 (80%) Equação 20 b- Outros exemplos de ciclização utilizando sais de tálio III em alquenóis. Nota-se, na Equação 19, que os eletrófilos empregados permanecem no produto final da reação, o que permite que através de reações posteriores possam ser introduzidas novas funcionalidades às moléculas. Por outro lado, ao se empregar sais de tálio III como eletrófilos, o tálio não permanece na estrutura do produto final (Equação 20). O que parece ser um fator limitante da potencialidade sintética dos reagentes de tálio, na verdade pode encurtar de uma etapa o processo de síntese quando visamos à inserção de uma função oxigenada no produto de ciclização. Ferraz e colaboradores comentaram esta característica do tálio em reações de ciclização de alquenóis. Nos exemplos relatados, obsevou-se que as regras de Baldwin e Markovnikov foram obedecidas podendo levar a contração ou expansão de anéis dos intermediários de reação que apresentam em sua estrutura o tálio. Na primeira etapa da síntese da (-)-Mintlactona 101, observou-se que houve uma expansão de anel do aduto com tálio86, enquanto na obtenção do trans-Pitiol 103 houve a contração do aduto oxitaliado 92 (Equações 21 e 22). 91 92 Yamada, Y. Tetrahedron Lett. 1981, 22, 1355. Ferraz, H.M.C.; Sano, M.K.; Ribeiro, C.M.R. Quim. Nova, 1993, 16(6), 548-550. 33 TTA, AcOH/H2O (1:1) SOCl2, Et2O 40 min., t.a. OH O 24h, t.a. O HO 97 98 (86%) 99 (70%) CrO3. 2py, CH2Cl2 O Separação cromatográfica O 100 101 O (-)-Mintlactona (60%) Equação 21- Obtenção da (-)-Mintlactona 101. OH TTA 102 AcOH:H2O (1:1) 3h, t.a. O OH 103 Trans-pitiol(71%) Equação 22- Obtenção do trans-Pitiol 103. Através dos mecanismos propostos pelos autores, é possível observar este processo (Esquemas 4a e 4b): 34 a) Para a expansão do anel no aduto oxitaliado86: OH AcO AcO Tl O O O HO OAc AcO Tl OAc H O H b) Para contração do anel no aduto oxitaliado92: OH O OAc AcO Tl OAc O OAc Tl OAc O H O OH H 35 1.4- Reação de epoxidação A epoxidação é um tipo de reação muito importante em síntese orgânica, uma vez que a oxidação de alcenos é um dos melhores métodos para a introdução do átomo de oxigênio em moléculas orgânicas. 93 Um epóxido, pode ser chamado de oxirano, é um éter cíclico de três membros utilizado para converter alceno numa variedade de outros grupos funcionais (a epoxidação de um alceno é claramente uma oxidação, uma vez que o átomo de oxigênio é adicionado). Um alceno é convertido a um epóxido, por exemplo, pela reação com um peroxiácido (Figura 17). O C C +R Alceno O O O H O + R Epóxido (oxirano) Peroxiácido O H Ácido Figura 17- Conversão de um alceno a um epóxido. Os peroxiácidos (ou perácidos) mais descritos na literatura para esse tipo de reação são: ácido peroxifórmico; ácido peroxiacético; ácido peroxibenzóico e o ácido m-cloroperbenzóico (Figura 18). O H O O O H Ácido peroxifórmico O O O O H Ácido peroxiacético Ph Cl O O H Ácido peroxibenzóico O O H Ácido metacloroperoxibenzóico Figura 18- Peroxiácido descritos na literatura epoxidação. 93 L.G. Wade Jr. Organic Chemistry, 2 nd ed. Prentice Hall, 1991. 36 A epoxidação do alceno utilizando peroxiácidos ocorre por um mecanismo de reação Eletrofílica concertada onde ligações são quebradas e formadas ao mesmo tempo. Partindo do alceno e do peroxiácido a reação, em uma etapa, leva a formação do epóxido e do ácido diretamente sem a ocorrência de intermediários 94 (Esquema 5). R O CH2 O H H2C H O R O H2C O O O CH2 R O H2C + H2C H O Esquema 5- Mecanismo concertado de epoxidação. Outro fator que se deve levar em conta é que ao se efetuar a epoxidação, a estereoquímica pré-existente na ligação dupla do alceno é mantida no epóxido. Devemos lembrar que nesta reação o mecanismo é concertado, não permitindo rotação da molécula, mantendo assim a sua geometria. Os epóxidos são muito mais reativos que éteres dialquílicos comuns devido à grande energia de tensão do anel de três membros (aproximadamente 25 kcal/mol ou 105 KJ/ mol). Os epóxidos reagem tanto em condições ácidas quanto em condições básicas, diferente de outros éteres. A orientação da abertura do epóxido é determinada pelo meio em que à reação ocorre, essa reação pode ser catalisada por ácido ou por base. Para melhor compreensão podemos citar, por exemplo, a reação de abertura do epóxido 2,2- dimetiloxirano que leva a formação de duas substâncias diferentes dependendo da natureza da catálise (ácida ou básica). 94 March, J. Advanced Organic Chemistry, Reactions, Mechanisms and Struture. 4th Edition, John Wiley & Sons, Inc, 1992. 37 Quando a reação de abertura de epóxido 2,2-dimetiloxirano ocorre em meio básico, o que acontece é o ataque do íon alcóxido ao carbono menos substituído pelo mecanismo SN2, conforme mostrado a seguir (Esquema 6). H O O O O O OH O + O Esquema 6- Abertura de epóxido em meio básico. Na catálise ácida, o ataque ocorre no carbono que suporta melhor a carga positiva, ou seja, o carbono mais substituído. Primeiro ocorre a protonação do epóxido e só então ocorre o ataque nucleofílico 95 (Esquema 7). H O OH O H HO HO O OH Esquema 7- Abertura de epóxido em meio ácido. Em resumo temos que, de um modo geral, quando a abertura do epóxido ocorre em meio básico devemos levar em consideração os aspectos estéricos, 95 Carey, F.A.; Sundberg, R.J. Advanced Organic Chemistry, Part A: Structure and Mechanisms, 3rd Edition, Plenum Press. New York and London, 1990. 38 por outro lado, quando a abertura do epóxido ocorre em meio ácido, devemos levar em consideração fatores eletrônicos. 39 OBJETIVOS 40 2- Objetivos Este trabalho tem como objetivos estudar a reação de ciclização do lapachol 3 utilizando triacetato de tálio e trinitrato de tálio em diversos solventes. Pretende-se também estudar a reação de abertura do epóxido de 3 em meio básico. 41 METODOLOGIA 42 3- Metodologia O estudo da reação de ciclofuncionalização do lapachol 3 com triacetato de tálio (TTA) e trinitrato de tálio (TTN) deverá ser realizado usando-se diversos solventes18, 96 , 97 , uma vez que os mesmos podem influir no curso da reação. Por outro lado, diversas metodologias podem ser usadas para acelerar a velocidade de uma reação química, com por exemplo o uso de irradiação por microondas, assim planejamos uma avaliação desta metodologia nessas reações 98 . O lapachol 3 a ser utilizado nessas reações pode ser extraído do ipê amarelo conforme descrito na literatura 99 . O Sais de tálio III OH Produtos de ciclização do lapachol Serragem do Ipê Amarelo O O estudo da reação de abertura do epóxido do lapachol 3 em meio básico, também deve ser avaliado. Lembramos que o epóxido de 3 pode ser obtido intermediariamente com o uso de AMCPB, conforme descrito na literatura 100 . O O Abertura de epóxido OH Derivados cíclicos do lapachol OH Epoxidação O em meio básico O O 96 Ferraz, H.M.C.; Ribeiro, C.M.R. Synthetic Commun. 1992, 22, 399. Grazini, M.V.A.; Ribeiro, C. M. R. J. Org. Chem. 2000, 2606. 98 Lidstrom, P.; Tierney, J. Westman, J. Tetrahedron 2001, 57, 9225. 99 Ferreira, V.F. Quim. Nova na Esc. 1995, 4, 35. 100 Sun, J.S.; Geiser, A.H.; Frydman, B.; Tetrahedron Lett. 1998, 39, 8221. 97 43 RESULTADOS e DISCUSSÃO 44 4- Resultados e Discussão 4.1- Isolamento do lapachol 3 A serragem do Ipê amarelo foi tratada com solução de NaOH 0,01M. Após filtração, ao sobrenadante adicionou-se ácido clorídrico concentrado, ocorrendo então a precipitação do lapachol 3. Após recristalização em hexano, 3 foi obtido em 3% de rendimento. 4.2- Ciclização do lapachol 3 com TTA e TTN: As reações de ciclização do lapachol 3 com sais de Tálio III foram efetuadas, no mínimo três vezes, utilizando-se 1mmol de 3 e 1,5 equivalentes TTA em 10 mL de anidrido acético, anidrido acético/água (1:1), ácido acético, ácido acético/água (1:1), metanol, dimetilsulfóxido, água, tetraidrofurano, éter etílico ou diclorometano como solventes. As reações foram realizadas à temperatura ambiente (Equação 23). O OH 1.5 eq. TTA Derivados cíclicos do lapachol solvente; t.a. O 3 Equação 23- Reação de ciclização de 3 utilizando TTA em diversos solventes a temperatura ambiente. A α-xiloidona 4 foi isolada em 53% de rendimento, enquanto a dehidro-isoα-lapachona 6 e a rinacantina 5 foram isoladas em 5% de rendimento cada uma, quando se utilizou anidrido acético como solvente (Equação 24). 45 O O O O + O OH 1,5 eq. TTA Ac2O, t.a., 5h O 4 (53%) OH O 5 (5%) O O 3 O O 6 (5%) Equação 24- Reação de ciclização de 3 utilizando TTA em anidrido acético como solvente à temperatura ambiente. Porém quando uma mistura de anidrido acético/ água (1:1) foi utilizada como solvente a rinacantina 5 foi isolada como produto majoritário em 40 % de rendimento enquanto a α-xiloidona 4 foi isolada em 23% de rendimento (Equação 25). O OH O O 1,5 eq. TTA O O + Ac2O/ H2O (1:1), t.a., 5h O 3 OH O 4 (23%) O 5 (40%) Equação 25- Reação de ciclização de 3 utilizando TTA em anidrido acético/ água (1:1) como solvente à temperatura ambiente. Quando ácido acético foi utilizado como solvente a α-xiloidona 4 foi isolada como produto majoritário em 21% de rendimento, além da dehidro-iso-αlapachona 6 e a rinacantina 5 isoladas em 8 e 17% de rendimento respectivamente (Equação 26). 46 O O O O OH O OH 1,5 eq. TTA AcOH, t.a., 4h O 4 (21%) O 5 (17%) O O 3 O O 6 (8%) Equação 26- Reação de ciclização de 3 utilizando TTA em ácido acético como solvente à temperatura ambiente. A reação de ciclização do lapachol 3 com TTA também foi efetuada utilizando uma mistura ácido acético/ água (1:1) como solvente, nesse caso foram isoladas duas substâncias α-xiloidona 4 e rinacantina 5 em 26 e 17% de rendimento, respectivamente (Equação 27). O OH O O O O 1,5 eq. TTA + OH AcOH/ H2O, t.a., 5h O 3 O 4 (26%) O 5 (17%) Equação 27- Reação de ciclização de 3 utilizando TTA em ácido acético/ água (1:1) como solvente à temperatura ambiente. Ao utilizar-se metanol anidro como solvente para efetuar a reação de ciclização, a α-xiloidona 4 foi isolada exclusivamente em 54% de rendimento, interessantemente, ao efetuarmos essa reação utilizando metanol sem o prévio tratamento, foram isoladas as substâncias α-xiloidona 4, a dehidro-iso-αlapachona 6 e a rinacantina 5 em 40, 4 e 10% respectivamente (Equação 28). 47 O O OH O 1,5 eq. TTA MeOH anid., t.a., 5h O 3 O 4 (54%) O O O O O OH OH 1,5 eq. TTA MeOH, t.a., 5h O 5 (10%) O 4 (40%) O O 3 O O 6 (4%) Equação 28- Reações de ciclização de 3 utilizando TTA: metanol anidro e metanol ambos como solvente à temperatura ambiente. Efetuando a reação de ciclização utilizando DMSO como solvente, houve o isolamento da α-xiloidona 4 em 42% de rendimento, além de recuperação 3 (Equação 29). O O OH O 3 O 1,5 eq. TTA DMSO, t.a., 1h O 4 (42%) Equação 29- Reação de ciclização de 3 utilizando TTA em DMSO como solvente à temperatura ambiente. 48 Em outra condição foi utilizada água como solvente para a reação de ciclização do lapachol 3 com TTA, nesse caso a α-xiloidona 4 foi isolada em 30% de rendimento, ocorrendo também a recuperação recuperação de 3 em 30% (Equação 30). O O OH O 1,5 eq. TTA H2O, t.a., 48h O 3 O 4 (30%) Equação 30- Reação de ciclização de 3 utilizando TTA em água como solvente à temperatura ambiente. Já a reação utilizando THF como solvente levou ao isolamento da αxiloidona 4 em 25% de rendimento com recuperação de 3 em 30% (Equação 31). O O OH O 1,5 eq. TTA THF, t.a., 144h O 3 O 4 (25%) Equação 31- Reação de ciclização de 3 utilizando TTA em THF como solvente à temperatura ambiente. Quando o solvente utilizado foi o éter etílico, α-xiloidona 4 foi isolada em 38% de rendimento (Equação 32). 49 O O OH O 1,5 eq. TTA Et2O, t.a., 96h O 3 O 4 (38%) Equação 32- Reação de ciclização de 3 utilizando TTA em éter etílico como solvente à temperatura ambiente. Foi efetuada a reação de ciclização do lapachol 3 com TTA utilizando diclorometano como solvente. Essa reação levou ao isolamento de 3 produtos, os quais foram identificados como sendo a α-xiloidona 4, a dehidro-iso- α- lapachona 6 e a rinacantina 5 (10, 21 e 18 % de rendimento, respectivamente) [Equação 33]. O O O O O OH 1,5 eq. TTA Diclorometano, t.a., 96h OH O 5 (18%) O 4 (10%) O 3 O O O 6 (21%) Equação 33- Reação de ciclização de 3 utilizando TTA em diclorometano como solvente à temperatura ambiente. Os rendimentos dos produtos isolados nestas reações estão apresentados de maneira resumida na Tabela 3. 50 O O O O O O OH O 6 O 5 O 4 Tabela 3. Rendimentos obtidos dos produtos isolados na reação de ciclização do lapachol 3 com TTA. Entrada Solvente 1 Ac2O 5 53 5 5 2 Ac2O/ H2O (1:1) 5 23 40 - 3 AcOH 4 21 17 8 4 AcOH/ H2O (1:1) 5 26 17 - 5 MeOH anid. 5 54 - - 6 MeOH 5 40 10 4 7 DMSOa 1 42 - - 8 H2Oa 48 30 - - 9 THFa 144 25 - - 10 Et2O 96 38 - - 11 CH2Cl2 96 10 18 21 a Tempo Reacional (h) 4(%) 5(%) 6(%) Houve recuperação de 1. Como pôde ser observado, em cada uma dessas reações foi obtida uma mistura complexa de produtos onde, na maioria delas, α-xiloidona 4 foi isolada como produto principal em rendimentos que variaram de baixos a moderados. Quando anidrido acético ou metanol anidro foram usados como solventes reacionais, a α-xiloidona 4 foi isolada em 53 e 54% de rendimentos respectivamente (entradas 1 e 5). A α-xiloidona 4 também foi obtida quando DMSO e água foram utilizados como solventes (entrada 7 e 8), porém grande quantidade de lapachol foi recuperada. Ao utilizar-se ácido acético, ácido acético/água (1:1), metanol, THF, éter etílico e diclorometano (entradas 3, 4, 6, 9, 10 e 11, respectivamente). Interessantemente, quando se utilizou anidrido 51 acético/água (1:1) como solvente, rinacantina 5 foi isolada em 40% de rendimento (entrada 2). Dando continuidade ao estudo de ciclização do lapachol 3 com sais de tálio III, foram efetuadas reações utilizando trinitrato de tálio (TTN) como eletrófilo. As reações foram realizadas a partir de 1 mmol de 3 com 1,2 mmol de TTN, em temperatura ambiente com 10 mL dos seguintes solventes: metanol; anidrido acético/água (1:1); ácido acético; diclorometano; anidrido acético; metanol/água (1:1) e ácido acético/água (1:1) [Equação 34]. O OH O O 1,2 eq. TTN solvente; t.a. O O 4 (produto principal) 3 Equação 34- Reação de ciclização de 3 utilizando TTN em diversos solventes à temperatura ambiente. A primeira reação foi efetuada utilizando anidrido acético/água em uma mistura 1:1, como solvente. Esta reação levou à formação da α-xiloidona 4 em 40% de rendimento em 40 minutos (Equação 35). O O OH O 3 O 1,2 eq. TTN Ac2O/ H2O (1:1) t.a., 40 min. O 4 (40%) Equação 35- Reação de ciclização de 3 utilizando TTN em anidrido acético/ água (1:1) como solvente à temperatura ambiente. 52 Em um próximo experimento foi usado ácido acético como solvente. A αxiloidona 4 foi obtida em 34% de rendimento em 48 minutos de reação (Equação 36). O O OH O 1,2 eq. TTN AcOH, t.a., 48 min. O 3 O 4 (34%) Equação 36- Reação de ciclização de 3 utilizando TTN em ácido acético como solvente à temperatura ambiente. A reação também foi realizada utilizando-se diclorometano como solvente, e em 40 minutos a α-xiloidona 4 foi obtida em 20% de rendimento (Equação 37). O O OH O 1,2 eq. TTN CH2Cl2, t.a., 40 min. O 3 O 4 (20%) Equação 37- Reação de ciclização de 3 utilizando TTN em diclorometano como solvente à temperatura ambiente. A reação de ciclofuncionalização do lapachol 3 com TTN utilizando o metanol como solvente, apresentou um rendimento de 75% para a formação da αxiloidona 4, em um tempo reacional de 18 horas (Equação 38). 53 O O OH O 1,2 eq. TTN MeOH, t.a., 18 h O O 4 3 (75%) Equação 38- Reação de ciclização de 3 utilizando TTN em metanol como solvente à temperatura ambiente. Além dos solventes descritos anteriormente para a reação de ciclização com TTN, também foram utilizados solventes como anidrido acético, ácido acético/água (1:1) e metanol/água (1:1), porém houve a formação de mistura complexa de produtos onde não foi possível o isolamento de nenhuma substância. Os resultados mais importantes destas reações estão apresentados resumidos na Tabela 4. Os rendimentos químicos da α-xiloidona 4 foram determinados após purificação. O O O 4 Tabela 4- Resultados obtidos da reação de ciclização do Lapachol com TTN. Entrada Solventes Tempo Reacional 4 (%) 1 MeOH 18h 75 2 Ac2O/ H2O (1:1) 40 min. 40 3 AcOH 48 min. 34 4 CH2Cl2 40 min. 20 54 Como podemos observar a α-xiloidona 4 também foi isolada como produto principal nas reações de ciclização utilizando TTN. Nessas reações o melhor resultado foi observado quando metanol foi utilizado como solvente (75% de rendimento, entrada 1). Por outro lado, ao utilizar solventes como anidrido acético/água (1:1), ácido acético ou diclorometano (entradas 2, 3 e 4), a substância 4 foi isolada, de uma mistura complexa de produtos, com rendimentos que variam de baixos a moderados (Tabela 4). A irradiação por microondas em síntese orgânica69 tem sido utilizada com o objetivo de redução do tempo reacional, além de possíveis aumentos no rendimento reacional. A reação de ciclização do lapachol com TTA então foi efetuada utilizando irradiação por microondas em metanol e água como solventes. A α-xiloidona 4 foi isolada em 16% de rendimento após 3 minutos (utilizando 9 pulsos de 20 segundos cada um) de reação e em 44% de rendimento após 1,2 minutos (3 pulsos de 20 segundos e 1 pulso de 12 segundos) de reação em metanol e água como solvente respectivamente. Apesar da drástica mudança no tempo reacional não houve a obtenção do resultado desejado com relação ao rendimento (Tabela 3). Lembramos que estas reações levaram a uma mistura complexa de produtos, sendo isolada apenas a α-xiloidona. O O O 4 Tabela 5- Resultados obtidos da reação de ciclização do lapachol 3 com TTA utilizando irradiação por microondas. Entrada Solvente Tempo reacional (min.) 4 (%) 1 MeOH 3 16 2 H2O 1,2 44 55 Os produtos obtidos nas reações de ciclização do lapachol com TTA e TTN estão de acordo com o mecanismo geral proposto para reações de ciclofuncionalização com sais de Tálio18. O mecanismo envolve a formação inicial de um aduto oxitaliado o qual sofre destaliação formando o íon oxônio intermediário. Este íon oxônio pode sofrer uma reação de eliminação para formar a α-xiloidona 4 ou uma substituição obtendo, por exemplo, a rinacantina 5. Outros nucleófilos presentes no meio reacional podem levar a formação do acetato da substância rinacantina 5. O mecanismo proposto para as reações efetuadas está representado no Esquema 8. O O OH O TlX3 TlX2 O O 1 O O O b O b H a;c b c c a O a Y H 2 3 4 O 2 O O OH a O 3 X= -OAc or -ONO2 O Y= H2O; AcOH; MeOH; Ac2O; AcO-; NO3- O O 4 Esquema 8- Mecanismo geral para a ciclização do lapachol com sais de tálio III. 56 Resumo dos resultados: • As reações de um modo geral levaram preferencialmente à formação de derivados pirânicos em relação aos derivados furânicos. Provavelmente pela maior estabilidade destas substâncias; • A reação do Lapachol com TTN em metanol anidro levou à formação da αxiloidona 4 em melhor rendimento (Entrada 1, Tabela 4) apesar do grande tempo reacional. Quando TTA foi utilizado, os melhores resultados foram obtidos na utilização de anidrido acético ou metanol anidro como solventes (Entrada 1 e 5, Tabela 3). Por outro lado a rinacantina 5 foi obtida em 40% de rendimento quando se utilizou uma mistrura de anidrido acético/ água (1:1) como solvente (Entrada 2, Tabela 3). • A baixa nucleofilicidade e a maior basicidade das espécies presentes favoreceu a ocorrência de reações de eliminação, o que está de acordo com os resultados obtidos usando o íon nitrato e metanol (nucleófilos fracos) em comparação ao íon acetato (melhor nucleófilo); • A tendência para a contração do anel do aduto oxitaliado pode aumentar em solventes pouco básicos e nucleofílicos, como no caso do uso do diclorometano como solvente (Entrada 11, Tabela 3). 57 4.3-Estudo da abertura do epóxido do lapachol 3 em meio básico: Visando dar continuidade à obtenção de derivados cíclicos do lapachol 3, resolvemos estudar a reação de abertura do epóxido de 3 em meio básico. Conforme descrito na literatura, o epóxido do lapachol 3 é obtido intermediariamente nas reações em meio ácido, sem que ocorra o seu isolamento. Devido a este fato, resolvemos efetuar a reação de abertura do epóxido em meio básico, sem sua purificação. Assim, inicialmente efetuou-se a reação de 1 mmol de 3, 1,27 mmol de AMCPB em 10 mL diclorometano como solvente a zero grau Celsius e a seguir elevou-se a temperatura à temperatura ambiente. Deixou-se reagir por um período de 17 h. Após esse tempo, o produto foi filtrado e o solvente evaporado. Ao bruto reacional foi adicionado KOH e dimetilsulfóxido (DMSO). Após purificação foram obtidos a 3-hidroxi-β-lapachona 39 e a avicequinona-C 65 em 20% de rendimento, respectivamente (Equação 39). O O O O OH O 1) AMCPB, DCM, 17h, t.a. 2) KOH, DMSO, 70-100°C O 3 OH + O 39 (20%) OH O 65 (20%) Equação 39- Reação de abertura do epóxido de 3 em meio básico. Como mencionado anteriormente, as reações descritas na literatura sobre a reação de abertura de epóxido do lapachol 3 são realizadas em meio ácido. Segundo a literatura14,102 ,72 , a obtenção de 39 pode ser devido a acidez do meio. Também é descrito que não há o isolamento do epóxido do lapachol 3, mas sim seus produtos provenientes de sua abertura. Preocupados com a possibilidade de 3-hidroxi-β -lapachona 39 na reação de obtenção de 65, ser proveniente do meio reacional ácido, conforme relata a 58 literatura, resolvemos efetuar a reação de epoxidação de 3 com AMCPB, na proporção de 1 mmol de lapachol 3 para 1,27 mmol de AMCPB em diclorometano, por 24 horas a zero grau e à temperatura ambiente. Nesta reação observamos perfeitamente que a acidez do meio pode levar preferencialmente à formação de 39, como descrito, e não do epóxido do lapachol 4. Os dados entre parênteses, correspondem às proporções obtidas através 1 da análise do espectro de RMN de H do bruto reacional (Equação 40). O O O OH O AMCPB, DCM, 24h, 0°C O O 3 O + O OH 59 39 (1,00: 0,41) O O O OH O O AMCPB, DCM, 24h, t.a. + O O 3 OH 39 O OH 59 (1,00: 0,33) OH Equação 40- Reação de abertura do epóxido de 3 utilizando AMCPB à temperatura ambiente e a zero grau celsius. A fim de reafirmar a influência do meio ácido realizamos a mesma reação descrita anteriormente, nas mesmas condições, porém com adição de uma gota de HCl. Neste caso foram obtidos os mesmos produtos de reação, porém em proporções superiores de 39, confirmando a importância do ácido no curso da reação (Equação 41). 59 O O OH O O O AMCPB, DCM, 24h, t.a. + HCl (1gota) O 3 O O OH 39 (1,00: 0,25) 59 OH Equação 41- Reação de abertura do epóxido de 3 utilizando AMCPB e HCl à temperatura ambiente. Visando diminuir acidez do meio, na tentativa de favorecer a obtenção do epóxido, uma vez que o ácido pode provocar a sua abertura, tentamos efetuar a epoxidação em meio básico. Entretanto ao se reagir 1 mmol de lapachol 3 com 1,27 mmol de AMCPB na presença de 2,27 mmol de NaHCO3 como base e em diclorometano como solvente, observou-se o aumento da proporção de 59 em relação a 39 (Equação 42). O O O OH AMCPB, DCM, 24h, 0°C NaHCO3 O 3 O O O OH 39 O + 59 (1,00: 0,62) OH O 3 O O O O O AMCPB, DCM, 24h, t.a. NaHCO3 OH + O 39 O OH 59 (1,00: 0,70) OH Equação 42- Reação de abertura do epóxido de 3 em meio básico utilizando NaHCO3 à temperatura ambiente e a zero grau celsius. A mesma reação foi efetuada usando Na2HPO4 como base, no lugar de NaHCO3, nas mesmas proporções para as reações descritas anteriormente. A reação foi efetuada a zero grau, por 24 h. Os valores das proporções dos 60 produtos de reação estão entre parênteses, e foram observadas no espectro do bruto de reação. Neste caso, 59 foi o produto principal (Equação 43). O O OH O O AMCPB, DCM, 24h, 0°C Na2HPO4 O 39 O 3 O + O OH 59 OH (1,00: 5,62) Equação 43- Reação de abertura do epóxido de 3 em meio básico utilizando Na2HPO4 a zero grau celsius. Pôde-se observar, portanto que o aumento na força da base utilizada, levou à formação de 59 preferencialmente, como era esperado. A fim de reforçarmos essa influência iniciamos a mesma reação à temperatura ambiente. Entretanto, nesta reação podemos perceber que com o aumento da temperatura houve uma perda na seletividade da reação (Equação 44). OH O AMCPB, DCM, 24h, t.a. Na2HPO4 O 3 O O O O O + O OH 59 39 (1,00: 2,67) OH Equação 44- Reação de abertura do epóxido de 3 em meio básico utilizando Na2HPO4 à temperatura ambiente. Outros experimentos foram realizados utilizando uma base mais forte, como o KOH a 0°C e a temperatura ambiente (Equação 45). 61 O OH AMCPB, DCM, 24h, 0 °C Mistura insolúvel em solventes orgânicos KOH O 3 O O O OH O AMCPB, DCM, 24h, t.a. O + KOH O 39 O 3 O OH 59 OH (1,00: 2,60) Além de outras substâncias Equação 45- Reação de abertura do epóxido de 3 em meio básico utilizando KOH à temperatura ambiente e a zero grau celsius. Na Tabela 6 estão apresentados de forma resumida, os resultados das reações descritas anteriormente. O O O O O OH O 59 39 OH Tabela 6- Resultados obtidos da reação de abertura do epóxido de 3 em meio básico. Entrada a Meio Reacional Temperatura Proporções 39 59 1 ácido 0°C 1,00 0,41 2 ácido 0°C - t.a. 1,00 0,33 3 1 gota HCl 0°C - t.a. 1,00 0,25 4 NaHCO3 0°C 1,00 0,62 5 NaHCO3 0°C - t.a. 1,00 0,70 6 Na2HPO4 0°C 1,00 5,62 7 Na2HPO4 0°C - t.a. 1,00 2,70 8 KOH 0°C a a 9 KOH 0°C - t.a. 1,00 2,60 Ocorreu a formação de uma mistura insolúvel em solventes orgânicos. 62 O mecanismo geral encontra-se ilustrado no Esquema 9 a seguir: O O a O O Condições ácidas a ou b OH a ou b 39 (Produto principal) OH + O a OH b O b O O a b O 3 AMCPB 59 O OH O a O O a Condições básicas O O O 39 b OH a O b O b O OH 59 (Produto principal) Esquema 9- Mecanismos propostos para a ciclização do lapachol utilizando AMCPB em condições ácidas e condições básicas. Podemos observar que nas reações de abertura do epóxido de 3 em condição reacional básica o epóxido não foi isolado e a substância 59 foi obtida como produto majoritário a medida que a basicidade foi aumentada. Por outro lado o aumento drástico da basicidade pode levar a perda de seletividade da reação (Entradas 8 e 9, Tabela 6). 63 4.4- Avaliação da atividade biológica de 65 Devido ao fato das substâncias α-xiloidona 4, rinacantina 5 e dehidro-iso-αlapachona 6, serem naftoquinonas bem conhecidas na literatura, muitos testes de ação biológica já foram descritos. O mesmo não acontece com a avicequinona-C 65, a qual, até o momento apresenta um artigo12 referente ao estudo de sua atividade como agente antitumoral, no qual apresentou atividade inferior ao lapachol 3. Assim foram efetuados alguns testes biológicos com a substância 65, sintetizada neste trabalho. Os resultados encontram-se resumidos nas Tabelas 7 e 8. Tabela 7- Valores de IC50 obtidos utilizando o teste do MTT. Amostra HL-60 HCT-8 SF-295 MDA-MB435 (Leucemia) (Cólon) (SNC) (Mama) Avicequinona-C 2,261 0,5751 0,6077 0,04542 65 1.850 a 2.763 0.4501 a 0.516 a 0.025 a 0.081 0.7349 0.716 17,43 2,843 4,278 3,997 10.38 a 29.30 1,652 a 2.069 a 2.488 a 6.421 4.890 8.845 >25,0 >25,0 Lapachol 3 Lawsona 11 > 25,0 3,966 2.469 a 6.371 Tabela 8- Avaliação do efeito lítico em eritrócitos de camundongo da substância 65. Amostra 1h 2h 4h Avicequinona-C >50,0 >50,0 >50,0 A citotoxidade pelo método MTT é avaliada com ajuda de um corante vital (brometo de 3-[4,5 dimetltiazol-2-il]- 2,5- difeniltetrazol). Os parâmetros de 64 avaliação observados são a porcentagem demorte celular e a IC50 (concentração de produto que inibe 50% do crescimento celular). Não aplicável a produtos insolúveis em água. Podemos observar facilmente que a avicequinona-C 65 quando testada frente às quatro linhagens de células tumorais utilizando o teste do MTT, mostrou atividade superior em comparação com o lapachol 3 e a lawsona 11, o que nos faz acreditar na grande potencialidade antitumoral que 65 apresenta. Os testes biológicos foram realizados por Paula C. Jimenez, do Departamento de Fisiologia e Farmacologia, Faculdade de Medicina, UFCE, Fortaleza, CE. 65 5- Análises estruturais das substâncias obtidas Nesse capítulo analisaremos os dados fornecidos pelos espectros de RMN de 1H e 13 C das substâncias isoladas nas reações com lapachol 3 realizadas neste trabalho. Primeiramente analisaremos as substâncias isoladas nas reações de ciclização do lapachol 3 utilizando sais de tálio III, logo depois será feita a análise das substâncias isoladas nas reações de abertura do epóxido do 3 em meio básico. Utilizaremos dados espectrais presentes na literatura como padrão para a determinação estrutural das substâncias isoladas. 5.1- Análise dos espectros de RMN de 1H e 13C das substâncias obtidas nas reações de ciclização de 3 utilizando sais de Tálio (III) A ciclização do lapachol 3 utilizando sais de Tálio III levou ao isolamento de três substâncias principais, são elas: α-xiloidona 4, rinacantina 5 e dehidro-iso-αlapachona 6. O O 5 5 4 14 O 3 6 9 7 12 2 1 14 O 10 12 15 8 3 6 13 10 7 4 9 1 8 11 2 11 13 15 O O 4 6 O 5 4 3 6 14 O 10 13 15 7 9 8 12 2 1 11 OH O 5 66 A purificação do bruto reacional da reação entre lapachol 3 e TTA utilizando diclorometano como solvente, levou ao isolamento de três frações. A primeira fração corresponde a α-xiloidona 4. O 5 4 3 6 14 O 10 13 15 7 9 8 12 2 1 11 O 4 No espectro de RMN de H1 de 4 podemos visualizar o singleto referente aos hidrogênios H-14 e H-15 (correspondente às metilas) com sinal em 1,56 ppm. Pode-se observar também um dubleto em 5,74 ppm (J= 10 Hz) referente ao hidrogênio H-12 e um dubleto em 6,66 ppm (J= 10 Hz) referente ao hidrogênio H- 0.90 10 Hz 10 Hz 6.68 6.64 5.75 5.71 11 (Figura 19). 0.91 6.5 6.0 Figura 19- Sinais caracteríticos de 4. 67 Na Figura 20, a seguir, está apresentada uma comparação entre os valores dos assinalamentos obtidos neste trabalho para a α-xiloidona 4 (à esquerda) e os assinalamentos encontrados na literatura (à direita) 101 . O O 1.56, s 8.10, m 7.70, m 1.55, s 8.13, m O O 7.72, m 1.56, s 7.70, m 7.72, m H 8.10, m 1.55, s 5.73, d O H 8.13, m 5.72, d H O 6.66, d H 6.65, d 4 4 (Valores encontrados na literatura) Figura 20- Comparação entre os assinalamentos obtidos para 4 com os da literatura (RMN de H1). Foi feita a análise de ressonância magnética nuclear de carbono 13 (RMN de C13) de 4 obtido neste trabalho. Os valores dos sinais obtidos para cada carbono estão apresentados (à esquerda) na Figura 21 a seguir. Comparando esses valores com os assinalamentos contidos na literatura para 4, temos que a primeira fração realmente corresponde a α-xiloidona 4 . O O 126.1 152.3 O 80.3 131.4 133.1 179.7 28.2 28.2 131.3 133.8 117.7 181.7 115.3 126.1 130.7 125.9 152.1 O 80.2 131.2 132.9 179.3 28.3 28.3 131.2 133.7 125.9 O 117.6 130.6 181.3 115.2 O 4 4 (Valores encontrados na literatura) Figura 21- Comparação entre os assinalamentos obtidos para 4 com os da literatura (RMN de C13). 101 Ferreira, C.A.C.; Ferreira, V.F.; Pinto, A.V.; Lopes, R.S.C.; Pinto, M. C.R.; Silva, A.J.R. An. Acad. Bras. Cienc. 1987, 59, 5-8. 68 Na mesma reação, a segunda fração corresponde a dehidro-iso-αlapachona 6. O 5 4 3 6 14 O 10 13 12 7 9 8 2 1 11 15 O 6 No espectro de RMN de H1 de 6 podemos visualizar um duplo dubleto na região de 5.42 ppm com constantes de acoplamento de 8.6 e 11 Hz. O hidrogênios H-11 e H-11’ apresentaram dois duplo dubletos com deslocamentos químicos de 3.05 e 3.36 ppm com constantes de acoplamento de 8.6 e 17.2 Hz e 5.40 3.40 3.35 3.00 0.95 3.30 3.25 3.20 3.15 3.10 3.05 3.00 17.2 Hz 8.6 Hz 11 Hz 11 Hz 8.6 Hz 17.2 Hz 11 Hz 5.45 3.06 3.03 3.09 0.95 8.6 Hz 0.91 8.6 Hz 3.32 3.37 3.41 3.35 5.39 5.43 5.46 5.42 11 e 17.2 Hz respectivamente (Figura 22). Figura 22- Sinais carcterísticos de 6. 69 Na Figura 23 a seguir está apresentada uma comparação entre os valores dos assinalamentos obtidos neste trabalho para a dehidro-iso-α- lapachona 6 (à esquerda) e os assinalamentos encontrados na literatura (à direita) 102 [Figura 23]. 5.14, s O H 8.09, m H O 7.71, m 5.15, s O 5.01, s 7.72, m H 8.07, m 5.42, dd 7.71, m 8.09, m O H 1.81, s H 5.01, s 5.43, dd 7.72, m 8.07, m 3.36, dd 3.05, dd H O O H 3.36, dd 1.81, s H 3.03, dd 6 6 (Valores encontrados na literatura) Figura 23- Comparação entre os assinalamentos obtidos para 6 com os da literatura (RMN de H1). Foi feita a análise de ressonância magnética nuclear de carbono 13 (RMN de C13) de 6 obtido neste trabalho. Os valores dos sinais obtidos para cada carbono estão apresentados (à esquerda) na Figura 24 a seguir. Comparando esses valores com os assinalamentos contidos na literatura101 para 6 (Figura 24), temos que a segunda fração realmente corresponde a dehidro-iso-α-lapachona 6 . O 126.6 133.2 O 160.3 124.2 O 178.0 131.8 134.4 141.9 126.4 133.1 88.8 182.5 126.3 114.2 32.2 131.8 131.6 17.2 134.2 88.6 182.3 141.7 126.1 O 6 114.0 160.8 124.0 O 177.7 32.0 131.6 17.0 O 6 (Valores encontrados na literatura) Figura 38- Comparação entre os assinalamentos obtidos para 6 com os da literatura (RMN de C13). 102 Hayashi, K.; Chang, F.; Nakanish, Y.; Bastow, K.F.; Cragg, G.; McPhail, A.T.; Nozaki, H.; Lee, K. J. Nat. Prod. 2004, 67, 990-993. 70 Ainda na reação de ciclização do lapachol 3 com TTA utilizando diclorometano como solvente, a terceira fração corresponde a rinacantina 5. O 5 4 3 6 14 O 13 10 15 7 9 12 2 1 8 11 OH O 5 No espectro de RMN de H1 de 5 podemos visualizar um tripleto com deslocamento químico equivalente a 3.89 ppm referente ao hidrogênio H-12 que apresenta constante de acoplamento igual a 5.2 Hz. Existe ainda a presença de dois duplo dubletos em 2.68 e 2.87 ppm com constantes de acoplamento de 5.2 e 2.66 2.64 2.70 2.72 2.80 2.75 2.70 2.65 5.2 Hz 2.85 1.28 5.2 Hz 5.2 Hz 2.90 18.8 Hz 3.85 5.2 Hz 3.90 5.2 Hz 2.83 1.19 5.2 Hz 1.19 18.8 Hz 2.91 2.89 3.91 3.87 2.84 3.89 18.8 Hz cada um (Figura 25). Figura 25- Sinais carcterísticos de 5. 71 Na Figura 26, a seguir, está apresentada uma comparação entre os valores dos assinalamentos obtidos neste trabalho para a rinacantina 5 (à esquerda) e os assinalamentos encontrados na literatura11 (à direita) [Figura 26]. O O 8.05 (m) 8.04 (m) 1.47 (s) O 1.48 (s) O 7.68 (m) 7.64 (m) 1.42 (s) 3.89 (t) 7.73 (m) 7.74 (m) OH 8.11 (m) 1.41 (s) 3.90 (t) OH 8.00 (m) 2.68 (dd) 2.87 (dd) O O 2.68 (dd) 2.85 (dd) 5 (Valores encontrados na literatura) Figura 26- Comparação entre os assinalamentos obtidos para 5 com os da literatura (RMN de H1). Foi feita a análise de ressonância magnética nuclear de carbono 13 (RMN de C13) de 5 obtido neste trabalho. Os valores dos sinais obtidos para cada carbono estão apresentados (à esquerda) na Figura 27. Comparando esses valores com os assinalamentos contidos na literatura para 5, temos que a segunda fração realmente corresponde a rinacantina 5 . O O 126.4 179.4 157.7 O 80.3 131.0 133.1 68.3 131.9 133.9 125.9 184.4 25.6 153.6 O 80.3 130.9 133.9 131.9 68.3 118.0 184.2 25.6 125.9 O 5 179.3 133.2 24.6 OH 118.0 126.3 21.7 21.7 24.6 OH O 5 (Valores encontrados na literatura) Figura 27- Comparação entre os assinalamentos obtidos para 5 com os da literatura (RMN de C13). 72 5.2- Análise dos espectros de RMN de 1H e 13 C das substâncias obtidas nas reações de abertura do epóxido de 3 em meio básico 5.2.1- Reação de obtenção da avicequinona-C 65 e 3-hidroxi-β-lapachona 39 A reação entre o lapachol 3 e AMCPB em diclorometano, seguido de tratamento com KOH em DMSO levou ao isolamento de duas substâncias, conforme mencionado anteriormente. A separação dessas substâncias por coluna cromatográfica levou a formação de duas frações. A primeira fração desta reação corresponde a avicequinona-C 65. O 5 4 3 6 14 O 10 13 OH 12 7 9 8 2 1 11 15 O 65 O espectro de ressonância magnética nuclear de hidrogênio (RMN de H1) referente a substância 65 acima apresentou um singleto em 1,70 ppm referente aos hidrogênios H-14 e H-15, correspondentes às metilas. Além de um singleto em 6,82 ppm, bem característico de dupla ligação, correspondente ao hidrogênio H-11 (Figura 28). 73 6.82 0.85 6.80 Figura 28- Sinal característico de 65. Na Figura 29 está apresentada uma comparação entre os valores dos assinalamentos obtidos neste trabalho para a avicequinona-C 65(à esquerda) e os assinalamentos encontrados na literatura62 (à direita). O O O 1.70, s O 1.67, s OH OH 6.82, s 6.80, s 1.70, s 1.67, s O O 65 (Valores encontrados na literatura) 65 Figura 29- Comparação entre os assinalamentos obtidos para 65 com os da literatura (RMN de H1). Foi feita a análise de ressonância magnética nuclear de carbono 13 (RMN de C13). Os valores dos sinais obtidos para cada carbono estão apresentados na Figura 30 a seguir. Comparando esses valores com os assinalamentos contidos na literatura62 para a mesma substância, temos que a primeira fração realmente corresponde a avicequinona-C 65. 74 O O 126.7 133.6 133.6 151.6 O 173.3 133.7 167.8 132.9 OH 131.2 28.7 168.1 131.2 126.8 180.7 O OH 69.3 133.9 28.6 102.5 132.4 151.6 O 172.3 132.9 69.3 133.8 126.8 126.7 28.6 102.6 28.7 180.7 O 65 (Valores encontrados na literatura) 65 Figura 30- Comparação entre os assinalamentos obtidos para 65 com os da literatura (RMN de C13). Já a segunda fração desta reação corresponde a 3-hidroxi-β-lapachona 39. O 5 4 3 6 O 10 9 7 2 8 11 Hb 1 O 14 Ha 12 13 OH Hc 15 39 O espectro de RMN de H1 de 39 apresentou um tripleto em 3.93 ppm referente ao hidrogênio 12 (Hc) característico de hidrogênio carbinólico. Observase também um duplodubleto com deslocamento químico de 2.82 ppm e constantes de acoplamento no valor de 17.7 e 4.8 Hz, referente ao hidrogênio Ha. Outro sinal característico de 39 é o duplodubleto em 2.63 ppm que apresenta constantes de acoplamento iguais a 17.7 e 5.2 Hz referente ao carbono Hb (Figura 31). 75 3.94 3.93 3.92 3.91 2.90 2.85 2.61 1.46 2.80 2.75 2.70 4.8 Hz 5.3 Hz 2.65 2.60 17.7 Hz 5.3 Hz 4.8 Hz 17.7 Hz 5.3 Hz 2.59 2.66 1.46 5.3 Hz 3.95 2.65 2.84 2.86 3.96 2.78 3.92 2.80 3.93 3.95 1.00 Figura 31- Sinais característicos de 39. Na Figura 32 está apresentada uma comparação entre os valores dos assinalamentos obtidos neste trabalho para a 3-hidroxi-β-lapachona 39 (à esquerda) e os assinalamentos encontrados na literatura (à direita) 103 103 Wu, T.S.; Hsu, H.C.; Wu, P.L.; Leu, Y.L.; Chan, Y.Y.; Chern, C.L.; Yeh, M.Y.; Tien, H.J. Chem. Pharm. Bull. 1998, 46(3), 413-418. 76 2.55 O O 8.06, d O O 7.84, d Ha 2.83, dd, 17.7 e 4.8 Hz Hb 2.63, dd, 17.7 e 5.2 Hz 2.83, dd 2.62, dd 7.66, t 7.52, t 3.92, t O O OH OH Hc 3.93, t, 5.2 Hz 1.52, s 1.52, s 1.46, s 1.46, s 39 (Valores encontrados na literatura) 39 Figura 32- Comparação entre os assinalamentos obtidos para 39 com os da literatura (RMN de H1). Foi feita a análise de ressonância magnética nuclear de carbono 13 (RMN de C13). Os valores dos sinais obtidos para cada carbono estão apresentados na Figura 33. Esses valores foram comparados com os assinalamentos contidos na literatura62 para 39. Assim esses dados confirmam o observado na análise de RMN de H1. Temos que a segunda fração realmente corresponde a 3-hidroxi-βlapachona 39. O O 128.6 130.8 179.4 131.9 128.6 O 130.8 178.6 110.3 25.0 161.6 130.0 134.7 124.3 O 25.1 39 81.5 179.5 132.1 O 178.7 110.5 25.0 161.7 129.9 134.8 124.3 68.1 O OH 22.0 25.2 81.6 68.1 OH 22.0 39 (Valores encontrados na literatura). Figura 33- Comparação entre os assinalamentos obtidos para 39 com os da literatura (RMN de C13). 77 5.2.2- Reação de obtenção de 59 e 64. Dando continuidade ao estudo da reação de abertura do epóxido do lapachol 3 em meio básico, realizamos a reação entre 3 e AMCPB utilizando diclorometano como solvente e Na2HPO4 como base. A purificação do bruto reacional levou a obtenção de duas frações principais. A primeira fração obtida corresponde ao derivado nafto-ortofurânico 59. O 6 7 5 4 O 3 2 8 10 9 11 1 O 12 15 13 59 OH 14 Foi feita a análise de ressonância magnética nuclear de carbono 13 (RMN de C13) de 59. Os valores dos sinais obtidos para cada carbono estão apresentados na Figura 36. Comparando esses valores com os assinalamentos contidos na literatura62 para a mesma substância, podemos seguramente afirmar que a substância corresponde a 59 (Figura 34). O O 129.3 131.9 134.4 130.4 180.9 O 129.4 175.2 130.6 180.9 131.9 O 175.3 115.8 127.1 124.3 170.0 27.2 134.5 O 25.5 27.4 O 93.4 71.8 59 116.0 127.3 124.4 169.7 24.3 93.5 71.7 24.4 OH 25.7 OH 59 (Valores encontrados na literatura) Figura 34- Comparação entre os assinalamentos obtidos para 59 com os da literatura (RMN de C13). 78 O espectro de RMN de H1 de 59 apresentou um duplodubleto com deslocamento químico igual a 4.94 ppm e constantes de acoplamento no valor de 10.0 e 8.8 Hz referente ao hidrogênio Hc. Observa-se também um duplodubleto com deslocamento químico de 3.15 ppm e constantes de acoplamento no valor de 15.6 e 10Hz, referente ao hidrogênio Hb. Além disso, observa-se também um sinal 0.98 3.08 4.90 0.97 3.10 3.05 15.6 Hz 15.6 Hz 8.8 Hz 15.6 Hz 15.6 Hz 10 Hz 8.8 Hz 3.15 10 Hz 3.03 3.06 1.05 4.95 8.8 Hz 3.09 3.13 3.15 3.18 4.91 4.97 4.94 4.94 hidrogênio Ha (Figura 35). 3.11 em 3.07 ppm como sendo um duplodubleto (J= 15.6 e 8.8 Hz) referente ao O O Hb Ha Ha 3.07, dd, J= 15.6 e 8.8 Hz Hb 3.15, dd, J= 15.6 e 10 Hz O Hc 4.94, dd, J= 8.8 e 10 Hz Hc 59 OH Figura 35- Sinais característicos de 59. 79 A segunda fração corresponde a 3-hidroxi-β-lapachona 39, cuja estrutura foi analizada anteriormente neste trabalho. Vale ressaltar que em todas essas reações de obtenção de 59 e 64 foi possível observar a formação de traços de uma terceira substância a stenocarpona-B 64. Com isso resolvemos então avaliar a estrutura dessa substância a fim de termos certeza de que se tratava da naftoquinona em questão. O 5 4 3 6 14 O 10 13 OH 12 7 9 2 1 8 11 15 O 64 Foi feita a análise de ressonância magnética nuclear de carbono 13 (RMN de C13). Os valores dos sinais obtidos para cada carbono estão apresentados na Figura 34. Comparando esses valores com os assinalamentos contidos na literatura101 para a mesma substância, podemos seguramente afirmar que a substância corresponde a stenocarpona-B 64 (Figura 36). O O 177.6 159.8 O 125.9 132.8 134.0 131.3 132.7 126.1 182.0 132.7 92.0 71.5 124.8 28.2 131.1 OH 132.6 133.9 24.0 125.7 181.8 25.7 92.0 71.4 123.2 28.1 OH 24.3 O O 64 177.3 159.8 O 125.8 25.6 64 (Valores encontrados na literatura) Figura 36- Comparação entre os assinalamentos obtidos para 64 com os da literatura (RMN de C13). 80 O espectro de RMN de H1 de 64 apresentou um dubleto com deslocamento químico igual a 3.17 ppm e constante de acoplamento no valor de 10.0 Hz referente aos hidrogênios 11. Observa-se também um tripleto com deslocamento químico de 4.85 ppm e constante de acoplamento no valor de 10Hz, referente ao 4.88 4.82 3.15 3.19 4.85 hidrogênio 12 (Figura 37). 2.03 1.00 3.20 3.15 10 Hz 4.80 10.0 Hz 10.0 Hz 4.85 O O OH H O H H t, 4.85, 10 Hz 64 3.17, d, 10 Hz Figura 37- Sinais característicos de 64. 81 CONCLUSÕES 82 6- Conclusões O presente trabalho contribui com o estudo de reações de ciclização do lapachol, confirmando a importância do solvente nas reações utilizando sais de tálio III, onde solventes polares e pouco nucleofílicos favorecem a etapa de eliminação, por outro lado a presença de água no meio reacional pode levar ao aumento da formação de produtos de substituição. Conclui-se também a importância das condições reacionais para a reação de abertura do epóxido do lapachol, onde, nesse trabalho, está descrita (apesar do baixo rendimento) a primeira síntese da avicequinona-C 65. Além disso, foi possível verificar a possibilidade direcionamento da obtenção de 59, derivado orto-furânico do lapachol 3, em detrimento a formação do derivado pirânico 3hidroxi-β-lapachona 39 obtido na abertura do epóxido em condições ácidas. 83 PERSPECTIVAS 84 7- Perspectivas Como perspectivas desse trabalho temos: • A utilização de sais de tálio III em outras naftoquinonas naturais, na busca de derivados com atividades biológicas; • A reavaliação da reação de obtenção da avicequinona-C 65, a fim de se aumentar o rendimento químico ; • Utilização de outros métodos de epoxidação; • Avaliação de outras atividades biológicas da substância 65. 85 EXPERIMENTAL 86 8- Experimental 8.1- Materiais e Métodos A determinação estrutural das substâncias sintetizadas foi realizada através dos métodos instrumentais de espectroscopia da Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio (RMN da 1H) e Carbono 13 (RMN de 13C) e espectroscopia de infravermelho (IV). Os espectros de RMN de 1H e de RMN de 13 C foram obtidos por meio do aparelho Varian Unity Plus 300 utilizando solução de CDCl3 (utilizando Me4Si como referência interna). Os valores dos deslocamentos químicos foram aferidos em partes por milhão (ppm) em relação ao TMS e as constantes de acoplamento (J) em Hertz (Hz). As áreas dos sinais obtidas por integração eletrônica. Os espectros da região do infravermelho foram obtidos em espectrofotômetro Perkin-Elmer FT- IR, de feixe duplo, em pastilhas de KBr anidro ou em feixe sobre janelas da NaCl. Os valores para as absorções estão expressos em número de onda, utilizando-se como unidade cm-1. Os espectros de ultravioleta foram realizados em aparelhos UV Schimadizu Espectrophotometer, sendo a absorbância medida em nm e as concentrações em mol/ cm-1. As determinações de ponto de fusão foram realizadas em aparelho FisherJohns. Os solventes utilizados (das marcas VETEC ou Aldrich Co.) foram purificados via destilação por processos padrão descritos na literatura. As reações foram monitoradas utilizando a técnica de cromatografia em camada fina (CCF) 87 em cromatoplacas de sílica gel 60F- 254, com 0,2 mm de espessura de camada (REF 5554 MERCK). Os eluentes foram preparados em concentrações volume por volume (v/v) e as cromatoplacas foram reveladas utilizando vanilina sulfúrica 3% (p/v) seguida de aquecimento. A purificação das substâncias obtidas foi realizada utilizando Sílica Gel 60 (70- 230 mesh, VETEC). 8.2- Ciclização do lapachol 3 com sais de Tálio (III) O lapachol, necessário para a realização das reações, foi extraído da serragem do ipê amarelo, pelo tratamento da mesma, com solução de NaOH 0,01M seguido da adição de ácido clorídrico concentrado. A purificação foi realizada por recristalização em hexano. Primeiramente 1,5 mmol de triacetato de tálio ou 1,2 mmol de trinitrato de tálio foi adicionado a uma solução de 1 mmol de lapachol em 10 mL de solvente. A mistura foi levada à agitação magnética ou irradiação por microondas a temperatura ambiente por diferentes tempos reacionais conforme indicado em tabelas anteriores. OBS.: Compostos de tálio são tóxicos e quando ingeridos são facilmente absorvidos pelo sistema gastro-itnestinal. Os sintomas de ingestão são náuseas, vômitos de falta de ar, podendo levar a morte. Apesar disso existem antídotos que são utilizados para a eliminação de tálio do organismo 104 ( azul da prússia é um dos exemplos). Esta eliminação é feita através da urina, onde o tálio pode ser detectado. Após o término da reação a mistura reacional foi vertida em uma solução de bicarbonato de sódio e a fase orgânica foi extraída com acetato de etila. Logo após tratada com sulfato de sódio anidro. Após a evaporação do solvente, o bruto 104 Heydlauf, H. Europ. J. Pharmacol. 1969, 6, 340; Peter, A.L.J.; Viraraghavan, T. Envir. Inter. 2005, 31, 493. 88 reacional foi purificado por coluna cromatográfica de sílica-gel utilizando uma mistura de acetado de etila: hexano como solvente. Os rendimentos químicos representados no texto apresentam uma variação de 5 %. As substâncias obtidas apresentaram assinalamentos químicos de acordo com a literatura. O metanol anidro foi obtido pelo tratamento com CaH2 seguido de destilação conforme descrito na literatura 105 . O forno de microondas utilizado em todos os experimentos é da marca Eletrolux ®, 110V, modelo ME27F, 28L com gerador de MO na faixa de frequência de 2450 MHz, do laboratório do prof. Dr. Vitor Francisco Ferreira. α- xiloidona 4 (2,2-Dimetil-2H-benzo[γ]cromeno-5,10-diona) O O O 4 P.F.: 144 °C IV ( cm -1, pastilha KBr): 2924; 2853; 1674; 1643; 1570 cm-1. RMN de 1H (300 MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.56 (6H, s), 5.74 (1H, d, J=10.0 Hz), 6.66 (1H, d, J=10.0), 7.50-7.70 (2H, m), 8.00-8.11 (2H, m). RMN de 13 C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm): 28.3 (2 C); 80.3; 115.3; 117.7; 126.1 (2C); 130.7; 131.3; 131.4; 133.1; 133.8; 152.3; 179.7; 181.7 105 Perrin, D.D.; Armarego, W.L.F. Purification of laboratory chemicals, 3rd Edition, Pergamon Press, 1988. 89 Rinacantina 5 (3-Hidroxi-2,2-dimetil-3,4-dihidro-2H-benzo[γ]cromeno-5,10-diona) O O OH O 5 IV ( cm-1, Pastilha de KBr): 2923, 1679, 1617, 1371, 1340, 1268. RMN de 1H (300 MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.42 (3H, s), 1.47 (3H, s), 2.68 (1H, dd, J= 5.0 and 18.5), 2.87 (1H, dd, J= 5.0 and 18.5), 3.89 (1H, t, J= 5), 7.67- 7.73 (2H, m), 8.01-8.05 (2H, m) RMN de 13 C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm): 21.7; 24.6; 25.6; 68.3; 80.3; 118.0; 125.9; 126.3; 130.9; 131.9; 133.0; 133.9; 153.6; 179.3; 184.2. Dehidro-iso-α-lapachona 6 (2-Isopropenil-2,3-dihidro-nafto[2,3-β]furan-4,9-diona) O O O 6 IV ( cm -1 Pastilha de KBr): 2924; 1683; 1651; 1627; 1374 cm-1. RMN de 1H (300 MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.81 (3H, s), 3.05 ( 1H, dd, J= 8.5 e 17.3), 3.36 (1H, dd, J= 11.0 e 17.3 Hz), 5.01 (1H, sl), 5.14 (1H, sl), 5.42 (1H, dd, J= 8.5 e 11.0 Hz), 7.66-7.76 (2H, m), 8.08-8.11 (2H, m); 90 RMN de 13 C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm): 17.2; 32.2; 88.8; 114.2; 124.2; 126.3; 126.6, 131.8 (2C); 133.2; 134.4; 141.9; 160.3; 178.0; 182.5. 8.3- Estudo da abertura do epóxido do lapachol 3 em meio básico 8.3.1-Reação de obtenção da avicequinona-C 65 e 3-hidroxi-β-lapachona 39 Adicionou-se AMCPB (1,27 mmol) a uma solução contendo lapachol 3 (1mmol) em 10 mL de diclorometano. A seguir a reação foi mantida sob agitação magnética à temperatura ambiente por um período de 17h. Após esse período o meio reacional foi vertido em uma solução de bicarbonato de sódio 5% e a fase orgânica foi extraída com diclorometano. Logo após tratada com sulfato de sódio anidro e concentrada a vácuo. Ao resíduo adicionou-se 10 mL de DMSO e 0,45 mmol de KOH à temperatura ambiente. A solução foi mantida sob agitação magnética por 2h a 7090 °C. Após esse período foi efetuada a extração com éter etílico e então a fase etérea foi seca com sulfato de sódio anidro e concentrada a vácuo. O bruto reacional foi purificado por coluna cromatográfica de sílica-gel utilizando uma mistura de acetado de etila: hexano 30 % como solvente. A reação levou a obtenção de duas substâncias: 91 Avicequinona-C 65 (2-(1-Hidroxi-1-metil-etil)-nafto[2,3-β]furan-4,9-diona) O O OH O P.F.: 137.7-138.8 °C U. V. λmax nm: 291; 249.5 RMN de 1H (300 MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.70 (6H, s), 6.82 (1H, s), 7.70- 7.75 (2H, m), 8.20-8.13 (2H, m) 13 RMN de C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm): 28.6 (2 C); 69.3; 102.5; 126.7; 126.8; 131.2; 132.4; 132.9; 133.6; 133.8; 151.6; 167.8; 173.3; 180.8 IV ( cm-1, Pastilha de KBr): 2924; 2853; 1674; 1643; 1570 cm-1. 3-hidroxi-β-lapachona 39 (3-Hidroxi-2,2-dimetil-3,4-dihidro-2H-benzo[h]cromeno-5,6-diona) O O O OH 39 RMN de 1H (300 MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.46 (3H, s), 1.52 (3H, s), 2.63 (1H, dd, 17.7 e 5.2 Hz), 2.83 (1H, dd, 17.7 e 4.8 Hz), 3.93 (1H, t, 5.2 Hz), 7.52 (1H, t, 7.7 Hz), 7.66 (1H, t, 7.7 Hz), 7.84 (1H, d, 7.7 Hz), 8.05 ( 1H, d, 7.7 Hz). RMN de 13 C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm): 22.0; 24.9; 25.1; 68.1; 81.5; 110.3; 124.3; 128.6; 130.0; 130.8; 131.9, 134.8; 178.6; 179.4 92 8.3.2- Reação de obtenção de 39 e 59. Reagiu-se 1mmol de lapachol com 1,27 mmol de AMCPB na presença de 2,27 mmol de NaHCO3 (foram utilizados também Na2HPO4 e KOH, como bases) por 24 h sob agitação magnética à temperatura ambiente ou a zero graus celsius. Após esse período o meio reacional foi vertido em uma solução de HCl 10% seguido de tratamento com solução de bicarbonato de sódio 5% e a fase orgânica foi extraída com diclorometano. Logo após tratada com sulfato de sódio anidro e concentrada a vácuo. O bruto reacional foi purificado por coluna cromatográfica de sílica-gel utilizando uma mistura de acetado de etila: hexano 30 % como solvente. A reação levou a obtenção de duas substâncias principais: 39 e 59 (sendo a substância 64 obtida em traços). 3-hidroxi-β-lapachona 39 (3-Hidroxi-2,2-dimetil-3,4-dihidro-2H-benzo[h]cromeno-5,6-diona) O O O OH 39 RMN de 1H (300 MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.46 (3H, s), 1.52 (3H, s), 2.63 (1H, dd, 17.7 e 5.2 Hz), 2.83 (1H, dd, 17.7 e 4.8 Hz), 3.93 (1H, t, 5.2 Hz), 7.52 (1H, t, 7.7 Hz), 7.66 (1H, t, 7.7 Hz), 7.84 (1H, d, 7.7 Hz), 8.05 ( 1H, d, 7.7 Hz). RMN de 13C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm): 22.0; 24.9; 25.1; 68.1; 81.5; 110.3; 124.3; 128.6; 130.0; 130.8; 131.9, 134.8; 178.6; 179.4 93 Substância 59 2-(1-Hidroxi-1-metil-etil)-2,3-dihidro-nafto[1,2-b]furan-4,5-diona O O O 59 OH RMN de 1H (300 MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.29 (3H, s), 1.42 (3H,s), 3.07 (1H, dd, 15.6 e 8.8 Hz), 3.15 (1H, dd, 15.6 e 10 Hz), 4.94 (1H, dd, 10 e 8.8 Hz), 7.56 (1H, m), 7.66 (2H, m), 8.06 (1H, m). RMN de 13 C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm): 24.3; 25.5; 27.2; 71.8; 93.4; 115.8; 124.3; 127.1; 129.3; 130.4; 131.9; 134.4; 170.0; 175.2; 180.9 Stenocarpona B 64 2-(1-Hidroxi-1-metil-etil)-2,3-dihidro-nafto[2,3-b]furan-4,9-diona O O OH O 64 RMN de 1H (300 MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.26 (3H, s); 1.41 (3H, s); 3.17 (2H, d, 10 Hz); 4.85 (1H, t, 10 Hz); 7.75-7.66 (2H,m) ; 8.09-8.06 (2H, m). RMN de 13 C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm): 24.0; 25.6; 28.2; 71.5; 92.0; 124.8; 125.9; 126.1; 131.3; 132.7; 132.8; 134.0; 159.8; 177.6; 182.0 94