1 SÍNTESE DE DERIVADOS DO COMPOSTO NATURAL α

SÍNTESE DE DERIVADOS DO COMPOSTO NATURAL α-(-)-BISABOLOL, CONTENDO
BROMO E EPÓXIDO
Nathália Viégas Busato1, Jeniffer Cristina Silveira1, Adilson Vidal Costa2, Robson
Ricardo Teixeira3, Patrícia Fontes Pinheiro2
1
Universidade Federal do Espírito Santo – Centro de Ciências Agrárias /Departamento de Engenharia Rural,
Alto Universitário s/n, Guararema, 29.500-000, Alegre – ES, [email protected]
2
Universidade Federal do Espírito Santo – Centro de Ciências Agrárias /Departamento de Química e Física
3
Universidade Federal de Viçosa/Departamento de Química, Av. P. H. Rolfs, s/n – Centro, 36.570-000,
Viçosa - MG
Resumo- α-(-)-Bisabolol é um composto natural presente em óleos essenciais extraídos de várias
espécies de plantas e árvores, como por exemplo, E. erythropappus, conhecida como candeia. Esse
composto apresenta diversas atividades biológicas, tais como: antibacteriana, antimicótica,
antiulcerogênica, antiflogística e espasmódica. Com o intuito de potencializar tais atividades biológicas
apresentadas pelo α-(-)-Bisabolol, esse trabalho de pesquisa teve como objetivo principal a modificação
estrutural deste composto, realizando-se a síntese de novas moléculas a partir do α-(-)-Bisabolol, com a
introdução de diferentes grupos funcionais, como o grupo acetil e bromo, cujos rendimentos obtidos foram
de 57% e 65%, respectivamente, bem como a epoxidação na dupla endocíclica (18% de rendimento). Os
compostos sintetizados foram caracterizados por técnicas espectrométricas e espectroscópicas.
Palavras-chave: α-(-)-Bisabolol, modificações estruturais, acetilação, bromação, epoxidação
Área do Conhecimento: Ciências Exatas e da Terra
Introdução
O α-(-)-Bisabolol (Figura 1), conhecido
popularmente como Levomenol, tem como
nomenclatura
oficial:
(-)-6-metil-2-(4-metil-3ciclohexen-1-il)-5-hepten-2-ol (LOPES, 2010).
Trata-se de um álcool sesquiterpênico, do tipo
bisabolano, extraído de óleos essenciais de várias
plantas e árvores, tais como a candeia
(Vanillosmopsis erythropappa) e a camomila
(Matricaria chamomilla), e ocorre na natureza em
ambas às formas enantioméricas (-) e (+), sendo
que o (-) é mais abundante (ALEIXO, 1999). Este
composto é largamente utilizado na indústria
cosmética por promover o aumento da
permeabilidade cutânea (DIAS, 2009), usado
como
fragrância
em
perfumes,
xampus,
sabonetes, materiais de limpeza e detergentes
(BHATIA et al., 2008). Devendo-se também
ressaltar a presença de atividade antiinflamatória,
antiespasmótica, anti-séptica, calmante e até
antibiótica, com ausência de efeitos mutagênicos
(HARDY, 2007).
Alguns estudos referentes à modificação
estrutural deste composto foram realizados, tais
como os de Aleixo (1999), com o intuito de
desenvolver
metodologias
para
oxidações
seletivas em esqueletos similares ao do α-(-)Bisabolol. Pode-se citar também o trabalho de
Silva (2009), que sintetizou tiossemicarbazonas a
partir do α-(-)-Bisabolol e as avaliou quanto sua
atividade antitumoral. Analogamente, também com
o intuito de potencializar as atividades biológicas
do α-(-)-Bisabolol, Lopes (2010) realizou diversas
modificações estruturais e avaliou suas atividades.
4'
3'
1'
H
2S
5
OH
6
7
Figura 1. Esqueleto terpênico do α-(-)-Bisabolol
Diante das diferentes atividades biológicas
apresentadas pelo α-(-)-Bisabolol, esse trabalho
de pesquisa teve como objetivo principal a
modificação estrutural deste composto (Figura 2),
contendo diferentes grupos funcionais (bromo e
epóxido) que poderão potencializar a atividade
biológica frente às bactérias Staphylococcus
aureus, Escherichia coli e Bacilus cerreus, que
serão usadas nos testes biológicos futuramente.
A introdução do grupo bromo foi vislumbrada
devido esse grupo estar presente em metabólitos
secundários
que
apresentam
comprovada
atividade antimicrobiana, como rubrolídeos que
foram isolados das espécies Ritterella rubra e
XVI Encontro Latino Americano de Iniciação Científica e
XII Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba
1
Synoicum blochmanni (BELLINA et al., 2001). A
epoxidação foi sugerida devido à presença desse
grupo em compostos naturais como rotundifolona
e epóxi-limoneno que apresentam potencial
antimicrobiano frente a S. aureus (ARRUDA et al.,
2006).
HO
Br
Br
Br2
HO
rotavapor. O produto foi purificado por
cromatografia em coluna usando a mistura éter de
petróleo:acetato de etila (98:2). A caracterização
inicial foi realizada pela obtenção e análise dos
espectros de massas e IV, o produto formado está
representado na Figura 3.
(A)
Br
DCM
Br
AMCPB
O
HO
alfa-(-)Bisabolol
DCM, 0oC
Figura 3. Estrutura do α-(-)-Bisabolol acetilado
O
Figura 2. Esquema de síntese para obtenção de
derivados do α-(-)-Bisabolol.
Metodologia
O material de partida α-(-)-Bisabolol (~95% de
pureza) usado nesse trabalho, foi cedido pela
empresa Citróleo. Inicialmente, essa substância foi
devidamente caracterizada pela obtenção e
análises dos espectros de massas e no IV.
Reação de Adição de Bromo nas ligações
duplas do
α-(-)-Bisabolol
Em um balão bitubulado de 50 mL
adicionaram-se α-(-)-Bisabolol (0,9 mmol : 0,200 g)
e 2 mL de CH2Cl2, deixou-se sob agitação
magnética, banho de gelo (0ºC) e no escuro
durante 15 minutos. Adicionou-se lentamente 0,3
mL de bromo molecular (Br2), ainda nas mesmas
condições citadas anteriormente, permanecendo
sob agitação por mais 2 horas (NUNES, 2007).
A
reação
foi
acompanhada
por
cromatografia em camada delgada (CCD),
utilizando-se hexano como fase móvel e como
solução reveladora usou-se ácido sulfúrico em
metanol. O produto formado foi submetido à
cromatografia em coluna de sílica-gel, usando
hexano como eluente.
Reação de Acetilação para proteção do grupo
OH, usando metodologia descrita por Aleixo
(1999) e posterior Bromação
Em um balão de fundo redondo, à uma solução
de α-(-)-Bisabolol (0,500mg:2,25mmol) em CH2Cl2
(4mL), adicionaram-se anidrido acético (0,4mL),
trietilamina (0,4mL) e dimetilamino perídinio/DMAP
(0,0813mg, 0,67mmol). A mistura reagente foi
mantida sob agitação por 48h em temperatura
ambiente. A reação foi elaborada com
diclorometano, a fase orgânica foi secada com
sulfato de sódio anidro e o solvente evaporado em
(B)
Em um balão bitubulado de 100 mL foram
adicionados 0,550g de α-(-)-Bisabolol acetilado
-1
(MM = 280 gmol ) e 5 mL de CH2Cl2, deixou-se
sob agitação magnética, banho de gelo (0ºC) e no
escuro durante 15 minutos. Feito isto, adicionouse lentamente 0,5 mL de bromo molecular, ainda
nas mesmas condições citadas anteriormente,
permanecendo sob agitação por mais 2 horas
(NUNES, 2007).
Acompanhou-se o andamento da reação com o
auxílio da técnica de CCD, na qual utilizou-se
hexano como fase móvel e ácido sulfúrico em
metanol como solução reveladora. Identificandose a formação de produto, o mesmo foi submetido
à cromatografia em coluna de sílica-gel, onde foi
utilizado hexano como eluente.
.
Reação de Epoxidação das duplas ligações do
α-(-)Bisabolol
•
Tentativas 01 e 02
Em um balão bitubulado de 100mL, adicionouse α-(-)-Bisabolol diluído em CH2Cl2. Em seguida,
acrescentou-se, lentamente, uma solução de ácido
m-cloroperbenzóico (AmCPB) (77%). Deixou-se o
meio reacional sob agitação e à 0ºC, durante 1
hora. Após esse tempo, a reação foi filtrada em
papel de filtro, adicionando-se mais algumas gotas
de CH2Cl2 com o intuito de auxiliar na filtração
(ALEIXO, 1999). Foram realizadas duas tentativas
para esta reação, modificando-se a quantidade
dos reagentes utilizados, estes dados estão
listados na Tabela 1.
Tabela 1- Condições reacionais para Reação
de Epoxidação do α-(-)-Bisabolol
Tentativa
α-(-)-Bisabolol
AmCPB
01
0,2014 g
0,326g
5 mL
0,2707 g
0,572g
8 mL
02
XVI Encontro Latino Americano de Iniciação Científica e
XII Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba
CH2Cl2
2
•
Síntese do composto (A) – Adição de Bromo
nas ligações duplas do α-(-)-Bisabolol
Tentativa 03
Em um balão de fundo redondo (100mL), foram
adicionados 1,10g de α-(-)-Bisabolol diluídos em
12mL de éter etílico. Deixou-se o meio reacional
sob agitação magnética constante e à -78ºC (com
o auxílio de um banho de acetato de etila e N2
líquido) durante 10 minutos, logo após
adicionaram-se 1,3311g de AmCPB (77%) diluídos
em 12mL de éter etílico. O meio reacional
permaneceu sob essas condições durante 40
minutos (ALEIXO, 1999).
Após o término da reação, adicionaram-se
aproximadamente 15mL de uma solução saturada
de NaHCO3. Feito isto, realizou-se uma extração
líquido-líquido com 3x10mL de éter etílico,
utilizando-se Na2SO4 para retirar o restante de
água advinda da extração. O solvente foi
evaporado em um rotavapor (LOPES, 2010).
A reação foi acompanhada por CCD, utilizandose a mistura Hexano:Acetato de Etila (7:2) como
fase móvel e como solução reveladora usou-se
ácido sulfúrico em metanol. O produto formado foi
submetido à cromatografia em coluna de sílica-gel,
usando a mistura Hexano:Acetato de Etila (7:2)
como eluente.
•
Tentativa 01
Com
a
observação
em
CCD
do
desaparecimento da mancha referente ao material
de partida α-(-)-Bisabolol, a reação foi elaborada e
o produto purificado. O material obtido foi
analisado por espectrometria de massas (Figura 6)
e no IV (Figura 7).
145
69
100000
75000
157
50000
105
25000
119
199
91
41
185
77
53
0
25
360
171
32
50
75
100
125
150
210
175
200
279
223
225
Razão massa/carga (m/z)
250
275
300
325
350
375
Figura 6. Espectro de massas para o produto
obtido na reação de bromação do α-(-)-Bisabolol.
Resultados
•
Caracterização do α-(-)-Bisabolol
Com o intuito de caracterizar o α-(-)-Bisabolol,
obteve-se seu espetro de massas (Figura 4) e seu
espectro no IV (Figura 5).
3500e3
Figura 7. Espectro no IV para o produto obtido na
reação de bromação do α-(-)-Bisabolol.
119
3000e3
HO
69
2500e3
43
2000e3
•
1500e3
93
1000e3
204
95
Tentativa 02
67
161
500e3
134
39
139
189
0e3
50
75
100
125
Razão massa/carga (m/z)
150
175
175
207
200
Figura 4. Espectro de massas do α-(-)-Bisabolol.
HO
222
225
Com
a
observação
em
CCD
do
desaparecimento da mancha referente ao material
de partida α-(-)-Bisabolol acetilado, a reação foi
elaborada e o produto purificado. O material obtido
(óleo transparente) foi analisado através de
espectrometria de massas por inserção direta
(Figura 8). Foram obtidos 0,7377 g de produto e o
rendimento calculado foi de 65%.
1500e3
41
Br
1000e3
55
105
0e3
35
50
Br
Br
79 93
500e3
O
H3CCO
100
119
133 145 157
150
199
173 187
213 225 239 253 269
200
250
281
293 307 319
300
361
345
350
387 403
400
427
441
450
467 481 493
500
523
Br
559
550
582 603
600
Razão massa/carga (m/z)
Figura 5. Espectro no IV do α-(-)-Bisabolol.
Figura 8. Cromatograma de inserção direta para o
produto obtido na reação de bromação do α-(-)Bisabolol acetilado.
XVI Encontro Latino Americano de Iniciação Científica e
XII Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba
3
Síntese do composto (B) – Epoxidação das
duplas ligações do α-(-)-Bisabolol
•
foi analisado por cromatografia gasosa acoplada a
espectrometria de massas, sendo seu espectro de
massas representado na Figura 12.
Tentativas 01 e 02
500e3
143
43
400e3
Na reação de epoxidação todo material de
partida foi consumido, conforme analisado por
CCD. Após a purificação, foi obtido um óleo que
foi analisado por cromatografia gasosa acoplada a
espectrometria de massas, sendo o cromatograma
mostrado na Figura 9 e o espectro de massas na
Figura 10. Além de ser obtido também seu
espectro no IV (Figura 11).
59
200e3
O
125
71
161
119
179
100e3
39
205
177
0e3
50
75
100
125
150
Razão massa/carga (m/z)
175
200
220
238
225
Figura 12. Espectro de massas para o produto
obtido na reação de epoxidação do α-(-)-Bisabolol.
O fator de retenção do produto purificado foi de
Rf= 0,72 (Hexano:Acetato de Etila 7:1). Foram
obtidos 0,212 g de produto, sendo o rendimento
calculado em 18%.
TIC
10.0e6
5.0e6
49.00
49.25
49.50
49.75
50.00
50.25
50.50
50.75
51.00
51.25
51.50
51.75
52.00
52.25
52.50
Discussão
Tempo de análise (min)
Figura 9. Cromatograma obtido para o óleo,
produto da reação de epoxidação do α-(-)Bisabolol.
1000e3
•
143
43
750e3
HO
105
85
300e3
500e3
125
71
85
59
250e3
177
107
159
121
195
31
213
179
0e3
50
75
100
125
150
175
200
221
239
225
Razão massa/carga (m/z)
Figura 10. Espectro de massas obtido para o óleo,
produto da reação de epoxidação do α-(-)Bisabolol.
254
250
Caracterização do α-(-)-Bisabolol
Pelo espectro de massas (Figura 4) obtido para o
α-(-)-Bisabolol, observou-se o pico do íon
.+
molecular M = 222 (m/z) referente à massa
molecular do referido composto, os outros
fragmentos observados foram m/z= 204, 119, 109,
69, 43, que correspondem às massas típicas do
padrão
de
fragmentação
desse
álcool
sesquiterpênico.
O espectro no IV (Figura 5) obtido para o α-(-)Bisabolol, apresentou uma banda em forma de
-1
sino na região de 3409 cm , típica do estiramento
-1
da ligação O-H. Na região de 2964-2917 cm
foram observadas bandas típicas de estiramento
-1
da ligação C-H e, em 1439 cm foi observada uma
banda característica da ligação C=C de alquenos
(BARBOSA, 2007).
Síntese do composto (A) – Adição de Bromo
nas ligações duplas do α-(-)-Bisabolol
•
Figura 11. Espectro no IV para o óleo obtido na
reação de epoxidação do α-(-)-Bisabolol.
•
Tentativa 03
Na reação de epoxidação, nem todo material
de partida foi consumido, conforme analisado por
CCD. Após a purificação, foi obtido um óleo que
Tentativa 01
A partir do espectro de massas (Figura 6), era
esperado que o pico do íon molecular para o
composto A (produto bromado) fosse de 541,6
(m/z), o qual não foi observado. A reação seguiu
um curso diferente do esperado, visto que não
houve adição de bromo nas duas duplas ligações.
Observaram-se picos em 360 e 362 (m/z).
Pelo espectro no IV (Figura 7), observou-se o
-1
desaparecimento da banda em torno de 3409 cm
referente ao grupo OH presente no α-(-)-Bisabolol.
-1
Na região de 622 a 535 cm observou-se uma
banda intensa, a qual não está presente no
espectro no IV do α-(-)-Bisabolol. Essa região é
XVI Encontro Latino Americano de Iniciação Científica e
XII Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba
4
-1
típica de absorção do grupo C-Br (<670 cm )
(BARBOSA, 2007).
Com base nessa caracterização inicial, não se
pode afirmar que houve a formação do produto
almejado (composto A).
Visto que houve um desaparecimento do pico
referente à hidroxila na molécula do α-(-)Bisabolol, o que não era esperado, decidiu-se pela
proteção desta hidroxila utilizando o grupo acetil,
com o intuito de obter o produto desejado, sendo
assim, realizou-se a Tentativa 02.
•
Tentativa 02
Analisando o espectro de massas obtido
(Figura 8), os picos encontrados estão de acordo
com o esperado para o produto de bromação do α(-)-Bisabolol acetilado. Foram obtidos 0,7377 g de
produto e o rendimento calculado foi de 65%.
Síntese do composto (B) – Epoxidação das
duplas ligações do α-(-)-Bisabolol
•
No cromatograma (Figura 9), foram observados
dois picos de tempo de retenção (TR) muito
próximos: 50,87 e 50,97 min. Os espectros de
massas obtidos para eles apresentaram o mesmo
pico do íon molecular em 254 (m/z),
provavelmente esses compostos são isômeros.
Como exemplo, na Figura 10 é apresentado o
espectro de massas referente ao pico com TR =
50,87.
Pelo espectro no IV (Figura 11) para o óleo
(produto da reação de epoxidação) foi observada
-1
a banda referente ao estiramento OH (3410 cm ).
-1
Na região de 1057 e 1032 cm foram observadas
duas bandas intensas, sendo essas referentes ao
estiramento da ligação C-O. A intensificação na
absorção nessa região indica que houve reação
de epoxidação.
Pode ter ocorrido a formação da mistura dos
epóxidos (isômeros) mostrados na Figura 13 que
-1
apresentam massa molar de 254 g mol . A
formação desses compostos foi identificada no
trabalho de Aleixo (1999), quando realizou a
mesma reação.
O
O
OH
•
Tentativa 03
No espectro de massas obtido (Figura 12), foi
+.
observado o pico do íon molecular [M ], m/z =
238, referente a massa do produto de epoxidação
da dupla endocíclica do α-(-)-Bisabolol.
O produto obtido não foi usado na reação para
a abertura do epóxido, no preparo de dióis,
conforme previsto no projeto de pesquisa. A
reação para a obtenção do produto epoxidado,
mostrado acima, apresentou rendimento muito
baixo. Além disso, as condições reacionais para a
o
obtenção desse produto, temperatura de -78 C
(uso de nitrogênio líquido) e o uso do reagente
ácido m-cloroperbenzóico de alto custo, bem como
a dificuldade em purificar o produto foram os
principais fatores que limitaram a possibilidade de
uma etapa posterior.
Conclusão
Tentativas 01 e 02
O
Com o intuito de evitar reações secundárias,
como ocorridas nas Tentativas 01 e 02, realizouse a Tentativa 03.
OH
O
Figura 13. Estruturas dos possíveis epóxidos
formados a partir do α-(-)-Bisabolol.
Foram obtidos dois produtos derivados do α-(-)Bisabolol,
que
foram
quantificados
e
caracterizados. Para a obtenção do produto
bromado foi necessário proteger o grupo hidroxila
e o produto foi obtido com rendimento de 65%. A
epoxidação do α-(-)-Bisabolol ocorreu na dupla
endocíclica, o rendimento obtido foi de apenas
18%.
Os
compostos
sintetizados
serão
futuramente testados
quanto à atividade
antimicrobiana.
Agradecimentos
À empresa Citróleo, por ceder o material de
partida α-(-)-Bisabolol.
À FAPES e ao CNPq, pelo apoio financeiro.
Ao NUDEMAFI (Núcleo de Desenvolvimento
Científico
e
Tecnológico
em
Manejo
Fitossanitário).
Referências
- ALEIXO, A.M. Desenvolvimento de metodologias
para oxidações seletivas em esqueletos pmentânicos.
Utilização
em
reações
para
transposição 1,2 de enonas ou apenas de
carbonilas. Aplicações em sínteses de produtos
naturais. 1999. 302p. Tese (Doutorado em
Química) – Instituto de Química, Universidade
Estadual de Campinas, Campinas, 1999.
XVI Encontro Latino Americano de Iniciação Científica e
XII Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba
5
- ARRUDA, T.A. et al. Preliminary study of the
antimicrobial activity of Mentha x villosa Hudson
essential oil, rotundifolone and its analogues.
Revista Brasileira de Farmacognosia, v.16, p.
307-311, 2006.
BARBOSA,
L.C.A.
Espectrometria
no
infravermelho na caracterização de compostos
orgânicos, Viçosa: Ed. UFV, 2007, 189 p.
- BELLINA, F. et al. Selective synthesis of (Z)-4aryl-5-[1-(aryl)methylidene]-3-bromo-2-(5H)
furanones. Tetrahedron, v. 57, p. 9997-1007,
2001.
- BHATIA, S.P.; MCGINTY, D.; LETIZIA, C.S.; API,
A.M. Fragrance material review on α-(-)-Bisabolol.
Food and Chemical Toxicology, 46, 2008, 572–
576.
- DIAS, A. J. L. G. Estudos para a preparação de
tetraidrofuranos substituídos a partir do α-(-)Bisabolol e obtenção de análogos de compostos
com atividade biológica. 2009. 195p. Dissertação
(Mestrado em Química) – Instituto de Química,
Universidade Estadual de Campinas, Campinas,
2009.
- HARDY, L. D. Estudos para Transformações
Químicas em Sistemas Sesquiterpênicos do Tipo
Bisabolano. 2007. 272p. Dissertação (Mestrado
em Química) – Instituto de Química, Universidade
Estadual de Campinas, Campinas, 2007.
- LOPES, T. L. Modificação do produto natural α-()-Bisabolol. 2010. 160p. Dissertação (Mestre em
Ciências – Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Química. Área de Concentração:
Novos Materiais e Química Fina) – Escola de
Engenharia de Lorena, Universidade de São
Paulo, Lorena, 2010.
- NUNES, C. M. Síntese de olefinas tri- e tetrasubstituídas via reação de acoplamento catalisada
por paládio. 2007. 85p. Dissertação (Mestrado em
Química) – Instituto de Química, Universidade
Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2007.
- SILVA, A. P. Síntese e avaliação da atividade
antitumoral de tiossemicarbazonas derivadas do α(-)-Bisabolol. 2009. 244p. Dissertação (Mestrado
em Química) – Departamento de Química,
Universidade Estadual de Maringá, Paraná, 2009.
XVI Encontro Latino Americano de Iniciação Científica e
XII Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba
6