Publicação

Functionalization and biological activity evaluation of new abietane diterpenoids

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A resistência aos antibióticos tornou-se um problema global com o surgimento de bactérias multirresistentes, que não podem ser tratadas com antibióticos comuns. Todos os anos, ocorrem dezenas de milhares de mortes em consequência da resistência microbiana aos medicamentos e estima-se que em 2050 a resistência bacteriana se tornará uma das principais causas de morte em todo o mundo. Para contornar esta situação, é necessário um rápido desenvolvimento de novos antibióticos bem como um uso mais responsável deste tipo de medicamentos. Os produtos naturais e seus derivados ocupam uma posição importante como potenciais agentes terapêuticos, representando cerca de 55% de todos os antibióticos aprovados entre 01/1981 e 09/2019. Dentro dos produtos naturais, os terpenos apresentam elevado potencial antibacteriano, estando o seu mecanismo de ação associado às suas características lipofílicas. Os diterpenos do tipo abietano são geralmente isolados de oleorresinas de pinheiros e devido a sua atividade biológica são compostos bastante interessantes. Entre os vários membros desta família, o ácido abiético e o ácido dehidroabiético destacam-se por apresentarem propriedades antivirais, antitumorais, cicatrizantes, antiúlceras, gastroprotetores, ansiolíticas e antibacterianas. As β-lactamas são uma das classes de antibióticos mais relevantes no tratamento de patologias infeciosas. Desde a descoberta da penicilina, os fármacos desta classe têm revolucionado a abordagem ao desenvolvimento de novas moléculas para o tratamento de infeções bacterianas. Estes compostos possuem um largo espectro de ação, sendo ativos tanto sobre bactérias Gram-positivas como Gram-negativas. As β-lactamas são compostos bactericidas que atuam inibindo a síntese da camada de peptidoglicano da parede celular através da formação de uma ligação covalente entre o composto e as PBPs (Penicillin Biding Proteins). Essas proteínas são fundamentais por estarem envolvidas nos passos finais da ligação cruzada dos peptidoglicanos que formam a parede celular bacteriana. Uma estratégia interessante para obter o anel de β-lactâmico é através da ativação da ligação C(sp3)–H catalisada por paládio. De modo a obter potenciais antibióticos, neste trabalho foi realizada a síntese de novas β-lactamas a partir do ácido dehidroabiético. Foram inicialmente sintetizadas 13 amidas derivadas do ácido dehidroabiético (P1-P13, com rendimentos de 6% a 99%) para serem usadas como material de partida para a síntese de β-lactamas. Para a preparação das amidas derivadas do ácido dehidroabiético, duas metodologias sintéticas foram utilizadas. Por um lado, o ácido carboxílico foi convertido no cloreto de ácido, seguido pelo ataque nucleofílico da respetiva amina, obtendo-se assim as amidas P1 (a partir da 8-aminoquinolina), P2 (a partir 2-(piridin-2-il)isopropilamina), P3 (a partir da anilina), P4 (a partir da pentafluoroanilina), P5 (a partir da metoxiamina), P6 (a partir da 8-amino-5-iodoquinolina), P7 (a partir da 8-amino-5-bromoquinolina) e P8 (a partir da 8-amino-5-metoxiquinolina), com rendimentos de 6% a 95%. Por outro lado, a amida P6 (constituída pela 8-amina-5-iodoquinolina) foi sujeita ao acoplamento de SuzukiMiyaura, de modo a obter as amidas P9 (com a inserção de um anel de benzeno), P10 (com a inserção de um anel de furano), P11 (com a inserção de um anel de tiofeno), P12 (com a inserção de um anel de p-trifluorometilbenzeno) e P13 (com a inserção de um butil), com rendimentos de 61% a 99%. Partindo do composto P1 (constituído pela 8-aminoquinolina), foram testadas diversas metodologias existentes na literatura para a ativação da ligação C(sp3)–H catalisada por paládio. Após a otimização da metodologia selecionada, a mesma foi aplicada às amidas previamente obtidas (P1-P13). Como resultado, foi possível obter 8 β-lactamas (P14-P20, com rendimentos de 22% a 85%) correspondentes às amidas que continham a 8-aminoquinolina como grupo diretor. A β-lactama P21 (constituída pela 8-amino-5-bromoquinolina) foi obtida a partir da bromação de P14 (constituída pela 8-aminoquinolina) com um rendimento de 55%. Na tentativa de remover o grupo diretor, fez-se reagir nitrato de amônio cérico com a β-lactama P16 (constituída pela 8-amino-5-metoxiquinolina). Como resultado, foram obtidas outras duas β-lactamas (P22 e P23, com rendimentos de 22% e 49% respetivamente). P22 corresponde ao produto desejado da remoção do grupo diretor, enquanto P23 é um produto secundário constituído por uma dicetona. Quase todos os compostos obtidos são novos na literatura (P2, P4-P23), sendo a primeira vez que metodologias como acoplamento cruzado de Suzuki-Miyaura e síntese de β-lactamas através da ativação da ligação C(sp3)–H catalisada por paládio são aplicadas a derivados de ácido dehidroabiético. Relativamente à caracterização espectral dos compostos obtidos, comparando os espectros de ressonância magnética nuclear de protão e de carbono da amida P1 (constituída pela 8-aminoquinolina) e da sua respetiva β-lactama P14, foi possível observar que a principal diferença está nos sinais dos protões do CH2 (H-19), que pertencem ao anel de β-lactama. Com a formação do heterociclo, esses protões tornamse diastereotópicos devido à proximidade ao centro quiral na posição 4. Como resultado, o acoplamento geminal de cada protão faz com que os seus sinais correspondentes apareçam como um dupleto. Numa tentativa de obter β-lactamas derivadas do ácido abiético, as metodologias otimizadas anteriormente com o ácido dehidroabiético foram aplicadas. Utilizou-se a 8-aminoquinolina para formar a respetiva amida e uma amostra de ácido abiético contendo 25% de ácido dehidroabiético. No entanto, a amida derivada do ácido abiético não foi isolada pura, mas sim numa mistura com a amida formada a partir do ácido dehidroabiético. A mistura de amidas foi utilizada na reação para a formação da β-lactama, porém apenas a β-lactama correspondente ao ácido dehidroabiético foi obtida. Isso demonstra a dificuldade sintética para obter β-lactamas derivadas do ácido abiético. Foi investigada a estabilidade da β-lactama P14 (constituída pela 8- aminoquinolina) durante 33 dias, através da análise dos espetros de ressonância magnética nuclear de protão do composto em dimetilsulfóxido deuterado. Ao longo do tempo, nenhuma modificação espectral foi observada, indicando que a estrutura do composto é estável sob essas condições. De forma a tentar abrir o anel de β-lactama, o composto P14 foi sujeito a diversas metodologias sintéticas, de modo a formar ésteres, amidas e ácidos carboxílicos. Após a análise da reação por cromatografia em camada fina e ressonância magnética nuclear de protão, foi observado que nenhuma reação ocorreu. Isso demonstra mais uma vez a elevada estabilidade deste tipo de β-lactama, podendo isto estar relacionado com o volume do ácido dehidroabiético e da 8-aminoquinolina, que possivelmente protegem a amida de sofrer ataques de outros grupos funcionais. Num ensaio para avaliar a citotoxicidade do ácido dehidroabiético e de seus derivados P1 e P14 contra células HEK293T, nenhum dos compostos demonstrou citotoxicidade, indicando que a investigação destas estruturas para fins biológicos provavelmente não apresentará citotoxicidade. O ácido dehidroabiético e os derivados obtidos (P1-P23) foram testados contra bactérias Gram-positivas (S. aureus (ATCC 6538, ATCC 43866 e CIP 106706) e Enterococcus faecalis (ATCC 11420 e ATCC 51299)) e Gram-negativas (Pseudomonas aeruginosa (ATCC 9027) e Escherichia coli (ATCC 8739)). Em comparação com os derivados obtidos (P1-P23), o ácido dehidroabiético apresentou os melhores resultados antibacterianos, demonstrando que as modificações efetuadas não foram capazes de aumentar a atividade antibacteriana do composto. No geral, as β-lactamas apresentaram resultados piores que suas respetivas amidas e todos os compostos apresentaram nenhuma ou pouca atividade contra bactérias Gram-negativas. Além disso, foi observado que compostos ricos em oxigénio e em flúor, como P4 (amida constituída pela pentafluoroanilina), P8 (amida constituída pela 8-amino-5-metoxiquinolina), P10 (amida constituída pela inserção do anel de furano), P18 (β-lactama constituída pela inserção do anel de furano) e P23 (β-lactama constituída pela dicetona no anel de quinolina), apresentaram melhores resultados, sendo as β-lactamas P18 e P23 os derivados com resultados mais interessantes, apresentando valores de concentração mínima inibitória de 12,5 e 25 µg/mL contra bactérias Gram-positivas e de 50 µg/mL contra E. coli. Também, os derivados P1 (amida constituída pela 8-aminoquinolina), P3 (amida constituída pela anilina), P5 (amida constituída pela metoxiamina), P6 (amida constituída pela 8-amino-5-iodoquinolina), P7 (amida constituída pela 8-amino-5-bromoquinolina), P8 (amida constituída pela 8-amino-5-metoxiquinolina), P9 (amida constituída pela inserção do anel de benzeno), P14 (β-lactama constituída pela 8-aminoquinolina), P16 (β-lactama constituída pela 8-amino-5-metoxiquinolina) e P21 (β-lactama constituída pela 8-amino-5-bromoquinolina) tiveram a sua atividade antibacteriana testada contra Helicobacter pylori. Como resultado, nenhum dos compostos apresentou atividade, o que demonstra mais uma vez que esses compostos apresentam muito pouca ou nenhuma atividade contra bactérias Gram-negativas. Mesmo sem uma atividade antibacteriana significativa, os compostos obtidos fornecem informações importantes para uma futura otimização da estrutura do ácido dehidroabietico.
Autores principais:	Cabral, Sabrina Moreira Eyer
Assunto:	Dehydroabietic acid β-lactam C(sp3 )–H bond activation Suzuki-Miyaura cross-coupling Antibacterial Teses de mestrado - 2023
Ano:	2023
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	A resistência aos antibióticos tornou-se um problema global com o surgimento de bactérias multirresistentes, que não podem ser tratadas com antibióticos comuns. Todos os anos, ocorrem dezenas de milhares de mortes em consequência da resistência microbiana aos medicamentos e estima-se que em 2050 a resistência bacteriana se tornará uma das principais causas de morte em todo o mundo. Para contornar esta situação, é necessário um rápido desenvolvimento de novos antibióticos bem como um uso mais responsável deste tipo de medicamentos. Os produtos naturais e seus derivados ocupam uma posição importante como potenciais agentes terapêuticos, representando cerca de 55% de todos os antibióticos aprovados entre 01/1981 e 09/2019. Dentro dos produtos naturais, os terpenos apresentam elevado potencial antibacteriano, estando o seu mecanismo de ação associado às suas características lipofílicas. Os diterpenos do tipo abietano são geralmente isolados de oleorresinas de pinheiros e devido a sua atividade biológica são compostos bastante interessantes. Entre os vários membros desta família, o ácido abiético e o ácido dehidroabiético destacam-se por apresentarem propriedades antivirais, antitumorais, cicatrizantes, antiúlceras, gastroprotetores, ansiolíticas e antibacterianas. As β-lactamas são uma das classes de antibióticos mais relevantes no tratamento de patologias infeciosas. Desde a descoberta da penicilina, os fármacos desta classe têm revolucionado a abordagem ao desenvolvimento de novas moléculas para o tratamento de infeções bacterianas. Estes compostos possuem um largo espectro de ação, sendo ativos tanto sobre bactérias Gram-positivas como Gram-negativas. As β-lactamas são compostos bactericidas que atuam inibindo a síntese da camada de peptidoglicano da parede celular através da formação de uma ligação covalente entre o composto e as PBPs (Penicillin Biding Proteins). Essas proteínas são fundamentais por estarem envolvidas nos passos finais da ligação cruzada dos peptidoglicanos que formam a parede celular bacteriana. Uma estratégia interessante para obter o anel de β-lactâmico é através da ativação da ligação C(sp3)–H catalisada por paládio. De modo a obter potenciais antibióticos, neste trabalho foi realizada a síntese de novas β-lactamas a partir do ácido dehidroabiético. Foram inicialmente sintetizadas 13 amidas derivadas do ácido dehidroabiético (P1-P13, com rendimentos de 6% a 99%) para serem usadas como material de partida para a síntese de β-lactamas. Para a preparação das amidas derivadas do ácido dehidroabiético, duas metodologias sintéticas foram utilizadas. Por um lado, o ácido carboxílico foi convertido no cloreto de ácido, seguido pelo ataque nucleofílico da respetiva amina, obtendo-se assim as amidas P1 (a partir da 8-aminoquinolina), P2 (a partir 2-(piridin-2-il)isopropilamina), P3 (a partir da anilina), P4 (a partir da pentafluoroanilina), P5 (a partir da metoxiamina), P6 (a partir da 8-amino-5-iodoquinolina), P7 (a partir da 8-amino-5-bromoquinolina) e P8 (a partir da 8-amino-5-metoxiquinolina), com rendimentos de 6% a 95%. Por outro lado, a amida P6 (constituída pela 8-amina-5-iodoquinolina) foi sujeita ao acoplamento de SuzukiMiyaura, de modo a obter as amidas P9 (com a inserção de um anel de benzeno), P10 (com a inserção de um anel de furano), P11 (com a inserção de um anel de tiofeno), P12 (com a inserção de um anel de p-trifluorometilbenzeno) e P13 (com a inserção de um butil), com rendimentos de 61% a 99%. Partindo do composto P1 (constituído pela 8-aminoquinolina), foram testadas diversas metodologias existentes na literatura para a ativação da ligação C(sp3)–H catalisada por paládio. Após a otimização da metodologia selecionada, a mesma foi aplicada às amidas previamente obtidas (P1-P13). Como resultado, foi possível obter 8 β-lactamas (P14-P20, com rendimentos de 22% a 85%) correspondentes às amidas que continham a 8-aminoquinolina como grupo diretor. A β-lactama P21 (constituída pela 8-amino-5-bromoquinolina) foi obtida a partir da bromação de P14 (constituída pela 8-aminoquinolina) com um rendimento de 55%. Na tentativa de remover o grupo diretor, fez-se reagir nitrato de amônio cérico com a β-lactama P16 (constituída pela 8-amino-5-metoxiquinolina). Como resultado, foram obtidas outras duas β-lactamas (P22 e P23, com rendimentos de 22% e 49% respetivamente). P22 corresponde ao produto desejado da remoção do grupo diretor, enquanto P23 é um produto secundário constituído por uma dicetona. Quase todos os compostos obtidos são novos na literatura (P2, P4-P23), sendo a primeira vez que metodologias como acoplamento cruzado de Suzuki-Miyaura e síntese de β-lactamas através da ativação da ligação C(sp3)–H catalisada por paládio são aplicadas a derivados de ácido dehidroabiético. Relativamente à caracterização espectral dos compostos obtidos, comparando os espectros de ressonância magnética nuclear de protão e de carbono da amida P1 (constituída pela 8-aminoquinolina) e da sua respetiva β-lactama P14, foi possível observar que a principal diferença está nos sinais dos protões do CH2 (H-19), que pertencem ao anel de β-lactama. Com a formação do heterociclo, esses protões tornamse diastereotópicos devido à proximidade ao centro quiral na posição 4. Como resultado, o acoplamento geminal de cada protão faz com que os seus sinais correspondentes apareçam como um dupleto. Numa tentativa de obter β-lactamas derivadas do ácido abiético, as metodologias otimizadas anteriormente com o ácido dehidroabiético foram aplicadas. Utilizou-se a 8-aminoquinolina para formar a respetiva amida e uma amostra de ácido abiético contendo 25% de ácido dehidroabiético. No entanto, a amida derivada do ácido abiético não foi isolada pura, mas sim numa mistura com a amida formada a partir do ácido dehidroabiético. A mistura de amidas foi utilizada na reação para a formação da β-lactama, porém apenas a β-lactama correspondente ao ácido dehidroabiético foi obtida. Isso demonstra a dificuldade sintética para obter β-lactamas derivadas do ácido abiético. Foi investigada a estabilidade da β-lactama P14 (constituída pela 8- aminoquinolina) durante 33 dias, através da análise dos espetros de ressonância magnética nuclear de protão do composto em dimetilsulfóxido deuterado. Ao longo do tempo, nenhuma modificação espectral foi observada, indicando que a estrutura do composto é estável sob essas condições. De forma a tentar abrir o anel de β-lactama, o composto P14 foi sujeito a diversas metodologias sintéticas, de modo a formar ésteres, amidas e ácidos carboxílicos. Após a análise da reação por cromatografia em camada fina e ressonância magnética nuclear de protão, foi observado que nenhuma reação ocorreu. Isso demonstra mais uma vez a elevada estabilidade deste tipo de β-lactama, podendo isto estar relacionado com o volume do ácido dehidroabiético e da 8-aminoquinolina, que possivelmente protegem a amida de sofrer ataques de outros grupos funcionais. Num ensaio para avaliar a citotoxicidade do ácido dehidroabiético e de seus derivados P1 e P14 contra células HEK293T, nenhum dos compostos demonstrou citotoxicidade, indicando que a investigação destas estruturas para fins biológicos provavelmente não apresentará citotoxicidade. O ácido dehidroabiético e os derivados obtidos (P1-P23) foram testados contra bactérias Gram-positivas (S. aureus (ATCC 6538, ATCC 43866 e CIP 106706) e Enterococcus faecalis (ATCC 11420 e ATCC 51299)) e Gram-negativas (Pseudomonas aeruginosa (ATCC 9027) e Escherichia coli (ATCC 8739)). Em comparação com os derivados obtidos (P1-P23), o ácido dehidroabiético apresentou os melhores resultados antibacterianos, demonstrando que as modificações efetuadas não foram capazes de aumentar a atividade antibacteriana do composto. No geral, as β-lactamas apresentaram resultados piores que suas respetivas amidas e todos os compostos apresentaram nenhuma ou pouca atividade contra bactérias Gram-negativas. Além disso, foi observado que compostos ricos em oxigénio e em flúor, como P4 (amida constituída pela pentafluoroanilina), P8 (amida constituída pela 8-amino-5-metoxiquinolina), P10 (amida constituída pela inserção do anel de furano), P18 (β-lactama constituída pela inserção do anel de furano) e P23 (β-lactama constituída pela dicetona no anel de quinolina), apresentaram melhores resultados, sendo as β-lactamas P18 e P23 os derivados com resultados mais interessantes, apresentando valores de concentração mínima inibitória de 12,5 e 25 µg/mL contra bactérias Gram-positivas e de 50 µg/mL contra E. coli. Também, os derivados P1 (amida constituída pela 8-aminoquinolina), P3 (amida constituída pela anilina), P5 (amida constituída pela metoxiamina), P6 (amida constituída pela 8-amino-5-iodoquinolina), P7 (amida constituída pela 8-amino-5-bromoquinolina), P8 (amida constituída pela 8-amino-5-metoxiquinolina), P9 (amida constituída pela inserção do anel de benzeno), P14 (β-lactama constituída pela 8-aminoquinolina), P16 (β-lactama constituída pela 8-amino-5-metoxiquinolina) e P21 (β-lactama constituída pela 8-amino-5-bromoquinolina) tiveram a sua atividade antibacteriana testada contra Helicobacter pylori. Como resultado, nenhum dos compostos apresentou atividade, o que demonstra mais uma vez que esses compostos apresentam muito pouca ou nenhuma atividade contra bactérias Gram-negativas. Mesmo sem uma atividade antibacteriana significativa, os compostos obtidos fornecem informações importantes para uma futura otimização da estrutura do ácido dehidroabietico.