1- Oxazolidinonas

Oxazolidinonas são substâncias cíclicas de 5 membros constituídas por um átomo de nitrogênio, um átomo de oxigênio e um grupo carbonila em sua estrutura. Estas substâncias apresentam atividade contra uma gama de infecções bacterianas, e também tem apresentado promissores resultados, tanto in vitro como in vivo, contra M. tuberculosis. A linezolida, primeiro fármaco desta classe disponível para uso clínico, foi desenvolvida com o nome de Zyvox, sendo aprovada pelo FDA em 2000 em caso de infecções causadas por bactérias Gram-positivas resistentes a diferentes tipos de antibióticos, tais como vamcomicina e penicilina.

Figura 1. Estrutura geral das 2-oxazolidinonas (A) e linezolida (B)

Um estudo realizado a partir do aminoálcool L-serina teve como objetivo a obtenção de derivados N-acil-hidrazônicos contendo o núcleo oxazolidinona, visando a identificação de novas substâncias com potencial atividade contra o M. tuberculosis. Além das substâncias-alvo também foram obtidos, em menor proporção, compostos contendo em sua estrutura azometil-iminas, como descrito abaixo:

Esquema 1. Síntese de oxazolidinonas a partir da L-serina. a) SOCl2, MeOH, t.a., 24 horas; b) (BOC)2O, Et3N, THF, t.a., 24 horas; c) N2H4×H2O 85%, EtOH, t.a., 24 horas; d) R1,R2 benzaldeído, EtOH, refluxo, 3-48 horas; e) MsCl, Et3N, DCM, t.a., 24 horas

 

Embora os produtos obtidos e seus intermediários não tenham apresentado significativa atividade tuberculostática, a elaboração de azometinas pode ser considerada uma descoberta importante, pois não existiam estudos anteriores que descreviam a síntese destes núcleos a partir de matérias primas análogas.

Figura 2. Obtenção de azometil-iminas como subproduto nas reações para obtenção de compostos contendo o núcleo oxazolidinona

Com o objetivo de otimizar a síntese de núcleos oxazolidinonas a partir do aminoalcool L-serina, nosso grupo de pesquisa desenvolveu uma metodologia inédita, utilizando como material de partida o reagente iodeto de metila, e específica para a série de compostos protegidos com Cbz. Compostos análogos protegidos com o grupamento Boc resultaram em produtos N-metilados, como descrito no esquema abaixo. Estudos de difratometria de Raios-X confirmaram que a reação de ciclização e obtenção do núcleo oxazolidinona ocorre com retenção de configuração.

Esquema 2. Nova metodologia para a síntese de oxazolidinonas a partir da L-serina. K2CO3, (CH3)2CO, CH3I, 500C, 24-48 horas.

Med. Chem. 7, 611-623, 2011; Lett. Org. Chem., 10, 1-2, 2013

2-Oxazolinas

         Esta classe de substâncias possui diferentes tipos de aplicação, tais como síntese assimétrica, inibidores de corrosão, óleos lubrificantes, aditivos de gasolina e no desenvolvimento de fármacos. Nosso grupo de pesquisa sintetizou diferentes 2-oxazolinas a partir de aminoácidos e do fármaco de segunda escolha no tratamento da tuberculose etionamida. As 2-oxazolinas obtidas a partir desse fármaco não apresentaram atividade frente ao Mycobacterium tuberculosis.

Esquema 3. Preparação de 2-oxazolinas

Mediterranean Journal of Chemistry 2014, 2 (5), 648-657

Esquema 4. Preparação de derivados da etionamida

Journal of Sulfur Chemistry 2008 29 (2), 145-149

 

3-Aminoálcoois

         Os aminoálcoois e seus derivados constituem uma importante família de compostos orgânicos de interesse farmacológico. Isto pode ser confirmado pelo grande número de novas moléculas contendo o núcleo aminoálcool que vem sendo desenvolvido para uso em diversas doenças, a saber: doença de Alzheimer, processos inflamatórios, esclerose múltipla, e doenças auto-imunes. Além da sua importância em química medicinal, os aminoálcoois possuem diversos tipos de aplicação, tais como na síntese de complexos, em síntese assimétrica e como building-blocks podendo-se destacar a etanolamina (2-aminoetanol).

Figura 2. Aminoálcoois e suas aplicações

Para destacar o potencial dessa classe de substâncias, pode-se citar o etambutol, fármaco de primeira escolha no combate à tuberculose, mefloquina utilizada no tratamento da malária e ritonavir e lopinavir anti-HIV.

Figura 3. Diferentes fármacos contendo a função 1,2-aminoálcool

Figura 4. Etambutol: Fármaco de primeira escolha no tratamento da tuberculose; atua na parede celular bacteriana

Esquema 5. Síntese Industrial do Etambutol

Esquema 6. Desenvolvimento de uma nova rota sintética alternativa para a produção do fármaco Etambutol

Letters in Organic Chemistry 12, 478-481, 2015

 

Em colaboração com o professor Marcone Augusto Leal de Oliveira da Universidade Federal de Juiz de Fora – MG foi realizado o desenvolvimento e validação por eletroforese capilar de zona (CZE) do etambutol sintetizado e em formulação farmacêutica, bem como de seus intermediários e subprodutos.

3.1 Aminoálcoois obtidos a partir do D-manitol

 O D-manitol é um carboidrato natural encontrado em diversos vegetais como beterraba, cebola, aipo, figo e azeitonas. Além disso, está presente em alguns exsudatos de árvores e algas marinhas, dos quais pode ser obtido por meio de extração com álcool a quente. O maná obtido da Fraximus ornus (Fam. Oleaceae) pode conter de 60 a 90% de D-manitol como principal constituinte. No entanto, sua concentração na natureza não é o suficiente para justificar sua extração comercial, o que faz com que seja obtido industrialmente, em mistura com o D-sorbitol a partir da hidrólise da sacarose e posterior hidrogenação da frutose.

Figura 5. Aplicações gerais do D-manitol

Esquema 7. Rota sintética utilizada na preparação dos aminálcoois

Química Nova  31, 776-780, 2008

Esquema 8. Rota de preparação dos derivados imínicos a partir do D-manitol

Carbohydrate Research 344, 2042–2047, 2009

Esquema 9. Rota de preparação dos derivados 1,2,3-triazólicos a partir do D-manitol

Journal of Carbohydrate Chemistry, 29:265–273, 2010

4- Mefloquina e derivados

  • Fármaco desenvolvido em 1970 pelo exército americano
  • Utilizada na profilaxia e no tratamento da malária
  • Ativa contra bactérias Gram-positivas
  • Atividade Bactericida
  • Capaz de inibir bomba de efluxo – um dos principais mecanismos de resistência bacteriana
  • Foi utilizada com sucesso no tratamento de um paciente, portador do HIV, infectado por avium

ho-hn

Figura 6. Estrutura da Mefloquina

Vantagens da mefloquina e seus derivados como candidato a fármaco no tratamento da tuberculose

  • Atinge concentrações em tecidos 80 vezes maiores do que a concentração plasmática
  • Tempo de meia-vida relativamente longo
  • Bem tolerada por pacientes portadores do HIV
  • Não apresenta interações medicamentosas com antiretrovirais como os inibidores da protease nelfinavir e o indinavir (importantes perspectivas para o tratamento de co-infecção TB/HIV).
  • Apresenta boa absorção gastrointestinal
  • Concentra-se principalmente nos pulmões, o órgão mais afetado pelo tuberculosis

Formação de Oxazolidinas

  • Pró-fármacos
  • Candidatos a fármacos
  • Catálise assimétrica
  • Ligantes

Esquema 10. Síntese de oxazolidinas a partir da mefloquina

European Journal of Medicinal Chemistry 45, 6095-6100, 2010; Journal of Molecular Structure 990, 67–74, 2011; Bioorganic & Medicinal Chemistry 20, 243–248, 2012; Chem Biol Drug Des 83, 126–131, 2014

5-Hidroxietilaminas e hidroxietilssulfonamidas

As hidroxietilaminas (HEA) são substâncias de grande importância e versatilidade, com promissora aplicação em diversas áreas, tais como química orgânica e medicinal. As HEA passaram a desempenhar importante papel na química medicinal, na década de 1990, durante o desenvolvimento dos inibidores de protease (IPs) peptideomiméticos do HIV.  A função hidroxietilamina está presente também no etambutol, importante fármaco anti-TB.

Esquema 11. Síntese das hidroxietilaminas

Esquema 12. Efeito dos substituintes na atividade antimicobacteriana das substâncias sintetizadas.

 Medicinal Chemistry Research 24, 533-542, 2015

 

6-Diaminas

         Diaminas, assim como os aminoálcoois, são também uma classe de substãncias farmacologicamente ativas apresentando também uma série de outras aplicações em diversos campos da química.

Esquema 13. Perda da Atividade Biológica por substituição em compostos diaminados

Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 19 (2009) 4937–4938

 

7-Quinolinas

As quinolinas estão presentes em vários produtos naturais, principalmente sob a forma de metabólitos secundários denominados alcalóides, que são produzidos por plantas e algumas bactérias. Essas substâncias são a maior classe de metabólitos secundários existente, possuindo mais de 6500 substâncias conhecidas. Na maioria dos casos, a biossíntese dos alcalóides tem origem a partir de aminoácidos. Os alcalóides quinolínicos, por exemplo, são produzidos a partir do triptofano ou do ácido antranílico. Além de sua ocorrência natural, várias metodologias sintéticas foram desenvolvidas e são largamente utilizadas para a obtenção de derivados quinolínicos diferentemente substituídos.

Figura 7. A importância do núcleo quinolínico no desenvolvimento de fármacos

O núcleo quinolínico é uma importante classe de compostos heterocíclicos no campo do desenvolvimento de fármacos, visto que é encontrado em muitos produtos naturais e sintéticos, que possuem ampla gama de atividades farmacológicas. Como exemplo podemos mencionar os derivados quinolínicos, que são especialmente relevantes no desenvolvimento de antimalariais. A quinina, que é um alcalóide quinolínico isolado da casca das árvores Cinchona spp, muito abundantes na região dos Andes, foi o primeiro tratamento eficaz contra a malária. Sendo assim, pode-se dizer que a quinina serviu como substância-líder para projetar novos fármacos antimalariais, como as séries das 4-amino-quinolinas (cloroquina e amodiaquina), das aril-aminoálcoois quinolinas  (mefloquina) e das 8-amino-quinolinas (primaquina e taferoquina).

Figura 8. Fármacos quinolínicos antimalariais desenvolvidos a partir da quinina.

Além de sua aplicação como antimalariais, esses fármacos quinolínicos apresentados anteriormente mostraram promissoras perspectivas quando avaliados contra a tuberculose. Baseados nesses resultados, nosso grupo sintetizou e avaliou diferentes substâncias contendo o núcleo quinolínico com promissores resultados com MIC variando de 2,5-100 μg⁄mL.

Esquema 14. Síntese dos derivados 7-cloro-quinolínicos sintetizados funcionalizados na posição C4. Reagentes e condições: a) 1-Etanolamina, Et3N, 120°C, 2h, 94%; b) SOCl2, DMF, 24h, 94%; c) Derivado XIIIa:  NaN3; DMF; 4h; 46%; Derivados XIIIb-h: aminas correspondentes, Et3N; 1-24h, 80-120oC, 72-95%;  d) TsCl, piridina, 50°C, 4h; e) KCN, DMF, 100°C, 1h, 35% em duas etapas; f) diamina correspondente, 80-135°C, 4h, 51-94%; g) Derivado XVIa: NaN3, DMF, 100°C, 3h, 70%; Derivado XVIb: Fenol, NH3(g), 170°C, 2h, 82%; Derivados XVIc-j:  amina ou aminoálcool correspondente, Et3N, 60-120°C, 2-24h, 66-96%.

 

Figura 9. Pontos críticos para atividade biológica.

Bioorganic & Medicinal Chemistry 17, 1474–148, 2009; Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 19, 6272–6274, 2009; CrystEngComm 11, 1133-1138, 2009

8-Derivados da Cânfora

         O produto natural cânfora é isolado da árvore o canforeiro (Cinnamomum camphora) sendo conhecido desde a antiguidade como medicamento, cerimonias religiosas, culinária e aromatizante. A cânfora é também um excelente sinton em síntese orgânica e assimétrica. Diferentes derivados tendo a cânfora como material de partida foram preparados e avaliados frente ao Mycobacterium tuberculosis.

Esquema 15. Síntese de derivados da cânfora.

Scientia Pharmaceutica, 1508-12, 2016

9-Produtos de acoplamento da L-serina com a pirazinamida

Os novos derivados foram planejados explorando-se a hibridação molecular da L-cicloserina com a pirazinamida, fármaco de primeira escolha no tratamento da tuberculose, através da introdução da subunidade farmacofórica acil-pirazina ao análogo acíclico da L-cicloserina em seus dois sítios nucleofílicos (compostos A e C), como descrito no esquema abaixo:

Esquema 16. Produtos e subprodutos em reações de acoplamento entre a L-serina e o ácido pirazinóico. a) SOCl2 (4 eq.), DMF, DCM, t.a., 3 horas; b) Et3N (1,5 eq.), THF, t.a., 5 horas

Chem. Res. 3, 180-184, 2007

 

Os produtos obtidos foram avaliados em teste biológico in vitro (metodologia MABA) e, inesperadamente, apenas os produtos B e E, que poderiam ser classificados como subprodutos das reações, apresentaram atividade biológica de 50 e 100μg/mL, respectivamente. Considerando a CIM da pirazinamida de 100μg/mL, estes produtos apresentam importantes indícios que modificações nestas estruturas poderiam proporcionar novos derivados com promissoras atividades no combate à tuberculose.

 

10-Novas combinações de fármacos

O uso de diferentes fármacos, a politerapia, é uma importante estratégia no combate a diferentes tipos de doenças apresentando uma série de vantagens, tais como redução no tempo de tratamento, maior eficácia e prevenção de resistência. Uma outra vantagem na combinação de fármacos é a dose fixa combinada, que por definição é a combinação de dois ou mais fármacos em um único medicamento apresentando, além das vantagens anteriormente mencionadas custo, armazenamento e adesão ao tratamento. Como exemplo dessa estratégia podemos mencionar os fármacos isoniazida, pirazinamida, etambutol e rifampicina combinados em um único medicamento, sendo utilizado com sucesso no tratamento da tuberculose. Devido a importância dessa estratégia nosso grupo de pesquisa tem investigado diferentes tipos de combinações sendo apresentadas a seguir:

Combinação de fluoroquinolonas e tuberculostáticos frente ao Mycobacterium tuberculosis multi-resistente

Médecine et maladies infectieuses 37, 295–298, 2007

Combinação da Mefloquina e tuberculostáticos frente ao Mycobacterium tuberculosis multi-resistente

Patente, 2016

 

11-Trabalhos Realizados em Colaboração com Outros Grupos de Pesquisa

Fluoroquinolonas

Atualmente, uma importante classe de antibióticos sintéticos, conhecidos como fluoroquinolonas, tem sido objeto de intensos estudos. Esta classe de compostos tem, em nossos dias, destacada importância no combate aos diferentes tipos de bactérias, sendo os únicos agentes antimicrobianos sintéticos a competirem com as β-lactamas em uso clínico. Nos últimos anos, fluoroquinolonas têm sido utilizadas com sucesso no tratamento da tuberculose, estando sob investigação como fármacos de primeira linha. Assim sendo, em colaboração com o professor Mauro Vieira de Almeida da Universidade Federal de Juiz de Fora (MG), foi sintetizada e avaliada uma série de análogos lipofílicos da gati e moxifloxacino em que a atividade biológica depende do tamanho e da ramificação da cadeia alquílica empregada (Figura 3 e Esquema 1). Outro trabalho realizado com essa classe de substâncias, em colaboração com a Dra. Maria C. S. Lourenço do Instituto de Pesquisas Clínica Evandro Chagas (IPEC), consistiu na avaliação de cinco fluoroquinolonas utilizadas comumente no tratamento de pacientes com infecções bacterianas contra o Mycobacterium tuberculosis. Essas fluoroquinolonas foram testadas em um banco de 908 cepas obtidas de pacientes da cidade do Rio de Janeiro, sendo extremamente eficazes, inclusive em cepas resistentes a todos os fármacos de primeira escolha.

Esquema 17. Síntese de análogos lipofílicos da gati e moxifloxacino

Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 17, 5661–5664, 2007

Testes comumente utilizados na avaliação farmacológica das substâncias sintetizadas

Método Alamar Blue

Alamar blue é um sensível indicador de oxidação-redução que fluoresce e muda de cor após a redução por células viáveis. Também conhecido como resazurina, de cor azul e não fluorescente, é reduzido a resorufina, com coloração rosa e altamente fluorescente. Devido a essa mudança de coloração, é possível a detecção da atividade metabólica através desse indicador fluorimétrico/colorimétrico. Acredita-se que a redução do alamar blue esteja ligada a atividade de enzimas mitocondriais e também enzimas microssomais e citosólicas. Os dados dos ensaios são normalmente coletados a partir de leituras das absorbâncias a 570 nm e 595 nm.

Figura 10. Alamar blue. Imagem: http://www.avantea.it/typo3temp/pics/5d60ceacdb.png

O Alamar Blue® (sal de resazurina) é um indicador de viabilidade celular fluorescente/colorimétrico com a propriedade redox. A forma oxidada é azul (não fluorescente/ célula não viável) e a forma reduzida é rósea (fluorescente/célula viável).

 

Figura 11. Formas da resazurina: Indicador de viabilidade celular