Síntese e avaliação das atividades antibacterianas e citotóxicas de análogos aos rubrolídeos e suas lactamas derivadas

Abstract

Os rubrolídeos naturais e seus análogos sintéticos, bem como as y -hidroxi- y -lactamas e y -alquilideno- y -lactamas, apresentam grande variedade de atividades biológicas. Neste trabalho, eles foram usados como modelo para o desenvolvimento de novos compostos com potenciais atividades biológicas. Uma série de análogos aos rubrolídeos foi sintetizada e convertida nas y -hidroxi- y -lactamas e y -alquilideno- y - lactamas correspondentes. A rota sintética escolhida para a síntese desses compostos teve como material de partida o ácido mucobrômico, cuja redução com boroidreto de sódio levou à formação da 3,4-dibromofuran-2(5H)-ona com 81% de rendimento. Esse composto foi posteriormente submetido à reação de acoplamento de Suzuki com diferentes ácidos arilborônicos para a obtenção regiosseletiva de quatro novas 4-aril-3-bromofuran-2(5H)-onas, com rendimentos que variaram de 43% a 70%. Numa etapa posterior, as 4-aril-3-bromofuran-2(5H)-onas foram submetidas a reações de adição aldólica com diferentes aldeídos aromáticos. Essas reações foram realizadas na temperatura ambiente e na presença de N,N-diisopropiletilamina e tert- butildimetilsililtrifluorometanossulfonato. O tratamento dos adutos aldólicos obtidos com 1,8-diazabiciclo[5.4.0]undec-7-eno sob refluxo resultou na obtenção estereosseletiva de 13 y -alquilidenobutenolídeos análogos aos rubrolídeos na configuração Z, com rendimentos variando de 58% a 93%. Esses compostos foram convertidos nas y -hidroxi- y -lactamas correspondentes, por meio da reação de lactamização com isobutilamina a 0 oC, apresentando rendimentos que variaram de 81% a 97%. Finalmente, a desidratação das y -hidroxi- y -lactamas com ácido p- toluenossulfônico levou à formação das (Z) e (E)- y -alquilideno- y -lactamas, com rendimentos totais que variaram entre 77% e 94%. Após a purificação por coluna cromatográfica, apenas o isômero Z foi isolado. Todos os compostos sintetizados foram caracterizados por espectrometria de massas, espectroscopia no IV e RMN de 1 H e 13 C. Técnicas bidimensionais como HSQC e NOESY auxiliaram na atribuição de sinais dos espectros de RMN de hidrogênio e de carbono e na elucidação da configuração da ligação dupla das unidades y -alquilideno. Cinquenta e dois compostos foram sintetizados, sendo 51 inéditos. Todos os compostos foram submetidos a ensaios para avaliação da inibição do crescimento planctônico e inibição da formação de biofilme de duas bactérias de grande importância médica, Staphylococcus aureus e Staphylococcus epidermidis. Para S. aureus, a maioria dos compostos apresentaram IC 50 maior que 40 μg mL -1 . Apenas (Z)34a e (Z)34b inibiram fortemente o crescimento bacteriano (IC 50 = 5,6 e 1,8 μg mL -1 , respectivamente), e 32m e 33l apresentaram atividades moderadas (IC 50 = 13,8 e 18,9 μg mL -1 , respectivamente). Para S. epidermidis, os compostos exibiram, em sua maioria, IC 50 maior que 40 μg mL -1 . O composto 34b foi o único que demonstrou elevada atividade (IC 50 6,0 μg mL -1 ). De forma geral, os compostos não demonstraram atividade sobre a formação do biofilme de S. epidermidis. Entretanto, para S. aureus, cinco compostos foram capazes de inibir em 50% a formação de biofilme em concentrações menores que 10 μg mL -1 , destacando-se os compostos (Z)34e e (Z)34f, com valores de IC 50 iguais a 0,9 e 1,3 μg mL -1 , respectivamente. Os derivados lactâmicos aqui descritos apresentaram valores de IC 50 até quatro vezes menores do que os descritos anteriormente. Foi avaliada, ainda, a citotoxicidade dos compostos sintetizados sobre as linhagens de células tumorais SF-295 (glioblastoma), HCT-116 (carcinoma de cólon) e PC-3 (adenocarcinoma de próstata). Os compostos demonstraram baixo potencial de diminuição da viabilidade celular na concentração avaliada, e apenas o composto 32k apresentou atividade moderada, com redução de 50,4% da viabilidade celular sobre a linhagem HCT-116. Os compostos 33f, 33h, 33j, 33k, 34a, 34c, 34f e 34k apresentaram redução da viabilidade celular maior que 40% sobre, pelo menos, uma linhagem testada.

Natural rubrolides and their synthetic analogs, as well as y -hydroxy- y -lactams and y - alkylidene y -lactams, present a wide variety of biological activities. In this work, they were used as a model for the development of new compounds with potential biological activities. A series of analogs to the rubrolides was synthesized and converted into the corresponding y -hydroxy- y -lactams and y -alkylidene- y -lactams. The synthetic route chosen for the synthesis of these compounds had the starting material mucobromic acid, which reduction with sodium borohydride led to the formation of 3,4- dibromofuran-2-(5H)-one in 81% yield. This compound was subsequently subjected to the Suzuki coupling reaction with different arylboronic acids for the regioselective production of four novel 4-aryl-3-bromofuran-2-(5H)-ones in yields ranging from 43% to 70%. In a subsequent step, the 4-aryl-3-bromofuran-2-(5H)-ones were subjected to aldol addition reactions with different aromatic aldehydes. These reactions were carried out at room temperature and in the presence of N,N -diisopropylethylamine and tert-butyldimethylsilyltrifluoromethanesulfonate. Treatment of aldol adducts obtained with 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene under reflux resulted in the stereoselective generation of 13 y -alkylidenobutenolides analogous to the rubrolides in the Z configuration, in yields ranging from 58% to 93%. These compounds were converted to the corresponding y -hydroxy- y -lactams by the lactamization reaction with isobutylamine at 0 °C, yields ranging from 81% to 97%. Finally, dehydration of y - hydroxy- y -lactams with p-toluenesulfonic acid led to the formation of (Z) and (E)- y - alkylidene- y -lactams, in total yields ranging from 77% to 94%. After purification by column chromatography, only the Z isomer was isolated. All synthesized compounds were characterized by mass spectrometry, IR spectroscopy and 1 H and 13 C NMR. Two- dimensional techniques such as HSQC and NOESY aided the assignment of signals from the hydrogen and carbon NMR spectra and elucidation of the y -alkylidene unit double bond configuration. Fifty-two compounds were synthesized, 51 of which were unpublished. All the compounds were tested for inhibition of planktonic growth and inhibition of biofilm formation of two highly important bacteria, Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis. For S. aureus, most of the compounds had IC 50 greater than 40 μg mL -1 . Only (Z)34a and (Z)34b strongly inhibited bacterial growth (IC 50 = 5.6 and 1.8 μg mL -1 , respectively), and 32m and 33l presented moderate activities (IC 50 = 13.8 and 18.9 μg mL -1 , respectively). For S. epidermidis, the compounds exhibited, for the most part, IC 50 greater than 40 μg mL -1 . Compound 34b was the only one that demonstrated high activity (IC 50 6.0 μg mL -1 ). In general, the compounds did not demonstrate activity on the formation of the S. epidermidis biofilm. However, for S. aureus, five compounds were able to inhibit biofilm formation in concentrations lower than 10 μg mL -1 by 50%, with the compounds (Z)34e and (Z)34f, with the same IC 50 values To 0.9 and 1.3 μg mL -1 , respectively. The lactam derivatives described herein have IC 50 values up to four times lower than those described above. Cytotoxicity of the compounds synthesized on SF-295 (glioblastoma), HCT-116 (colon carcinoma) and PC-3 (prostate adenocarcinoma) tumor cell lines was also evaluated. The compounds showed low potential for decreased cell viability in the evaluated concentration, and only 32k showed moderate activity, with a reduction of 50.4% in cell viability over the HCT-116 lineage. Compounds 33f, 33h, 33j, 33k, 34a, 34c, 34f and 34k showed reduction of cell viability greater than 40% on at least one tested lineage.