Síntese e elucidação estrutural de epóxidos derivados de tetrahidroftalimidas e avaliação da atividade fitotóxica

Abstract

Imidas cíclicas são uma classe de compostos químicos subdividida nas subclasses succinimidas, maleimidas, glutarimidas, ftalimidas e naftalimidas. Por serem compostos eletricamente neutros e de natureza hidrofóbica são capazes de atravessar as membranas biológicas resultando em alto potencial biológico, tornando-os importante classe de compostos orgânicos. Diversas atividades biológicas, como fitotóxica e citotóxica, já foram relatadas na literatura desta classe de compostos. Assim este trabalho mostra a síntese de seis pares de diasteroisômeros de imidas cíclicas epoxidadas derivadas do anidrido maleico e sua avaliação fitotóxica. Inicialmente é relatada a síntese das amidas (3-8), que são obtidas a partir de reação de Diels-Alder entre o isopreno e o anidrido maleico, seguido de reação de adição-eliminação com diferentes aminas. Na próxima etapa é feita esterificação no grupo ácido carboxílico presente nas amidas (3-8), que em seguida sofre ciclização formando o anel imídico. Na última etapa é utilizado o ácido meta-cloroperbenzóico para síntese das imidas cíclicas epoxidadas, formando os seguintes pares de diasteroisômeros: (1aS,2aS,5aR,6aR)-4-(3-metoxifenil)-1a-metiltetrahidro-1aH- oxirene[2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH)-diona (15a), (1aS,2aR,5aS,6aR)-4-(3-metoxifenil)-1a- metiltetrahidro-1aH-oxireno[2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH)-diona (15b), (1aS,2aS,5aR,6aR)-1a- metil-4-(p-toluil)tetrahidro-1aH-oxireno[2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH)-diona (16a), (1aS,2aR,5aS,6aR)-1a-metil-4-(p-toluil)tetrahidro-1aH-oxireno[2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH)- diona (16b), (1aS,2aS,5aR,6aR)-4-(4-clorofenil)-1a-metiltetrahidro-1aH-oxireno[2,3- f]isoindole-3,5(4H,5aH)-diona (17a), (1aS,2aR,5aS,6aR)-4-(4-clorofenil)-1a-metiltetrahidro- 1aH-oxireno[2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH)-diona (17b), (1aS,2aS,5aR,6aR)-4-(4-bromofenil)- 1a-metiltetrahidro-1aH-oxireno[2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH)-diona (18a), (1aS,2aR,5aS,6aR)- 4-(4-bromofenil)-1a-metiltetrahidro-1aH-oxireno[2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH)-diona (18b), (1aS,2aS,5aR,6aR)-4-(4-fluorofenil)-1a-metiltetrahidro-1aH-oxireno[2,3-f]isoindole- 3,5(4H,5aH)-diona (19a), (1aS,2aR,5aS,6aR)-4-(4-fluorofenil)-1a-metiltetrahidro-1aH- oxireno[2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH)-diona (19b), (1aS,2aS,5aR,6aR)-4-(3-fluorofenil)-1a- metiltetrahidro-1aH-oxireno[2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH)-diona (20a), (1aS,2aR,5aS,6aR)-4- (3-fluorofenil)-1a-metiltetrahidro-1aH-oxireno[2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH)-diona (20b). Todos os compostos sintetizados foram purificados a partir de colunas cromatográficas e recristalização em éter dietílico e foram caracterizados a partir de seus dados espectroscópicos (IV, RMN de 1 H e 13 C, DEPT, COSY e HMQC) e espectrométricos (massas). Em seguida foi realizada uma avaliação através de cálculos computacionais usando a teoria funcional da densidade (DFT) associados aos cálculos do MAE, CP3 e DP4 para confirmação da identificação dos diasteroisômeros. Por fim, a avaliação da atividade fitotóxica dos compostos foi realizada através de testes de germinação com sementes de alface (Lactuca sativa), pepino (Cucumis sativus), sorgo (Sorghum bicolor), picão-preto (Bidens pilosa), cebola (Allium cepa) e braquiária (Brachiaria decumbens). Todas a substâncias testadas interferiram no desenvolvimento das sementes, algumas demonstraram maior inibição do crescimento que o herbicida comercial Dual, usado como controle positivo. Com destaque para a substância 18b que inibiu 100% o crescimento da raiz e do caule das sementes de alface na concentração de 500 µM. Na avaliação das sementes de cebola observe-se uma inibição de 100% da raiz e do caule com a substância 20b na concentração de 400 µM e 100% de inibição da raiz com a substância 15a na concentração de 1000 µM. Na avaliação do desenvolvimento do caule da semente de sorgo, a substância 16a na concentração de 500 µM e na avaliação desenvolvimento da raiz da semente de picão-preto, a substância 18b na concentração de 150 µM, obtiveram resultado de inibição melhores que o alcançado pelo Dual. Na avaliação do desenvolvimento do caule e raiz das sementes de braquiárias, as substâncias 19a, 15a, 16b e 20a, em determinadas concentrações, obtiveram resultados superiores ao aos observados para o herbicida comercial. Ao final, os compostos sintetizados mostraram um alto potencial para uma nova classe de defensivos agrícolas. Palavras-chave: Imida cíclicas. Tetrahidroftalimidas. Cálculo téorico. HerbicidaCyclic imides are a class of chemical compounds subdivided into the subclasses succinimides, maleimides, glutarimides, phthalimides and naphthalimides. Because they are electrically neutral compounds of a hydrophobic nature they are able to cross biological membranes resulting in a high biological potential, thus becoming an important class of organic compounds. Several biological activities, such as phytotoxic and cytotoxic, have already been reported in the literature of this class of compound. Thus, this work shows the synthesis of 6 pairs of diastereomers of cyclic imides derived from maleic anhydride and their phytotoxic and cytotoxic evaluation. Initially the synthesis amides (3-8) is realatada which are obtained from a Diels-Alder reaction between isoprene and maleic anhydride followed by an elimination- addition reaction with different amines. In the next step an esterification is performed on the carboxylic acid present in the amides (3-8), which then undergoes a cyclization forming the imidic ring. In a final step, metachloroperbenzoic acid is used for the synthesis of cyclic epoxid imides, forming the following pairs of diasteroisomers: (1aS,2aS,5aR,6aR)-4-(3- methoxyphenyl)-1a-methyltetrahydro-1aH-oxireno[2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH)-dione (15a) and [2,3- (1aS,2aR,5aS,6aR)-4-(3-methoxyphenyl)-1a-methyltetrahydro-1aH-oxireno f]isoindole-3,5(4H,5aH)-dione (15b), (1aS,2aS,5aR,6aR)-1a-methyl-4-(p-toluoyl) tetrahydro- 1aH-oxireno [2,3-f] isoindole-3,5(4H,5aH)-dione (16a) and (1aS,2aR,5aR, 6aR)-1a-methyl-4- (16b), (p-toluoyl)tetrahydro-1aH-oxireno[2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH)-dione (1aS,2aS,5aR,6aR)-4-(4-chlorophenyl)-1a-methyltetrahydro- 1aH-oxireno [2,3-f]isoindole- 3,5(4H,5aH)-dione (17a) and (1aS,2aR,5aS,6aR)-4-(4-chlorophenyl)-1a-methyltetrahydro- 1aH-oxireno [2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH)-dione (17b), (1aS,2aS,5aR,6aR)-4-(4- bromophenyl)-1a-methyltetrahydro-1aH-oxireno[2,3-f] isoindole-3,5(4H,5aH)-dione (18a) and (1aS,2aR,5aS,6aR)-4-(4-bromophenyl)-1a-methyltetrahydro-1aH-oxireno[2,3- f]isoindole- 3,5(4H,5aH)-dione (18b), (1aS,2aS,5aR, 6aR)-4-(4-fluorophenyl)-1a-methyltetrahydro-1aH- oxireno[2,3-f]isoindole-3,5(4H,5aH) -dione (19a) and (1aS,2aR,5aS,6aR)-4-(4-fluorophenyl)- 1a-methyltetrahydro-1aH-oxireno[2,3- f]isoindole-3,5(4H, 5aH)-dione (1aS,2aS,5aR,6aR)-4-(3-fluorophenyl)-1a-methyltetrahydro-1aH-oxireno[2,3- f] (19b), isoindole- 3,5(4H,5aH)-dione (20a) and (1aS,2aR,5aS,6aR)-4-(3-fluorophenyl)-1a-methyltetrahydro-1aH-oxireno [2,3- f] isoindole-3,5(4H,5aH)-dione (20b). All the synthesized compounds were purified from chromatographic columns and recrystallized from diethyl ether and characterized from their spectroscopic (IR, 1 H and 13 C - NMR, DEPT, COSY and HMQC) and spectrometric (mass). Then an evaluation was carried out through computational calculations using the functional theory of density (DFT) associated with the calculations of MAE, CP3 and DP4 to confirm the identification of diastereoisomers. Finally, the evaluation of the phytotoxic activity of the compounds was carried out through germination tests with seeds lettuce (Lactuca sativa), cucumber (Cucumis sativus), sorghum (Sorghum bicolor), beggartick (Bidens pilosa), onion (Allium cepa), brachiaria (Brachiaria decumbens). All the tested substances interfered in seed development, some had better growth inhibition results than the commercial herbicide Dual, which was used as a positive control. Highlighting the substance 18b which inhibited 100% root and stem growth of lettuce seeds at a concentration of 500µM. In the evaluation of onion seeds, 100% inhibition of the root and stem was observed with substance 20b at a concentration of 400µM and 100% inhibition of the root with substance 15a at a concentration of 1000µM. In the evaluation of sorghum seed stem development, substance 16a at a concentration of 500µM and in the evaluation of beggartick seed root development, substance 18b at a concentration of 150µM, obtained better inhibition results than that achieved by Dual. In evaluating the development of stem and root of brachiaria seeds, substances 19a, 15a, 16b and 20a, in certain concentrations, obtained results superior to those observed for the commercial herbicide. In the end, the synthesized compounds showed a high potential for a new class of pesticides. Keywords: Cyclic imide. Tetrahydrophthalimide. Theoretical calculation. Herbicid.