Síntese e avaliação da atividade antibiofilme bacteriano e fitotóxica de γ -alquilideno-γ γ -lactonas análogas aos rubrolídeos e de seus derivados γ -hidroxi-γγ -lactamas, γ -alquilideo-γ γ -lactamas e piridazin-3(2H)-onas

Abstract

γ-alquilidenobutenolídeos estão presentes na estrutura de um grande número de produtos naturais e apresentam uma variedade de atividades biológicas, tais como fungicida, bactericida, anti-inflamatória, citotóxica e reguladora de germinação de sementes. Essas atividades também são descritas para as γ-hidroxi-γ-lactamas e γ-alquilideno-γ-lactamas que estão presentes em vários produtos naturais biologicamente ativos. Piridazin-3(2H)-onas apresentam vários tipos de atividades biológicas na área agroquímica e farmacêutica. No presente trabalho uma série de γ-alquilidenobutenolídeos análogos aos rubrolídeos foram sintetizados e convertidos nas γ-hidroxi--lactamas, γ-alquilideno-γ-lactamas e piridazin-3(2H)-onas correspondentes. Na rota sintética escolhida, o ácido mucobrômico, utilizado como material de partida foi inicialmente reduzido a 3,4-dibromofuran-2(5H)-ona que posteriormente reagiu com diferentes ácidos arilborônicos por meio do acoplamento de Suzuki, para a formação de quatro 4-aril-3-bromofuran-2(5H)-onas. A reação de alquilidenação entre esses compostos e aldeídos aromáticos resultou no preparo de dezessete diferentes γ-alquilidenobutenolídeos análogos aos rubrolídeos. Sete desses análogos foram convertidos nas γ-hidroxi-γ-lactamas correspondentes pela reação de conversão lactona-lactama com a isobutilamina e a subsequente desidratação das γ-hidroxi-γ-lactamas resultou na formação das (Z) e (E)-γ-alquilideno-γ-lactamas. Os outros dez análogos aos rubrolídeos foram convertidos nas piridazin-3(2H)-onas correspondentes pela reação com hidrazina. Todos os compostos sintetizados foram caracterizados por espectroscopia no IV, espectroscopia de RMN de 1H e de 13 C, técnicas bidimensionais COSY e HETCOR e espectrometria de massas, além de experimentos de NOEDIF para determinar a geometria da ligação dupla das unidades γ-alquilideno. As γ-alquilideno-γ-lactonas, γ-hidroxi-γ-lactamas e γ- alquilideno-γ-lactamas foram submetidas a ensaios de inibição da formação de biofilme bacteriano Staphylococcus de Enterecoccus epidermidis, faecalis, Streptococcus Staphylococcus mutans e aureus, Pseudomonas aeruginosa. Os resultados mostraram que esses compostos são mais ativos contra a formação de biofilme E. faecalis, S. epidermidis e P. aeruginosa podendo em alguns casos inibir em 50% a formação do biofilme de P. aeruginosa na concentração de 0,6 μg/mL e 0,7 μg/mL, no caso dos compostos 6d e 6f, respectivamente. Também foi observado que entre as classes de compostos avaliadas, as γ-alquilideno-γ-lactamas são mais ativas que as outras classes, na maioria dos casos. Todos os compostos sintetizados também foram avaliados quanto à capacidade de inibição do transporte de elétrons fotossintéticos em cloroplastos isolados de espinafre (Spinacia oleracea). Nesse ensaio ficou evidente que a classe das γ-alquilideno-γ-lactonas é a mais ativa e que os compostos que contêm grupos retiradores de elétrons como nitro, trifluorometil ou flúor na posição para do grupo benzilidênico levaram a uma inibição mais pronunciada do transporte de elétrons fotossintéticos. A mistura de isômeros 4i/4i possui o grupo nitro na posição para do grupo benzilidênico e foi a mais ativa, inibindo a taxa de redução do ferricianeto de potássio na presença de cloroplastos isolados de folhas de espinafre em 62,2% na concentração de 10 μM. Em outro ensaio fitotóxico os compostos foram avaliados quanto à capacidade de inibição do crescimento radicular e da parte aérea de plântulas de sorgo (Sorghum bicolor) e pepino (Cucumis sativus). Os resultados mostraram que alguns desses compostos são capazes de influenciar o crescimento dessas plântulas na concentração de 100 ppm, além de apresentarem seletividade, como obtido para algumas γ-hidroxi-γ-lactamas e piridazin-3(2H)-onas. É o caso dos compostos 8o e 8q, que inibiram o crescimento radicular de plântulas de sorgo em 14,2% e 51,5%, respectivamente, mas induziram o mesmo crescimento em plântulas de pepino. Os compostos mais ativos nesse ensaio foram submetidos à avaliação da atividade herbicida pré-emergente na concentração de 100 ppm sobre Ipomoea grandifolia e Brachiaria decumbens em casa de vegetação. Essa avaliação mostrou que as piridazin-3(2H)-onas 8l, 8p e 8q foram os compostos mais ativos, sendo que 8q foi capaz de inibir a biomassa da raiz de I. grandifolia em 76,0%, reforçando o uso dessa classe de compostos na busca de novos herbicidas.

γ-alkylidenebutenolides are present on the structure of a variety of natural products that bear different biological activities like fungicide, bactericide, anti- inflammatory, cytotoxic and regulation of seed germination. The same is true for γ-hydroxy-γ-lactams and γ-alkylidene-γ-lactams that are present in different natural product scaffold. The pyridazin-3(2H)-ones show a range of biological activities in agrochemical and pharmaceutical fields. In the present work a series of γ-alkylidenebutenolides analogues to rubrolides were synthesized and converted into their corresponding γ-hydroxy-γ-lactams, γ-alkylidene-γ-lactams and pyridazin-3(2H)-ones. In the synthetic route chosen, the mucobromic acid, used as a starting material, was reduced to 3,4-dibromofuran-2(5H)-one that in a later stage reacted with different arylboronic acids by Suzuki cross-coupling to form four 4-aryl-3-bromofuran-2(5H)-ones. The alkylidene reaction between these compounds and aromatic aldehydes resulted in seventeen γ- alkylidenebutenolides analogues to rubrolides. Seven of these compounds were converted through a lactamization with isobutylamine into their corresponding γ- hydroxy-γ-lactams that were posteriorly dehydrated leading to (Z) and (E)-γ- alkylidene-γ-lactams. The others ten analogues to rubrolides were converted into their corresponding pyridazin-3(2H)-ones by reaction with hydrazine. All the compounds prepared were fully characterized by IR, NMR ( 1 H and 13 C), COSY and HETCOR bidimensional experiments, and NOE difference spectroscopy experiments when necessary. The γ-alkylidene-γ-lactones, γ-hydroxy-γ-lactams and γ-alkylidene-γ-lactams were evaluated against Enterecoccus faecalis, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus mutans and Pseudomonas aeruginosa biofilm formation. The results showed that these compounds are more active against E. faecalis, S. epidermidis and P. xviaeruginosa biofilm formation and in some cases they can inhibit by 50% the biofilm formation of P. aeruginosa at 0.6 μg/mL and 0.7 μg/mL, as for 6d and 6f, respectively. It was also observed that between these classes of compounds prepared, the γ-alkylidene-γ-lactams are the most active in most cases. All the compounds synthesized were also evaluated for their ability to inhibit the photosynthetic electron transport chain in isolated spinach (Spinacia oleracea) chloroplasts. The results of this assay showed that the γ-alkylidene-γ-lactones class is the most active and that the compounds that possess electron withdrawing groups like nitro, trifluoromethyl or fluor at the para position of benzylidene group led to a more effective inhibition of photosynthetic electron transport. The mixture of isomers 4i/4i’ that possesses the nitro group on the benzylidene moiety was the most active, inhibiting the rate of ferricyanide reduction by isolated spinach chloroplasts by 62.2% at 10 μM. On another phytotoxic assay the compounds were evaluated for their capacity to inhibit the radicle and the aerial part growth of Sorghum bicolor and Cucumis sativus seedlings. The results showed that some of these compounds are capable of influencing the growth of these seedlings at 100 ppm, besides presenting selectivity, as obtained for some γ-hydroxy-γ-lactams and pyridazin-3(2H)-ones. It occurs for the compounds 8o and 8q that inhibit the root growth of S. bicolor seedlings by 14.2% and 51.5%, respectively, but induce root growth on C. sativus seedlings. The most active compounds in this assay were submitted to the evaluation of their pre-emergency herbicide activity at 100 ppm over Ipomoea grandifolia and Brachiaria decumbens under green house conditions. This assay showed that the pyridazin-3(2H)-ones 8l, 8p and 8q were the most active compounds and that 8q was able to inhibit the root biomass of I. grandifolia by 76.0%, enhancing the use of this class of compounds in the search for new herbicides.