A formal synthesis of the perhydrogephyrotoxin

A short but uneventful formal synthesis of perhydrogephyrotoxin 3 from readily available tricyclo[5.2.1.0(2,6)]decane derivative 8 via the intermediacy of the cis-hydroindanone 13 is reported. This work constitutes further demonstration of the carbocycle-heterocycle equivalency theme in the synthesis of alkaloids.

The challenge of LC/MS/MS multi-mycotoxin analysis - Heracles battling the Hydra?

Mycotoxins are secondary metabolites of filamentous fungi. They pose a health risk to humans and animals due to their harmful biological properties and common occurrence in food and feed. Liquid chromatography/mass spectrometry (LC/MS) has gained popularity in the trace analysis of food contaminants. In this study, the applicability of the technique was evaluated in multi-residue methods of mycotoxins aiming at simultaneous detection of chemically diverse compounds. Methods were developed for rapid determination of toxins produced by fungal genera of Aspergillus, Fusarium, Penicillium and Claviceps from cheese, cereal based agar matrices and grains. Analytes were extracted from these matrices with organic solvents. Minimal sample clean-up was carried out before the analysis of the mycotoxins with reversed phase LC coupled to tandem MS (MS/MS). The methods were validated and applied for investigating mycotoxins in cheese and ergot alkaloid occurrence in Finnish grains. Additionally, the toxin production of two Fusarium species predominant in northern Europe was studied. Nine mycotoxins could be determined from cheese with the method developed. The limits of quantification (LOQ) allowed the quantification at concentrations varying from 0.6 to 5.0 µg/kg. The recoveries ranged between 96 and 143 %, and the within-day repeatability (as relative standard deviation, RSDr) between 2.3 and 12.1 %. Roquefortine C and mycophenolic acid could be detected at levels of 300 up to 12000 µg/kg in the mould cheese samples analysed. A total of 29 or 31 toxins could be analysed with the method developed for agar matrices and grains, with the LOQs ranging overall from 0.1 to 1250 µg/kg. The recoveries ranged generally between 44 and 139 %, and the RSDr between 2.0 and 38 %. Type-A trichothecenes and beauvericin were determined from the cereal based agar and grain cultures of F. sporotrichioides and F. langsethiae. T-2 toxin was the main metabolite, the average levels reaching 22000 µg/kg in the grain cultures after 28 days of incubation. The method developed for ten ergot alkaloids from grains allowed their quantification at levels varying from 0.01 to 10 µg/kg. The recoveries ranged from 51 to 139 %, and the RSDr from 0.6 to 13.9 %. Ergot alkaloids were measured in barley and rye at average levels of 59 and 720 µg/kg, respectively. The two most prevalent alkaloids were ergocornine and ergocristine. The LC/MS methods developed enabled rapid detection of mycotoxins in such applications where several toxins co-occurred. Generally, the performance of the methods was good, allowing reliable analysis of the mycotoxins of interest with sufficiently low quantification limits. However, the variation in validation results highlighted the challenges related to optimising this type of multi-residue methods. New data was obtained about the occurrence of mycotoxins in mould cheeses and of ergot alkaloids in Finnish grains. In addition, the study revealed the high mycotoxin-producing potential of two common fungi in Finnish crops. The information can be useful when risks related to fungal and mycotoxin contamination will be assessed.

Biochemical and structural characterization of recombinant hyoscyamine 6 beta-hydroxylase from Datura metel L.

Hyoscyamine 6 beta-hydroxylase (H6H; EC 1.14.11.11), an important enzyme in the biosynthesis of tropane alkaloids, catalyzes the hydroxylation of hyoscyamine to give 6 beta-hydroxyhyoscyamine and its epoxidation in the biosynthetic pathway leading to scopolamine. Datura metel produces scopolamine as the predominant tropane alkaloid. The cDNA encoding H6H from D. mete! (DmH6H) was cloned, heterologously expressed and biochemically characterized. The purified recombinant His-tagged H6H from D. mete! (DmrH6H) was capable of converting hyoscyamine to scopolamine. The functionally expressed DmrH6H was confirmed by HPLC and ESI-MS verification of the products, 6 beta-hydroxyhyoscyamine and its derivative, scopolamine; the DmrH6H epoxidase activity was low compared to the hydroxylase activity. The K-m values for both the substrates, hyoscyamine and 2-oxoglutarate, were 50 mu M each. The CD (circular dichroism) spectrum of the DmrH6H indicated a preponderance of alpha-helicity in the secondary structure. From the fluorescence studies, Stern-Volmer constants for hyoscyamine and 2-oxoglutarate were found to be 0.14 M-1 and 0.56 M-1, respectively. These data suggested that the binding of the substrates, hyoscyamine and 2-oxoglutarate, to the enzyme induced significant conformational changes. (C) 2010 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Organocatalytic asymmetric direct vinylogous Michael addition of α,β-unsaturated γ-butyrolactam to nitroolefins

The first organocatalytic enantioselective direct vinylogous Michael reaction of α,β-unsaturated γ-butyrolactam to nitroolefins is developed using cinchona alkaloids as the catalysts. Both product enantiomers are accessible with moderate to good enantioselectivity.

Organocatalytic asymmetric direct vinylogous Michael addition of alpha,beta-unsaturated gamma-butyrolactam to nitroolefins

The first organocatalytic enantioselective direct vinylogous Michael reaction of alpha,beta-unsaturated gamma-butyrolactam to nitroolefins is developed using cinchona alkaloids as the catalysts. Both product enantiomers are accessible with moderate to good enantioselectivity.

Activation of TGF-beta Pathway by Areca Nut Constituents: A Possible Cause of Oral Submucous Fibrosis

Oral submucous fibrosis (OSF) is a chronic inflammatory disease characterized by the accumulation of excess collagen, and areca nut chewing has been proposed as an important etiological factor for disease manifestation. Activation of transforming growth factor-beta signaling has been postulated as the main causative event for increased collagen production in OSF. Oral epithelium plays important roles in OSF, and arecoline has been shown to induce TGF-beta in epithelial cells. In an attempt to understand the role of areca nut constituents in the manifestation of OSF, we studied the global gene expression profile in epithelial cells (HaCaT) following treatment with areca nut water extract or TGF-beta. Interestingly, 64% of the differentially regulated genes by areca nut water extract matches with the TGF-beta induced gene expression profile. Out of these, expression of 57% of genes was compromised in the presence of ALK5 (T beta RI) inhibitor and 7% were independently induced by areca nut, highlighting the importance of TGF-beta in areca nut actions. Areca nut water extract treatment induced p-SMAD2 and TGF-beta downstream targets in HaCaT cells but not in human gingival fibroblast cells (hGF), suggesting epithelial cells could be the source of TGF-beta in promoting OSF. Water extract of areca nut consists of polyphenols and alkaloids. Both polyphenol and alkaloid fractions of areca nut were able to induce TGF-beta signaling and its downstream targets. Also, SMAD-2 was phosphorylated following treatment of HaCaT cells by Catechin, Tannin and alkaloids namely Arecoline, Arecaidine and Guvacine. Moreover, both polyphenols and alkaloids induced TGF-beta 2 and THBS1 (activator of latent TGF-beta) in HaCaT cells suggesting areca nut mediated activation of p-SMAD2 involves up-regulation and activation of TGF-beta. These data suggest a major causative role for TGF-beta that is induced by areca nut in OSF progression.

Regioselective Synthesis of 4-Substituted Indoles via C-H Activation: A Ruthenium Catalyzed Novel Directing Group Strategy

A highly regioselective functionalization of indole at the C-4 position by employing an aldehyde functional group as a directing group, and Ru as a catalyst, under mild reaction conditions (open flask) has been uncovered. This strategy to synthesize 4-substituted indoles is important, as this class of privileged molecules serves as a precursor for ergot alkaloids and related heterocyclic compounds.

Studies of the effects from extracts from two local plants (Tephrosia vogelii and Parkia clappertoniana) on Clarias gariepinus (Tengels)

Studies were carried out using 96hr static toxicity bioassay to determine the effect of lethal concentrations of extracts from two local plants Tephrosia vogelii and Parkia clappertoniana which are known fish poison, on a species of mud fish. Clarias gariepinus Phytochemical analysis of the plant extracts was done and the extract from T. vogelii was found to contain alkaloids, tannins and flavonoids, while the extract from P. clappertoniana was formed to contain alkaloids tannins and saponins. Experimental fish were exposed to test water separately polluted by varying concentrations of extraction of both plant species ranging from 0.50mgl super(-1), 1.50mgl super(-1), 2.50mgl super(-1), 3.0mgl super(-1), 5.00mgl super(-1), 10.00mgl super(-1) in the case of T. vogelii and 5.00mgl super(-1), 7.50mgl super(-1), 10.00mgl super(-1), 15.00mgl super(-1), 20.00mgl super(-1) and 30.00mgl super(-1) in the case of P. clappertaniana. Behavioural hispathological and heamatological examinations were made. Both plant extracts were found to have lethal effects at the higher concentrations, affecting the gills and the central nervous system as well as having a depressive effect on the total count and increasing platelet and white blood cell count. Symptoms of toxicosis observed include, initial inactivation agitated swimming, tumbling movement air gulping, increased opercular beat and period of quiescence/knockdown before death. Marked differences were also observed in the hematological and histopathological analysis of poisoned fish. Lower concentrations of the extracts had sub lethal effects on the fish, which manifested as zigzag movement air gulping increased opercular movement etc. None of these effects were observed in the control experiment

Enantioselective synthesis of pyrroloindolines and tryptophan derivatives by an asymmetric protonation reaction

Pyrroloindoline and unnatural tryptophan motifs are important targets for synthesis based on their incorporation into a diverse array of biologically active natural products. Both types of alkaloids have also found applications as chiral catalysts and tryptophan derivatives are commonly employed as biological probes. On account of their applications, these frameworks have inspired the development of numerous enantioselective, catalytic reactions. In particular, the past few years have witnessed an impressive number of novel approaches for pyrroloindoline formation.

The first project described herein involves our contribution to pyrroloindoline research. We have developed an (R)-BINOL•SnCl₄-catalyzed formal (3 + 2) cycloaddition reaction between 3-substituted indoles and 2-amidoacrylates that affords pyrroloindoline-2-carboxylates bearing an all-carbon quaternary center. Mechanistic studies have elucidated that the enantiodetermining step is a highly face-selective catalyst-controlled protonation reaction. The subsequent application of this asymmetric protonation strategy to the synthesis of a variety of enantioenriched tryptophan derivatives is also discussed.

New strategies for the total synthesis of aza-propellane natural products

The propellane alkaloids comprise a large class of natural products that possess varying degrees of structural complexity and biological activity. The earliest of these to be isolated was acutumine, a chlorinated alkaloid that has been shown to exhibit selective T-cell cytotoxicity and antiamnesic properties. Alternatively, the hasubanan family of natural products has garnered considerable attention from the synthetic community in part due to its structural similarities to morphine. While these alkaloids have been the subject of numerous synthetic studies over the last forty years, very few enantioselective total syntheses have been reported to date.

As part of a research program directed towards the synthesis of various alkaloid natural products, we have developed a unified strategy for the preparation of the hasubanan and acutumine alkaloids. Specifically, a highly diastereoselective 1,2-addition of organometallic reagents to benzoquinone-derived tert-butanesulfinimines was established, which provides access to enantioenriched 4-aminocyclohexadienone products. This methodology enabled the enantioselective construction of functionalized dihydroindolones, which were found to undergo intramolecular Friedel-Crafts conjugate additions to furnish the propellane cores of several hasubanan alkaloids. As a result of these studies, the first enantioselective total syntheses of 8-demethoxyrunanine and cepharatines A, C, and D were accomplished in 9-11 steps from commercially available starting materials.

More recent efforts have focused on applying the sulfinimine methodology to the synthesis of a more structurally complex propellane alkaloid, acutumine. Extensive studies have determined that a properly functionalized dihydroindolone undergoes a photochemical [2+2] cycloaddition followed by a lactone fragmentation/Dieckmann cyclization to establish the carbocyclic framework of the natural product. The preparation of more appropriately oxidized propellane intermediates is currently under investigation, and is anticipated to facilitate our synthetic endeavors toward acutumine.

A unified strategy to ent-kauranoid natural products : total syntheses of (–)-maoecrystal Z, (–)-trichorabdal A, and (–)-longikaurin E

The diterpenoid constituents of the Isodon plants have attracted reasearchers interested in both their chemical structures and biological properties for more than a half-century. In recent years, the isolations of new members displaying previously unprecedented ring systems and highly selective biological properties have piqued interest from the synthetic community in this class of natural products.

Reported herein is the first total synthesis of such a recently isolated diterpenoid, (–)-maoecrystal Z. The principal transformations implemented in this synthesis include two highly diastereoselective radical cyclization reactions: a Sm^(II)-mediated reductive cascade cyclization, which forms two rings and establishes four new stereocenters in a single step, and a Ti^(III)-mediated reductive epoxide-acrylate coupling that yields a functionalized spirolactone product, which forms a core bicycle of maoecrystal Z.

The preparation of two additional ent-kauranoid natural products, (–)-trichorabdal A and (–)-longikaurin E, is also described from a derivative of this key spirolactone. These syntheses are additionally enabled by the palladium-mediated oxidative cyclization reaction of a silyl ketene acetal precursor that is used to install the bridgehead all-carbon quaternary stereocenter and bicyclo[3.2.1]octane present in each natural product. These studies have established a synthetic relationship among three architecturally distinct ent-kaurane diterpenoids and have forged a path for the preparation of interesting unnatural ent-kauranoid structural analogs for more thorough biological study.

Cultura de tecidos desdiferenciados e embriões somáticos de Petiveria alliacea L. visando à produção de substâncias bioativas

Petiveria alliacea L. pertence à família Phytolaccacceae e é conhecida popularmente como guiné ou amansa-senhor, entre outros nomes. Tem sido muito utilizada na medicina popular como agente terapêutico, devido à diversas propriedades farmacológicas. Estudos fitoquímicos têm contribuído para a descoberta de grande variedade de substâncias biologicamente ativas produzidas em diferentes partes da planta (saponinas, alcalóides, flavonóides, sulfetos, taninos, cumarinas, entre outros). A análise química da raiz tem revelado grande quantidade de derivados sulfurados, principalmente o dibenzil trissulfeto (DTS), com atividade antifúngica, antibacteriana, antioxidante e anticancerígena. Visando avaliar a produção biotecnológica do DTS, o presente trabalho teve como objetivo, otimizar a cultura de novas linhagens de calos, células em suspensão e embriões somáticos, a partir de plantas de P. alliacea L. mantidas in vitro, com o monitoramento da capacidade biossintética das culturas. Os resultados mostraram que a produção de calos friáveis foi possível em explantes foliares inoculados em meio MS suplementado com PIC ou 2,4-D. Além da resposta calogênica, foi observada a produção de estruturas globulares caracterizadas como embriões somáticos. A ocorrência de embriogênese somática direta foi confirmada através da análise histológica do processo regenerativo. A indução de embriões somáticos gerou um processo de embriogênese secundária altamente repetitivo até 150 dias de cultura e conversão a plantas em freqüência de 5%. Em relação à cultura de células em suspensão a partir dos calos friáveis, observou-se uma diminuição do crescimento celular ao longo das subculturas. As culturas em suspensão originadas de tecido embriogênico secundário continuaram o processo repetitivo em meio líquido e apresentaram conversão a plantas em taxas mais baixas que as obtidas em meio sólido. A obtenção de plantas completas a partir dos embriões somáticos demonstrou a possibilidade de utilização desse sistema para a micropropagação dessa espécie. O monitoramento fitoquímico dos sistemas de cultura in vitro e plantas de campo mantidas em casa de vegetação durante 02 anos apresentou diferenças significativas, confirmando que a cultura de tecidos pode alterar as rotas metabólicas. A cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas realizada com extrato em diclorometano de embriões secos e hexânico de embriões frescos e raízes secas de plantas provenientes de embriões somáticos, demonstrou a presença do DTS, constituindo, portanto, sistemas in vitro importantes para a modulação desta substância.

Avaliação da defesa química e da influência dos corais invasores Tubastraea coccinea e Tubastraea tagusensis na estruturação das comunidades bentônicas da Baía da Ilha Grande RJ

A introdução de espécies invasoras marinhas tem causado danos econômicos e ecológicos consideráveis em todo o mundo. Algumas destas espécies incluindo corais escleractíneos possuem adaptações, tais como metabólitos secundários utilizados para evitar a predação e competição por espaço por outros organismos. Este arsenal químico e as interações entre espécies invasoras e nativas podem causar alterações na distribuição das espécies e na estrutura das comunidades de costões rochosos tropicais. Os objetivos deste estudo foram (1) caracterizar os metabólitos secundários produzidos pelos corais invasores Tubastraea tagusensis e T. coccinea na Baía da Ilha Grande, Brasil, (2) detectar os compostos químicos liberados pelos tecidos de Tubastraea tagusensis in situ utilizando um aparelho submersível; (3) testar no campo os extratos metanólicos produzidos por ambas as espécies de Tubastraea contra a predação por peixes generalistas e assentamento de outros organismos, (4) testar no campo se os compostos químicos produzidos por ambos os corais invasores variaram na concentração ou tipo quando os corais foram colocados próximos de competidores nativos e (5) determinar como as comunidades de costões rochosos da Baía da Ilha Grande foram afetadas pela expansão de Tubastraea coccinea e T. tagusensis em 8 locais estudados durante 2 anos. As principais classes de substâncias encontradas nos extratos metanólicos de Tubastraea foram identificados como esteróis, ácidos graxos, hidrocarbonetos, alcalóides, ésteres e alcoóis, entretanto, o aparelho submersível identificou somente hidrocarbonetos liberados por Tubastraea na água do mar. O extrato metanólico de T. tagusensis reduziu a predação por peixes generalistas e já os extratos de ambas as espécies mostraram efeitos espécie-específicos sobre organismos incrustantes no campo. No experimento de interação competitiva foi detectada a presença de necrose nos tecidos do coral endêmico Mussismilia hispida e isso provocou variação nas concentrações de esteróis, alcalóides e ácidos graxos nos tecidos de Tubastraea. Em contraste, a esponja Desmapsamma anchorata cresceu sobre os tecidos das colônias de ambos os corais invasores. A presença de Tubastraea nas comunidades bentônicas causou uma dissimilaridade média de 4,8% nas comunidades invadidas. Uma forte relação positiva foi encontrada entre a cobertura de Tubastraea e a mudança na estrutura da comunidade da Baía da Ilha Grande. Portanto, os efeitos negativos de ambos os corais invasores são suficientes para acarretar mudanças na estrutura das comunidades bentônicas tropicais.

Avaliação do potencial leishmanicida e antibacteriano de Annona mucosa (Jacq.) - Annonaceae cultivada in vitro e in vivo

A biodiversidade brasileira abrange plantas de importância medicinal que podem ser utilizadas na formulação de novos fármacos. Contudo, tem sido reduzida em velocidade alarmante, em função de diferentes ações antrópicas. A cultura de tecidos vegetais propicia a conservação e uso do germoplasma permitindo a obtenção de substâncias de importância medicinal. As leishmanioses são consideradas um problema de saúde pública mundial sendo a espécie Leishmania braziliensis de maior importância epidemiológica no Brasil. Recentemente tem-se registrado aumento da resistência à linha de tratamento usual. Do mesmo modo, o uso indiscriminado de antibióticos levou ao aumento de bactérias multirresistentes, que representam sério risco de infecção. A espécie Annona mucosa (Jacq.) possui substâncias, como acetogeninas e alcaloides, que apresentam atividades antiparasitária e antimicrobiana. Nesse sentido, o objetivo do trabalho foi avaliar o potencial leishmanicida e antibacteriano de extratos de A. mucosa de material produzido in vitro e in vivo. Foi proposto um protocolo de germinação in vitro, ainda não reportada para a espécie, com vistas à obtenção de plântulas axênicas. Em meio WPM foram cultivados explantes hipocotiledonares e foliares em meio MS, suplementados com PIC e diferentes concentrações de KIN, BAP ou TDZ. Os calos obtidos foram cultivados em meio líquido de mesma composição para a produção de suspensões celulares. Os materiais foram submetidos à extração metanólica e posterior fracionamento em hexano e diclorometano. Para a avaliação da atividade dos extratos sobre L. braziliensis foi usado o modelo in vitro, com a forma promastigota, e in vivo na forma amastigota, a partir do tratamento de macrófagos peritoneais de camundongos infectados com o parasito. Ambas as formas foram tratadas com os extratos por 96 e 48h, respectivamente. A atividade antimicrobiana foi avaliada por macrodiluição do extrato em Mueller-Hinton, sendo avaliado o crescimento das cepas após 16h de incubação a 48C. A germinação in vitro da espécie foi alcançada em substrato vermiculita estéril umedecido com solução de sais do meio MS, com taxa média de 85%. A maior produção de calos friáveis foi obtida em meios contendo KIN, com potencial uso para cultivo em suspensões celulares. Os extratos do material in situ e in vitro apresentaram atividade leishmanicida, apesar da toxicidade para macrófagos. Culturas de células em suspensão apresentaram potencial leishmanicida in vitro e redução da infecção em macrófagos. Os extratos do material avaliado apresentaram atividade antimicrobiana seletiva, com inibição do crescimento de Streptococcus pyogenes e Bacillus thurigiensis em diferentes concentrações avaliadas. Os métodos biotecnológicos empregados permitiram a obtenção de materiais com propriedades medicinais para as atividades leishmanicida e antibacteriana, assim como o material in vivo, constituindo este estudo o primeiro relato para as atividades propostas em A. mucosa.

Produção de plantas e metabólitos de Cleome dendroides Schult. & Schult. f. (Cleomaceae) utilizando diferentes sistemas de cultivo in vitro

Cleome dendroides é uma espécie endêmica da Mata Atlântica dos estados do Rio de Janeiro e Espírito Santo, bioma alterado por intensa atividade antrópica, o que constitui uma ameaça à preservação de suas populações. Não existem estudos dos pontos de vista fisiológico, biotecnológico, fitoquímico ou farmacológico sobre a espécie. Considerando-se o perfil fitoquímico e o potencial medicinal do gênero, torna-se relevante definirem-se protocolos para a produção de plantas e metabólitos de C. dendroides utilizando diferentes sistemas de cultivo in vitro. No presente trabalho, foram realizados estudos sobre a germinação in vivo da espécie, avaliando-se a influência do substrato, temperatura e luz. Não se observou qualquer tipo de dormência, sendo as temperaturas de 20, 25 e 20-30C, em areia ou vermiculita, apropriadas para a germinação in vivo. Definiu-se também uma metodologia eficiente de germinação sob condições in vitro, e as plântulas obtidas foram utilizadas como fonte de explantes para os estudos de propagação in vitro. A resposta morfogênica foi avaliada considerando-se a origem e tipo do explante, tipos e concentrações de reguladores de crescimento e número de subculturas. A metodologia empregada mostrou-se eficiente para a produção de brotos e manutenção de estoques de plantas in vitro que serviram como fonte de explantes. A melhor condição para a propagação in vitro foi definida em meio solidificado contendo BA, independentemente do tipo de explante e da origem. Os brotos obtidos foram alongados, enraizados e aclimatizados. Também foi estabelecida a cultura de raízes e a regeneração de brotos a partir destas culturas. Avaliou-se o efeito da origem do explante, assim como dos tipos e concentrações de fitorreguladores sobre a proliferação de raízes e a regeneração de brotos. O fitorregulador AIB propiciou maior multiplicação das raízes, enquanto BA mostrou-se eficiente na regeneração de brotos a partir das raízes recém-formadas. Foi estabelecido ainda um protocolo de cultura de calos e de suspensões celulares. Avaliou-se o efeito da origem e do tipo de explante, dos tipos e das concentrações de fitorreguladores sobre a calogênese. A combinação de PIC com KIN foi a mais eficiente para a indução de calos em explantes de plântulas obtidas a partir de germinação in vitro, produzindo calos que foram mantidos por pelo menos dois anos. As suspensões celulares também foram estabelecidas em meio contendo PIC + KIN, mantendo uma produção de biomassa de cerca de cinco vezes o peso fresco inicial por três sucessivas subculturas. Análises histoquímicas e fitoquímicas revelaram a presença de alcaloides nos calos e nas suspensões celulares. Foram realizadas análises fitoquímicas de plantas de campo, plantas aclimatizadas, plantas mantidas em estoque in vitro e culturas de raízes, as quais indicaram a presença de derivados de glicosinolatos. Os resultados demonstraram a viabilidade de produção de material vegetal de C. dendroides por meio de métodos biotecnológicos e a produção in vitro de metabólitos de importância medicinal