Projeto e construção de um bioreator para síntese orgânica assimétrica catalisada por saccharomyces cerevisiae (fermento biológico de padaria)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Síntese e aplicações catalíticas na funcionalização de alcanos de novos compostos com polioxometalatos e catiões orgânicos

A presente dissertação, que no seu conjunto se propõe apresentar o estudo de oxidação de compostos orgânicos com peróxido de hidrogénio na presença dos aniões do tipo Keggin, mono-substituídos por MnIII e FeIII, sob a forma de sais de tetra-n-butilamónio (TBA) e suportados em matriz de sílica funcionalizada, enquanto vital método de obtenção de importante precursores de síntese orgânica, tem na sua base o trabalho de Doutoramento desenvolvido no Departamento de Química da Universidade de Aveiro. Os compostos preparados e testados em sistema homogéneo foram os sais de TBA dos aniões de Keggin, de fórmula geral [XW11M(H2O)O39]n-, onde X = P, Si ou B e M = MnIII e FeIII. Em sistema heterogéneo foram testados diferentes materiais, que diferem entre si na matriz de sílica. Assim, fez-se a heterogeneização de [PW11Fe(H2O)O39]4- em sílica funcionalizada com catiões de césio e grupos propilamónio; [BW11Fe(H2O)O39]6- e [SiW11Fe(H2O)O39]5- foram imobilizados em sílica contendo grupos aminopropilo e o anião [PW11Mn(H2O)O39]4- foi suportado em sílica quimicamente modificada com grupos alquilamónio. Os substratos orgânicos estudados incluem o 1H-indeno, 1,2-di-hidronaftaleno, etilbenzeno, cumeno, p-cimeno, sec-butilbenzeno, 1- e 2-etilnaftaleno, cis-cicloocteno e ciclooctano. Paralelamente usaram-se alguns outros substratos, quando necessário obter esclarecimentos mecanísticos. A tese assenta numa estrutura composta por 7 capítulos. Na primeira, faz-se uma abordagem aos polioxometalatos e às reacções de oxidação de hidrocarbonetos, com particular destaque no uso de polioxometalatos em catálise oxidativa e também no uso de peróxido de hidrogénio como oxidante. A eficiência catalítica dos aniões de Keggin mono substituídos por MnIII e FeIII, em sistema homogéneo foi avaliada na oxidação de compostos orgânicos característicos, nomeadamente de ciclo-alcenilbenzenos, alquilbenzenos, ciclo-alquilbenzenos e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos com H2O2, em acetonitrilo. Os resultados destes estudos encontram-se descritos nos capítulos dois, três e quatro desta tese. Estes compostos mostraram-se catalisadores eficientes e selectivos para a oxidação de alcanos e alcenos. O quinto capítulo da tese prossegue com a síntese, caracterização e eficiência catalítica dos polioxotungstatos referidos anteriormente imobilizados numa matriz de sílica funcionalizada com iões césio (SiO2-Cs), grupos aminopropilo (SiO2–(CH2)3NH2) ou trietilpropilamónio (SiO2-(CH2)3N(Et)3). A actividade catalítica destes compostos foi estudada utilizando o cis-cicloocteno e ciclooctano como substratos padrão. A oxidação de cis-clicoocteno originou o epóxido com 100% de selectividade e o catalisador foi reutilizado durante 4 ciclos com elevada eficiência. No sexto capítulo, são descritas as metodologias experimentais de síntese dos novos compostos, as condições catalíticas, a instrumentação e demais métodos e procedimentos usados. No sétimo e último capítulo, tecem-se as conclusões finais e apresentam-se algumas perspectivas de trabalho futuro utilizando o sistema, POM/H2O2, usado neste trabalho.

Síntese e reatividade de benzo-e pirroloporfirinas

O trabalho descrito nesta dissertação envolve estudos de funcionalização de uma pirrolo[3,4-b]porfirina através de reações do tipo cicloadição [4+2]. A metodologia de cicloadição usada permitiu sintetizar duas grandes famílias de compostos: benzoporfirinas e 1,3-dioxopirroloporfirinas. Este documento é composto por três partes distintas. Na primeira parte são tecidas considerações gerais sobre síntese, propriedades e aplicações de porfirinas. Na segunda parte é apresentado o trabalho desenvolvido no âmbito de síntese e reatividade de benzoporfirinas. Numa primeira fase é feita uma revisão bibliográfica sobre síntese de benzoporfirinas e ftalimidas, uma vez que o trabalho prático descrito apresenta compostos contendo estas duas unidades estruturais. Numa segunda fase é descrito o trabalho desenvolvido para a obtenção de uma benzoporfirina derivatizada com uma unidade de ácido ftálico fundida em posições β-pirrólicas, partindo da reação de Diels-Alder entre uma N-metilpirrolo[3,4- b]porfirina e o acetilenodicarboxilato de dimetilo e posterior hidrólise básica do diéster obtido. Seguem-se os estudos que visaram a obtenção de um anidrido porfirínico a partir do ácido ftálico anterior. Esta plataforma sintética foi usada para diversas transformações com diferentes aminas. Destas reações resultaram diferentes unidades benzoporfirínicas, que serão descritas em pormenor. Face às distintas cores apresentadas pelos diferentes compostos sintetizados, foi ainda feita uma análise pormenorizada dos espectros de UV-vis de alguns dos compostos obtidos. Na terceira parte, é apresentado o trabalho realizado no âmbito da síntese de uma 1,3-dioxopirroloporfirina, partindo da reação de Diels-Alder entre a N-metilpirrolo[ 3,4-b]porfirina e oxigénio singleto (1O2). Primeiramente é feita uma revisão bibliográfica sobre o papel do 1O2 em síntese orgânica e sobre reações de oxidação de isoindóis, compostos possuindo uma analogia estrutural com pirroloporfirinas. Segue-se a descrição da síntese de uma N-metil1,3- dioxopirroloporfirina, em que se começa por apresentar a descrição sistemática de todas as experiências levadas a cabo no sentido de otimizar o rendimento do composto em questão, tirando partido da reação com 1O2. Seguidamente expõemse as diferentes abordagens conduzidas para proceder à funcionalização da 1,3- dioxopirroloporfirina obtida. São apresentadas reações de hidrólise e reações com diferentes aminas. As reações com aminas conduziram à formação de porfirina- 2,3-dicarboxamidas e posteriormente às 1,3-dioxopirroloporfirinas correspondentes. Também neste caso foi feita uma análise pormenorizada dos espectros de UV-vis da marioria dos derivados obtidos. De forma a avaliar a potencialidade de alguns dos macrociclos sintetizados em terapia fotodinâmica (PDT), são apresentados os ensaios biológicos de PDT in vitro conduzidos com alguns dos macrociclos sintetizados. Estes ensaios envolveram a avaliação da viabilidade celular após tratamento fotodinâmico, estudos de localização celular e morfologia.

Síntese e análise estrutural de novos ciclopaladatos e síntese de N-heterociclos a partir de ciclopaladatos e alenos

Os compostos de paládio vêm apresentado uma vasta linha de aplicação, tanto como catalisadores como precursores em reações de síntese orgânica. Dentre esses compostos, os ciclopaladatos, que são compostos cíclicos com uma ligação Pd-heteroátomo, permite a formação de novas estruturas cíclicas contendo algum heteroátomo, como nitrogênio, oxigênio ou enxofre. Neste trabalho foram sintetizadas aminas propargílicas capazes de se coordenar a sais de paládio, formando novos ciclopaladatos através da reação de cloropaladação. Esses compostos se encontram na forma de dímeros e podem apresentar-se como diferentes isômeros. Estudos espectroscópicos, tais como RMN de 1H, 13C e raios-X de monocristais foram realizados para a elucidação estrutural desses novos compostos. Além dos isômeros geométricos clássicos (cisóide e transóide) foram observados pela primeira vez a formação de atropoisômeros. Esses ciclopaladatos, contendo nitrogênio ligado ao paládio, foram testados frente a alenos diferentemente substituídos, mostrando que ocorre a inserção do aleno na ligação Pd-C e, seguido da depaladação, ocorre a formação de novos compostos heterocíclicos a seis membros. Alguns ciclopaladatos, quando em solução, podem apresentar certa instabilidade, ocorrendo a decomposição do ciclopaladato com a regeneração do alcino precursor do respectivo ciclopaladato. Assim, estudou-se a reação de decomposição de diferentes ciclopaladatos, chamada de retrocloropaladação, utilizando a técnica de RMN de 1H em diferentes intervalos de tempo.

Síntese de novas moléculas fotoluminescentes com conjugações pi-estendidas com aplicação para aplicação em sistemas OLEDs

Este trabalho descreve a síntese e caracterização de novos sistemas fotoluminescentes com conjugações π-estendidas com potencial para aplicação tecnológica em sistemas OLEDs. Novos sistemas fotoluminescente com a unidades 2,1,3-benzotiadiazola (BTD) com extensão da conjugação π nas posições 4 e 7 foram sintetizadas em altos rendimentos. As novas estruturas foram plenamente caracterizadas e suas propriedades eletroquímicas e fotofísicas investigadas. Os moléculas BTDs foram utilizados para o desenvolvimento de uma nova metodologia de extrusão de enxofre nesses sistemas utilizando-se o sistema catalítico redutor CoCl2⋅6H2O(cat)/NaBH4/EtOH. Um novo ligante fotoluminescente de conjugação π-estendida nas posições 2 e 3 da unidade quinoxalina (QX) foi sintetizado em alto rendimento global. O ligante é apropriado para testes de formação de um novo sistema paladaciclo fotoluminescente com dois átomos de paládio na estrutura. Também sintetizou-se um novo ligante fotoluminescente contendo a unidade fenazina (FN) em um alto rendimento global. Essa estrutura com o grupo FN serve em testes para a formação de novos complexos fotoluminescentes de rutênio (II) ou cobre (II) com potencial aplicação na tecnologia de OLEDs. Novas estruturas BTDs fotoluminescentes foram sintetizadas e testado o seu comportamento de cristal líquido, para uma possível aplicação como mesofases emissivas em tecnologia de sistemas OLEDs.

Microondas doméstico na síntese de derivados ftalimídicos

Microwaves have been used in organic synthesis, since 1986, and have proved advantageous in several respects: the possibility of higher yields, greater selectivity and less thermal decomposition. Phthalimide and its derivatives constitute an important class of compounds for use in synthetic organic chemistry; in medicinal chemistry, it is considered an important biophore, acting as a pharmacophoric structural subunit for the synthesis of a number of compounds with different pharmacological uses, such as against sickle-cell disease. The purpose of the work reported here was to develop an alternative method for the synthesis of phthalimide derivatives by exploiting the condensation of phthalic anhydride with amino groups under microwave radiation. The results showed that phthalimide derivatives were obtained in shorter reaction times (5-10 min) and higher yields (60-89%) than by with conventional heating (reflux), demonstrating the potential use of microwaves in the synthesis of this class of molecules.

Derivados estruturais do peptídeo Histatina-5: síntese e aplicação no tratamento de candidose bucal

O uso contínuo de antifúngicos tópicos e sistêmicos no tratamento convencional de candidose oral tem resultado no aparecimento de Candida albicans resistente. Por este motivo, novas tecnologias para o desenvolvimento de drogas, como os biofármacos, constituem uma estratégia, além de inovadora devido a seu mecanismo de ação, também promissora no campo da biotecnologia. Verificou-se que esta nova tecnologia possui potencial efeito em diminuir a resistência de microrganismos, especialmente do agente etiológico da candidose bucal. A Candida albicans, agente patológico de origem fúngica, expressa diversos fatores de virulência sendo comumente encontrada na pele, cavidade oral, esôfago, trato gastrointestinal e órgão reprodutor feminino podendo acometer pessoas de idades variadas, imunologicamente comprometidas, ou que utilizam próteses dentárias. Nesse sentido, peptídeos com efeito antifúngico, produzidos por plantas, animais e microrganismos estão sendo utilizados como modelos para o desenvolvimento de novas drogas com aplicações em saúde. A Histatina 5 é um peptídeo encontrado na saliva humana com forte propriedade fungicida in vitro. Este peptídeo é extremamente rico nos aminoácidos histidina e lisina e, em pH fisiológico, possui potencial de inibição da formação do biofilme de Candida albicans, podendo ser aplicado portanto, no tratamento da candidose oral. Nesse contexto, o presente estudo consiste na obtenção de análogos da Histatina-5 com modificações em sua estrutura molecular, com o objetivo de otimizar o seu potencial terapêutico já verificado nos peptídeos da família das Histatinas. A Histatina 5SC possui o aminoácido serina C-terminal substituído pela cisteína, o qual é constituído pelo grupo sulfidrila em sua cadeia lateral, para a formação de dímeros. Os peptídeos foram desenvolvidos sinteticamente pelo método de Síntese Orgânica em Fase Sólida, utilizando-se a estratégia Fmoc e...

Síntese e caracterização de monômeros azo-carbonatos para a preparação de poli(azo-carbonato)s e poli)azo-uretana)s

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudos visando à síntese de sesquiterpenos bacanos

Nesta tese, efetuamos estudos visando à síntese de sesquiterpenos bacanos, cuja etapa chave consistiu na construção do sistema cis-hidrindânico, através de reação de contração de anel de cis-octalinas e 2-octalonas mediada por trinitrato de tálio (TTN). Apenas as cis-octalinas como, por exemplo, o cis-4a-metil-l,2,3,4,4a,5,8,8a-octahidronaftaleno e o cis-4a, 7-dimetil-l,2,3,4,4a,5,8,8a-octa-hidronaftaleno, foram passíveis de reação de contração de anel em rendimentos satisfatórios; já a cis-5,10-dimetil-l(9)-octal-2-ona levou ao produto de contração em baixo rendimento. Tentamos utilizar a reação de cis-4a-metil-l,2,3,4,4a,5,8,8a-octa-hidronaftaleno com TTN na síntese da nor-baquenolida-A, porém não conseguimos completar a síntese desta, pois não foi possível efetuar a última etapa sintética, nas várias abordagens testadas. Grandes esforços também foram empregados na preparação diastereosseletiva da cis-5,10-dimetil-l(9)-octal-2-ona através de três abordagens diferentes que foram investigadas, sendo duas delas com êxito. Contudo, o baixo rendimento (38%) da etapa de contração de anel da cis-5,10-dimetil-l(9)-octal-2-ona não permitiu a continuação da rota sintética proposta para a baquenolida-A. Também realizamos a resolução cinética de três diferentes cis-octalóis que foram preparados através da reação de Diels-Alder seguida de redução diastereosseletiva - com a lipase Novozym 435, e os produtos resolvidos foram obtidos em excelentes rendimentos isolados (≥ 40% para cada enantiômero) e excelentes excessos enantioméricos (≥ 98%).

Desenvolvimento de compostos potencialmente ativos contra Helicobacter Pylori

Pós-graduação em Ciências Farmacêuticas - FCFAR

Lipases microbianas: produção, propriedades e aplicações biotecnológicas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico(CNPq)

Análise Conformacional e estudo das interações eletrônicas de algumas α-fenilseleno-α-dietóxifosforilacetofenonas para-substituídas

A presente Dissertação relata a síntese e o estudo conformacional das α-fenilseleno-α-dietóxifosforilacetofenonas para-substituídas p-X-Φ-C(O)CH[SeΦ][P(O)(OEt2] (X=OMe 1, Me 2, H 3, F 4, Cl 5, Br 6 e NO2 7) através da banda de estiramento da carbonila no infravermelho, em solventes de polaridade crescente apoiado por cálculos ab initio HF/6-3IG**. A comparação entre a freqüência e a intensidade relativa dos componentes do dubleto, para os derivados 6 e 7, e do singleto para os derivados 1-5, no solvente apolar tetracloreto de carbono, e dos componentes do dubleto, nos solventes de polaridade crescente (clorofórmio, diclorometano e acetonitrila), para os derivados 1-7, com os dados do cálculo ab initio de 3 (composto de referência), indicou que ambas as conformações estáveis (g1 e g2) apresentam a ligação C-Se na geometria anti-clinal (gauche) em relação à carbonila (C=O), enquanto que a ligação C-P assume uma geometria sin-periplanar (cis) em relação à carbonila. A análise dos contatos interatômicos de átomos relevante em comparação com a soma de seus raios de van der Waals, indicou que ambas as conformações g1 e g2 são fortemente estabilizadas pelo sinergismo das interações orbitalares e eletrostáticas π*(CO) / nSe e Oδ-[CO].....Pδ+[PO]. Analogamente, as interações mais fracas Oδ-[OR]..... Cδ+[CO], 0-Hδ+[SeΦ]....Oδ-[PO] e 0-Hδ+[ΦC(O)]....Oδ-[CO] estabilizam as conformações g1 e g2, aproximadamente na mesma extensão. No entanto, somente a conformação g1 é estabilizada pela interação eletrostática (ligação de hidrogênio) Hδ+[α-CH].....Oδ-[OR], enquanto que sómente a conformação g2 é desestabilizada pelo Efeito de Campo Repulsivo entre os dipolos Cδ+=.Oδ- e Pδ+-ORδ- Assim sendo, pode-se concluir que no dubleto de VCO no IV, o componente de maior freqüência e de menor intensidade corresponde à conformação menos estável g2 (do cálculo) enquanto que o componente de menor freqüência e mais intenso corresponde à conformação mais estável g1 (do cálculo). Estes dados estão de pleno acordo com os deslocamentos de freqüência mais negativos da carbonila (ΔVCO) do confôrmero mais estável g1 em relação ao menos estável g2.

Biotransformações na obtenção de hidróxi-selenetos e hidróxi-teluretos quirais

Neste trabalho foi estudado o comportamento de hidróxi-calcogenetos (Se e Te) frente a biotransformações, empregando enzimas isoladas em meio orgânico ou aquoso e empregando microorganismos (fungos). Estudos comparativos sobre a influência de diversas variáveis, como solvente, temperatura, imobilização enzimática e estrutura do hidróxi-calcogeneto, foram realizados. Inicialmente os compostos foram sintetizados utilizando métodos descritos na literatura, em seguida foi estudada a resolução de hidróxiselenetos em meio orgânico empregando lipases isoladas (Esquema 1), (ver arquivo), incluindo um estudo de imobilização da PSL em diversos suportes, além do estudo da influência da variação do solvente, da temperatura, da lipase, etc. Na resolução em meio aquoso empregando enzimas isoladas, primeiramente os hidróxi-selenetos foram acetilados quimicamente e depois realizado uma triagem (com dez enzimas de diferentes fontes) empregando indicador de pH colori métrico. Posteriormente os acetatos dos hidróxi-selenetos (Esquema 2) (ver arquivo) foram submetidos à resolução enzimática em meio aquoso empregando as enzimas que foram selecionadas na triagem enzimática. As biotransformações utilizando fungos foram realizadas empregando células inteiras de algumas linhagens de Aspergillus terreus. Na seqüência foi realizada a resolução de hidróxi-teluretos em meio orgânico utilizando lipases isoladas (Esquema 3)(ver arquivo). Nessas resoluções também foi estudada a influência da variação do solvente, da lipase, do tempo, etc. De forma a demonstrar a importância dos compostos resolvidos, um hidróxi-seleneto quiral e dois hidróxi-teluretos quirais foram usados para preparar compostos pertencentes a classes de unidades estruturais de vasta ocorrência em produtos naturais: um álcool alílico e duas lactonas (Esquema 4)(ver arquivo).

Síntese e caracterização de copolímeros à base de poli(metacrilato de metila) e divinilbenzeno com propriedades magnéticas

Nesta dissertação, foram sintetizados copolímeros à base de poli(metacrilato de metila) (PMMA), divinilbenzeno (DVB) com propriedades magnéticas pela técnica de polimerização em suspensão. O material utilizado para conferir propriedade magnética foi o ferro. Foi estudada a influência das variáveis reacionais para a formação de microesferas (ordem de adição das fases orgânica e aquosa e a dispersão do ferro antes e após a pré-polimerização), o efeito da concentração de ferro adicionado na polimerização, a influência da razão molar MMA/DVB na formação do copolímero, o efeito do tipo de agente de suspensão e a velocidade de agitação para a síntese dos copolímeros. Os copolímeros foram caracterizados quanto à morfologia, estabilidade térmica, teor de ferro incorporado, distribuição de tamanho de partículas, propriedades magnéticas, área superficial, volume e tamanho de poros. As análises de propriedades magnéticas mostraram que os materiais obtidos não apresentaram ciclos de histerese, estando assim próximos de um material com propriedades superparamagnéticas, com magnetização de saturação entre 8,0 e 13,0 emu/g. Os copolímeros sintetizados com velocidade de agitação 500 RPM, temperaturade 90 C, tempo de polimerização de 24h, monômeros MMA/DVB 50/50 (% molar); razão volumétrica fase orgânica/fase aquosa 1/3, diluente heptano, grau de diluição 100% apresentaram melhor controle morfológico, melhor magnetização de saturação, tamanho de partículas menores e maior tamanho de poros