UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS LABORATÓRIO DE SÍNTESE DE SUBSTÂNCIAS TERAPÊUTICAS - LASSINT SÍNTESE E AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA DE DERIVADOS 4-TIAZOLIDINONAS: ANÁLOGOS ESTRUTURAIS PIRIDÍNICOS GEORGE LEONARDO VERÇOZA DA SILVA Recife – 2008 UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE - CCS DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS - DCFAR PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS LABORATÓRIO DE SÍNTESE DE SUBSTÂNCIAS DE INTERESSE TERAPÊUTICO – LASSINT SÍNTESE E AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA DE DERIVADOS 4-TIAZOLIDINONAS: ANÁLOGOS ESTRUTURAIS PIRIDÍNICOS Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação do Departamento de ciências Farmacêuticas da Universidade Federal de Pernambuco para a obtenção do título de Mestre em Síntese de Fármacos. Mestrando: George Leonardo Verçoza da Silva Orientador: Prof. José Gildo de Lima Co-orientador: Prof. Alexandre José da Silva Góes Recife-2008 Silva, George Leonardo Verçoza da Síntese e avaliação da atividade antimicrobiana de derivados 4-Tiazolidinonas: análogos estruturais piridínicos / George Leonardo Verçoza da Silva. – Recife: O Autor, 2008. xv, 128 folhas: il., fig., tab., esquemas. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco. CCS. Ciências Farmacêuticas, 2008. Inclui bibliografia e apêndices. 1. 4-Tiazolidinonas – Atividade antimicrobiana. 2. Tiossemicarbazonas. I.Título. 615.281 615.7 CDU (2.ed.) CDD (22.ed.) UFPE CCS2008-082 DEDICATÓRIA Este trabalho é dedicado aos meus pais, Maria José e Múcio, à minha família, à minha filha, Yasmim e a todos que me apoiaram e incentivaram em todos os momentos. AGRADECIMENTOS Primeiramente a DEUS, por estar sempre presente em minha vida e que me concedeu a oportunidade de realizar o curso de mestrado. Ao orientador, Professor Dr. José Gildo de Lima, pela sua paciência, disposição, atenção e pela transmissão de seus conhecimentos durante toda a trajetória. Ao co-orientador. Professor Dr. Alexandre Góes, pela concessão do laboratório de pesquisa, bem como de todo o material necessário para a realização deste trabalho. A minha namorada Nadjalúcia, pelo amor, paciência e companheirismo para comigo em todos os momentos. Aos colegas do LASSINT, em especial a Thiago e André, pela amizade, companheirismo e ajuda nos momentos necessários de trabalho. Á professora Magali, pela concessão do laboratório de pesquisa durante a realização dos testes microbiológicos, bem como da sua atenção. A todos os colegas do Departamento de Antibióticos, em especial a Ivana pela sua atenção e disponibilidade para a realização dos testes de atividade antimicrobiana. Aos amigos Alberto, Daniel, Ricardo Olímpio e Renato Lopes pela amizade e pelo apoio. A todos que fazem a Central Analítica, em especial Eliete e Ricardo pela amizade e pela dedicação na realização dos experimentos espectroscópicos. À Coordenação do Curso de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas por permitir que eu fizesse o meu curso de mestrado. “Quando não houver saída Quando não houver mais solução Ainda há de haver saída Nenhuma idéia vale uma vida... Quando não houver esperança Quando não restar nem ilusão Ainda há de haver esperança Em cada um de nós Algo de uma criança... Enquanto houver sol Enquanto houver sol Ainda haverá Enquanto houver sol Enquanto houver sol Quando não houver caminho Mesmo sem amor, sem direção A sós ninguém está sozinho É caminhando Que se faz o caminho... Quando não houver desejo Quando não restar nem mesmo dor Ainda há de haver desejo Em cada um de nós Aonde Deus colocou... Enquanto houver sol...” (Titãs) SUMÁRIO LISTA DE ESQUEMAS ............................................................................................ IX LISTA DE FIGURAS ................................................................................................. X LISTA DE TABELAS ................................................................................................ XI ABREVIATURAS ...................................................................................................... XII RESUMO ..................................................................................................................... XIV ABSTRACT ................................................................................................................ XV 1.Introdução ................................................................................................................ 16 1.1. Introdução ............................................................................................................ 17 2. Revisão da literatura .............................................................................................. 20 2.1. Revisão da literatura ........................................................................................... 21 2.1.1. Bactérias............................................................................................................. 21 2.1.2. Fungos................................................................................................................ 22 2.1.3 Resistência bacteriana....................................................................................... 22 2.1.4. Drogas Antimicrobianas................................................................................... 24 2.2. Piridinas ............................................................................................................. 25 2.3. Tiossemicarbazidas .............................................................................................. 27 2.3.1.Obtenção das tiossemicarbazidas ........................................................................ 27 2.4.Tiossemicarbazonas .............................................................................................. 30 2.4.1. Obtenção direta dasTiossemicarbazonas a partir de tiossemicarbazidas............ 31 2.4.2.Considerações sobre as atividades antimicrobianas das tiossemicarbazonas ...... 33 2.5. Tiazolidinonas ................................................................................................... 34 2.5.1. Considerarações sobre as atividades antimicrobianas das 4-tiazolidinonas ....... 37 3. Objetivos .................................................................................................................. 42 3.1. Geral ...................................................................................................................... 43 3.2. Específicos ............................................................................................................. 43 4. Material e métodos ................................................................................................. 44 4. Material e métodos .............................................................................................. 45 4.1. Parte experimental .......................................................................................... 45 4.1.1. Cromatografias ................................................................................................... 45 4.1.2. Pontos de fusão ................................................................................................... 45 4.1.3. Espectroscopias .................................................................................................. 45 4.1.4. Solventes e reagentes .......................................................................................... 46 4.1.5. Equipamentos utilizados ..................................................................................... 47 4.1.6. Microrganismos utilizados ................................................................................. 47 4.2. Procedimentos experimentais ............................................................................. 49 4.2.1. Esquema de síntese e moléculas-alvo............................................................... 49 4.2.2. Obtenção da aril tiossemicarbazida ................................................................... 50 4.2.3. Procedimento geral para a obtenção das tiossemicarbazonas ............................ 51 4.2.4. Procedimento geral para a obtenção dos derivados das 4-tiazolidinonas ........... 60 4.3. Determinação da atividade antimicrobiana ...................................................... 74 4.3.1. Microrganismos-teste ......................................................................................... 74 4.3.2. Atividade antimicrobiana pelo teste de difusão em ágar .................................... 76 4.3.3. Concentração Mínima Inibitória (CMI) ............................................................. 76 5. Resultados e Discussão ........................................................................................... 78 5. Resultados e Discussão ........................................................................................ 79 5.1. Moléculas-alvo .................................................................................................... 79 5.2. Obtenção das Formil-Piridinas Tiossemicarbazonas Não-Substituídas e Substituídas ................................................................................................................. 81 5.2.1. Mecanismo de reação ......................................................................................... 82 5.3. Obtenção dos derivados de 4-tiazolidinonas ...................................................... 83 5.3.1. Mecanismo de reação ......................................................................................... 85 5.4. Caracterização das estruturas ............................................................................ 87 5.4.1. Espectros de infravermelho (IV) das formil-piridina tiossemicarbazonas (3a-m) ........................................................................................................................... 87 5.4.2. Espectros de infravermelho dos derivados de 4-tiazolidinonas (4a-m) ............ 89 5.4.3. Espectros de ressonância magnética nuclear (RMN 1H) e carbono (RMN 13C) dos derivados de 4-tiazolidinonas (4a-m) ................................................................... 93 5.5. Atividade antimicrobiana ............................................................................ 102 6. CONCLUSÕES & PERSPECTIVAS ................................................................... 105 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 108 7.1. Referências Bibliográficas .................................................................................. 109 8. APÊNDICE ............................................................................................................. 126 LISTA DE ESQUEMAS Esquema 1: Análise retrossintética de tiossemicarbazidas ............................................... 28 Esquema 2. Síntese de tiossemicarbazida a partir de um ditiocarbamato ........................ 29 Esquema 3. Reação de formação de tiossemicarbazonas.................................................. 31 Esquema 4. Obtenção de tiossemicarbazonas contendo o grupo nitro na porção 32 arilhidrazona a partir de reações entre tiossemicarbazidas e benzaldeídos substituídos .. Esquema 5. Análise retrossintética das 4-tiazolidinonas ................................................. 35 Esquema 6. Estratégias de preparação de 4-tiazolidinonas a partir de tiossemicarbazonas ........................................................................................................... 36 Esquema 7. Síntese de derivados 4-tiazolidinonas a partir de reações de ciclocondensação entre aldeídos e os ácidos mercaptoacético e mercaptopropiônico.......................................................................................................... 39 Esquema 8. Rota sintética empregada na preparação das tiossemicarbazonas (3) e derivados de 4-tiazolidinonas (4) .................................................................................... 49 Esquema 9. Mecanismo de formação das formil-piridinas tiossemicarbazona (3a-m) .. 82 Esquema 10. Obtenção dos derivados 4-tiazolidinonas .................................................. 83 Esquema 11. Mecanismo de formação de 4-tiazolidinonas (4) a partir de tiossemicarbazonas (3) e anidrido maléico ...................................................................... 86 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Tiossemicarbazona (a) e (b) 4-tiazolidinona.................................................... 19 Figura 2. Corte longitudinal de uma célula bacteriana................................................ 21 Figura 3. Fórmulas estruturais de algumas drogas antimicrobianas................................ 25 Figura 4. Estrutura do anel pirídinico.............................................................................. 26 Figura 5. Estruturas de alguns fármacos pirídinicos de interesse biológico ................... 26 Figura 6. Numeração das tiossemicarbazonas................................................................. 30 Figura 7 . Formas isoméricas Z e E para 2- formilpiridina tiossemicarbazona .............. 33 Figura 8. Estrutura do núcleo de 4-tiazolidinonas........................................................... 34 Figura 9.Estruturas de algumas 4-tiazolidinonas de importância biológica.................. 38 Figura 10. Estrutura do 2- [(fenilmetileno)- hidrazono]-3-fenil-5-(4-nitrofenil)metileno-4-tiazolidinonas substituídas ........................................................................... 41 Figura 11. Fórmulas estruturais dos derivados de 4-tiazolidinonas não- substituídos e substituídos (4a –m) ........................................................................................................ 80 Figura 12 . Espectro IV da 3-formilpiridina N(4)-metil-tiossemicarbazona(3h)............. 88 Figura 13. Espectro IV da 4-formilpiridina N(4)-etil-tiossemicarbazona (3m) .......... 89 Figura 14. Espectro IV do composto ácido [2-(3-piridinil-metileno-hidrazono)- 3metil-4-oxo-1,3-tiazolidin-5-il]- acético (4i)................................................................... 92 Figura 15. Espectro IV do composto ácido [2-(3-piridinil-metileno-hidrazono)- 3fenil-4-oxo-1,3-tiazolidin-5-il]- acético (4e) ................................................................... 1 93 1 Figura 16. Espectro de RMN H Espectro de RMN H ácido [2-(4-piridinil-metileno hidrazono)-4-oxo-1,3-tiazolidin-5-il] -acético (4c) ............................................. 96 1 Figura 17. Espectro de RMN H do ácido [2-(4-piridinil-metileno- hidrazono)-3metil-4-oxo-1,3-tiazolidin-5-il]-acético (4i).................................................................... 97 Figura 18. Espectro de RMN 13C do ácido [2-(3-piridinil-metileno hidrazono)-4-oxo- 100 1,3-tiazolidin-5-il]- acético (4b) ................................................................................... Figura 19. Espectro de RMN 13C do áido [2-(4-piridinil-metileno-hidrazono) -4-oxo1,3-tiazolidin-5-il]-acético (4c) ............................................................................ 101 LISTA DE TABELAS Tabela 1. Relação dos microorganismos utilizados nos testes de atividade antimicrobiana ............................................................................................................... 75 Tabela 2. Rendimentos e propriedades físico-químicas das tiossemicarbazonas (3 am) .................................................................................................................................. Tabela 3. Rendimentos físico-químicos dos derivados 4-tiazolidinonas (4a-m) .......... Tabela 4. Principais bandas de absorção do espectro de IV para os compostos 3a-m... Tabela 5. Principais bandas de absorção do espectro de IV para os compostos 4a-m . 81 84 87 90 Tabela 6. Principais deslocamentos químicos de RMN 1H (300 MHz, ppm, DMSO – D6) dos compostos 4 a-m............................................................................................... 94 Tabela 7. Principais deslocamentos químicos de RMN 13C (75,4 MHz, ppm, DMSOd6) dos compostos 4a – m ............................................................................................. 98 Tabela 8. Determinação de atividade antimicrobiana dos compostos sintetizados através de halos de inibição para diferentes microorganismos ..................................... 102 Tabela 9. Concentração Mínima Inibitória (CMI), Concentração Mínima Bacteriostática (CMB) e Concentração Mínima Fungistática (CMF) em µg/mL, para as 4-tiazoidinonas selecionadas .................................................................................... 104 ABREVIATURAS AcOEt Acetato de etila AIDS Acquired Immunodeficiency Syndrome (síndrome da imunodeficiência adquirida) CCD Cromatografia em Camada Delgada cm-1 unidade de onda CDCl3 Clorofórmio deuterado CHCl3 Clorofórmio CMB Concentração Mínima Bacteriostática CMF Concentração Mínima Fungiostática CMI Concentração Mínima Inibitória DMSO-d6 Dimetilsulfóxido deuterado DMSO Dimetilsulfóxido. DMF Dimetilformamida EtOH Etanol Hex Hexano HIV Human Immunodeficiency Vírus (vírus da imunodeficiência humana) Hz Hertz IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry (união internacional de química pura e aplicada) IV Infravermelho J Constante de acoplamento K Kelvin (medida de temperatura) KBr Brometo de potássio MHz Megahertz M.M Massa molecular MetOH Metanol mL Mililitro mM Milimolar M Molar MUR B Enol piruvil uridina difosfato N-acetilglucosamina redutase ppm Partes por milhão PF Ponto de fusão Qtd Quantidade Rf Coeficiente de retenção Rdt % Rendimento RMN Ressonância magnética nuclear TMS Tetrametilsilano UFC Unidade formadora de colônia UV Ultravioleta ν Freqüência vibracional δ Deslocamento químico ZMI Zona média de inibição RESUMO As ações terapêuticas de alguns fármacos podem ser melhoradas através da modificação molecular. São conhecidas as propriedades biológicas de numerosos compostos heterocíclicos, entre os quais aqueles contendo enxofre e nitrogênio no seu anel. Entre estes compostos os derivados, das 4-tiazolidinonas merecem destaque especial por suas atividades antimicrobiana, antifúngica, antiprotozoária, antiinflamatória, entre outras. A partir dessas informações, sintetizamos uma série de derivados das 4tiazolidinonas (4 a-m) para avaliar as atividades biológicas contra algumas bactérias e fungos. Inicialmente, foram obtidas tiossemicarbazonas (3a-m) preparadas a partir de formil-piridinas (1 a-c) e tiossemicarbazidas não-substituídas e substituídas (2), em etanol sob refluxo, sendo posteriormente tratadas e purificadas por recristalização em solvente apropriado. Na segunda etapa, as tiossemicarbazonas foram ciclizadas utilizando o anidrido maléico (aceptor de Michael) para formar as 4-tiazolidinonas. Após purificação, as substâncias finais apresentaram rendimentos entre 14-50%. Para a caracterização estrutural dos compostos sintetizados foram empregadas as espectroscopias de infravermelho e ressonância magnética nuclear (RMN 1H e RMN 13C). Quanto à atividade biológica, as novas moléculas foram submetidas a testes de atividade antimicrobiana, sendo avaliadas contra bactérias Gram-positivas, Gram-negativas e fungos. Dos doze derivados tiazolidinônicos sintetizados, apenas cinco (4a, 4g, 4h, 4j e 4m) foram selecionados para a realização da CMI e CMB em meio líquido. Todos os compostos analisados demonstraram atividade biológica contra bactérias Gram-positivas e contra fungos dos gêneros Candida albicans e Malassezia furfura. Entretanto, apenas o composto 4j apresentou atividade bacteriostática para Klebsiella pneumoniae, que é uma bactéria Gram-negativa, e boa atividade bactericida contra Mycobacterium smegmatis e Mycobaterium tuberculosis. De acordo com os resultados, o composto 4g apresentou atividade bactericida considerável frente ao M. luteus, tendo melhor resultado do que cloranfenicol. Em relação aos compostos 4h e 4m verificou-se similaridade em relação à CMI, contra Candida albicans, quando comparados com a nistatina. Em geral, os derivados 4-tiazolidinonas da série 4a-m apresentaram consideráveis atividades antimicrobianas frente aos microrganismos testados, principalmente aqueles com o nitrogênio do anel piridínico na posição 2. Além disso, alguns destes derivados demonstraram melhores valores de CMI, CMB e CMF quando comparados aos fármacos de referência. Palavras-chave: 4-tiazolidinonas; tiossemicarbazonas; atividades antimicrobianas; Grampositivas; Candida albicans; Mycobacterium megmatis, Mycobacterium tuberculosis. ABSTRACT The therapeutic actions of some drugs can be improved through strategies of molecular modification. The biological properties of numerous heterocyclic compounds is known, them those which containing sulfur and nitrogen in their ring. Among compounds the derivatives of the 4-thiazolidinones deserve special prominence because their antimicrobial, antifungical, antiprotozoal, anti-inflammatory activities, among others. Byusing these date, we synthesized a serie of derivatives of 4-thiazolidinones for the potential evaluation against some bacteria and fungi. Initially, it were obtained thiossemicarbazones prepared starting from formyl-pyridine and substituted and nosubstituted thiossemicarbazides, in ethanol under and purified by washing and recrystallization from an appropriate solvent. On the second stage, the thiossemicarbazones were put under cyclization by using the anhydride maleic (Michael acceptor) to form the 4-thiazolidinones (4a-m). After purification, the final substances presented yields varying from 14 to 50%. To the structural characterization of the synthesized compounds, it was used the spectral of infrared, and nuclear magnetic resonance (RMN 1H and RMN 13C). As for the biological activity, the new molecules were submitted to trials of antimicrobial activity, being tested on Gram-positive and Gram-negative bacteria and fungi. From the twelve derivative of synthesized 4-thiazolidinones, only five (4a, 4g, 4h, 4j and 4m) were selected for the accomplishment of MIC and MBC on enviromment liquid. Only the compound 4j presented activity to bacteria Gram-negative of genders Klebsiella pneumoniae and good activity bactericide against Mycobacterium smegmatis and Mycobacterium tuberculosis. However, the other ones substances demonstrated biological activity against Gram-positive bacteria and against fungi of the genders Candida albicans and Malassezia furfura. According to the results, the nourish 4g presented considerable bactericide activity in relation to the M. Luteus, having better result than the cloranfenicol. The coumpounds 4h and 4m presented similarity in relation MIC when compared the nistatin against Candida albicans. In general, the derivatives of 4-thiazolidinones obtained, presented considerable antimicrobials activities in relation to the tested microorganisms, mainly those with the nitrogen of the pyridinic ring in the position 2. Further more, some of them better demonstrated values of MIC, MBC and MFC when compared with the drugs of references. Keywords: 4-thiazolidinones; thiosemicarbazones, antimicrobial activity; Gram-positives; Candida albicans; Mycobacterium smegmatis and Mycobacterium tuberculosis. 1.INTRODUÇÃO 16 1.1. Introdução Nos últimos 20 anos, houve um aumento alarmante da resistência de microrganismos, especialmente bactérias Gram-positivas, à ação de medicamentos (KOLLEF & MICEK, 2006; VICINI, et al., 2006; PFLTEZ & WILKINSON, 2004). Este fato pode ser atribuído à mutagenicidade desses agentes patógenos, provocada pela administração de múltiplos fármacos em pacientes hospitalizados e imunocomprometidos com câncer, AIDS e transplantados (VICINI, et al., 2006; KHAN, et al., 2005; PFLTEZ & WILKINSON, 2004). Com a descoberta de novas substâncias, tem aumentado a procura por medicamentos mais eficazes e seguros, que causem um menor número de efeitos colaterais possíveis, proporcionando aos seus pacientes menor rejeição e sucesso no tratamento. Neste contexto, a química orgânica medicinal, através do planejamento e da modificação molecular, tem contribuído para um grande número de sínteses, observando-se assim um crescimento considerável de compostos empregados no combate às diversas doenças (SILVA, 2002). Entre estes vários compostos, têm-se destacado os derivados das tiossemicarbazonas (Figura 1a) que reagem com elementos metálicos pela ligação do átomo de enxofre e do nitrogênio azometina, formando quelatos (SHAILENDRA et al., 2003). Tal característica relaciona-se com suas ações farmacológicas e suas atividades biológicas tanto contra bactérias e fungos, como S. aureus, Enterococcus (BERALDO et al., 2004), C. albicans e S. cerevisae (KASUGA et al., 2001) contra protozoários, como Plasmodium falciparum (WALCOURT et al., 2004), Tripanossoma cruzi 17 (GREEMBAUM et al., 2004), Trichomonas vaginalis, e outros parasitas (BHARTI et al., 2002). As tiossemicarbazonas podem também ser visualizadas como análogos estruturais das 4-tiazolidinonas, que apresentam o grupo hidrazona condensado na posição 2 (Figura 1 b). Recentemente, as 4-tiazolidinonas substituídas têm sido relatadas na literatura como novos agentes inibidores da enzima Mur B (enolpiruvil uridina difosfato Nacetilglucosamina redutase). A enzima Mur B é uma flavoproteína existente apenas em seres procariontes, que tem papel fundamental na biossíntese do polímero peptidoglicano (ANDRES, et al., 2000), essencial para a manutenção da integridade osmótica da parede celular bacteriana, tanto em microrganismos Gram-positivos como em Gram-negativos (BENSON & WALSH & MASSEY, 1997) . As 4-tiazolidinonas representam uma classe de compostos de grande interesse terapêutico tanto quanto as suas propriedades químicas e atividades biológicas, como pelo seu amplo espectro de ação, tais como antitumoral (GUDUDURU et al., 2005), antimicrobiana (BONDE, 2004), antiinflamatória (VIGORITA et al., 2003), antifúngica (CAPAN et al., 1999) e antiprotozoária (ALVES et al., 1993), sendo inclusive ativas contra Mycobacterium tuberculosis (BABAOGLU, et al., 2003). 18 H R1 N NHR1 N Ar N S N N 2 3 4 1 5 Ar O S O a b OH Ar = grupo arila; R1 = H, alquil, aril Figura 1. tiossemicarbazona (a) e (b) 4-tiazolidinona. Com base nas informações acima, o presente trabalho foi desenvolvido, buscando sintetizar novos derivados das 4-tiazolidinonas pela variação dos substituintes com o objetivo de realizar uma possível relação estrutura-atividade contra diversos agentes microbianos, que possam ser úteis no controle das enfermidades, minimizando desta forma, os efeitos colaterais e inibindo conseqüentemente o abandono ao tratamento. 19 2. REVISÃO DA LITERATURA 20 2.1. Revisão da literatura 2.1.1. BACTÉRIAS 2.1.1.1. Aspectos gerais São seres procariontes desprovidos de uma estrutura celular organizada com a ausência da membrana nuclear. As células bacterianas medem, em geral, de 0,2 a 2 µm em diâmetro e de 1 a 6 µm em comprimento. Em adição as suas dimensões, formas e organizações celulares, as bactérias podem ser diferenciadas com base em suas características tintoriais com a coloração de Gram, pela qual, as maiorias destes seres podem ser classificadas como Gram-positivos e Gram-negativos. A figura 2 mostra a estrutura geral de uma célula bacteriana (Gram-positiva e Gram-negativa) (KONEMAN et al., 2001). Figura 2. Corte longitudinal de uma célula bacteriana. À esquerda dessa figura a estrutura de uma bactéria Gram-postiva e, à direita, a estrutura de uma bactéria Gram-negativa. 2.1.2. FUNGOS 21 2.1.2.1. Estrutura e crescimento São organismos eucarióticos, em sua maioria aeróbios obrigatórios, outros, aeróbios facultativos, mas nenhum é anaeróbio obrigatório. Seu habitat natural é o meio ambiente, com exceção da Candida albicans, a qual faz parte da flora humana normal. Duas estruturas celulares fúngicas são importantes em medicina: a parede celular constituída principalmente de quitina (não peptideoglicana como nas bactérias), o que torna os fungos insensíveis aos antibióticos, tais como a penicilina, que inibe a síntese de peptideoglicano. A outra estrutura é a membrana celular que contém ergosterol e zimosterol, em contraste com as membranas celulares humanas, as quais contêm colesterol (WARREN. & JAWETS, 1998). 2.1.3. RESISTÊNCIA BACTERIANA O conhecimento do fenômeno da resistência a agentes físicos e químicos entre os microrganismos data do início da era microbiana. Com a introdução das primeiras substâncias químicas com finalidade quimioterápica específica, Ehrlich e seus colaboradores Franke e Roehl (ALBERT, 1968), em 1905, descobriram o fenômeno da resistência às drogas, ao observarem que em culturas de tripanossomas africanos tratados com arsênio ou com determinados corantes havia percebido a sobrevivência de alguns exemplares da mesma população microbiana. O advento do uso clínico de sulfonamidas, em 1933, e, em seguida, da penicilina, em 1941, levou à constatação de que a resistência bacteriana aos agentes antimicrobianos podia ser uma característica natural das espécies de bactérias ou ser adquirida por cepas individuais dentro de uma população sensível. Ao descobrir a penicilina em 1929, Fleming foi o primeiro observador da resistência natural de microrganismos aos antibióticos, 22 descrevendo que bactérias do grupo coli-tifóide e a Pseudomonas aeruginosa (Bacillus pyocyaneus) não eram inibidas pelo antibiótico. A causa desta resistência natural foi, pouco depois, descoberta por Abraham e Chain, que, em 1940, um ano antes da primeira publicação sobre o uso clínico da penicilina, demonstraram em extratos de E. coli uma enzima capaz de destruir a ação da penicilina, a qual denominaram penicilinase. Na atualidade, a resistência bacteriana adquirida é descrita em praticamente todas as espécies de bactérias, conhecendo-se detalhes dos mecanismos de aquisição de resistência e os mecanismos moleculares da manifestação da resistência (CUNHA, 1998; JACOBY, 1998; JACOBY & ARCHER, 1991). A resistência aos antimicrobianos é um fenômeno genético, relacionado à existência de genes contidos no microrganismo que codificam diferentes mecanismos bioquímicos que impedem a ação das drogas. Entre os microrgansimos que sofreram grandes modificações na sensibilidade aos antimicrobianos com o correr dos anos, destacam-se os estafilococos, as enterobactérias, a Pseudomonas aeruginosa, o Acinetobacter baumannii e, mais recentemente, os hemófilos, gonococos, enterococos e pneumococos. Atualmente é grande a preocupação entre os cientistas, microbiologistas e médicos clínicos a resistência entre as bactérias Grampositivas, que vêm se tornando bactérias problemas na terapêutica antiinfecciosa (WALTER, 2000). Recentemente, estudos envolvendo bactérias Gram-positivas e Gram-negativas foram realizados no hospital geral da cidade de Fortaleza, verficando-se que os microrganismos bacilos de K. pneumoniae e P. aeruginosa, bem como e S. aureus foram responsáveis pelas infecções causadas nas UTI do estabelecimento (WALTER, 2000). 23 Além disso, segundo as pesquisas, as cefalosporinas de terceira geração não representavam uma alternativa terapêutica muito eficiente no tratamento de infecções que ocorrem na UTI do HGF, diferentemente das penicilinas anti-Pseudomonas combinada a inibidores de betalactamases e o ciprofloxacino representando alternativas terapêuticas no tratamento de infecções provocadas por esses patógenos (WALTER, 2000). 2.1.4. DROGAS ANTIMICROBIANAS O conceito mais importante da terapia antimicrobiana é o da toxicidade seletiva, isto é, a inibição seletiva do crescimento do microrganismo sem danos ao hospedeiro. A toxicidade seletiva é obtida pela exploração das diferenças entre o metabolismo e a estrutura do microrganismo e das características correspondentes das células humanas (WARREN. & JAWETS, 1998). Existem quatro sítios principais na célula bacteriana que diferem suficientemente da célula humana e que servem como alvo para a ação de drogas clinicamente efetivas: a parede celular, os ribossomos, os ácidos nucléicos e a membrana celular. O conhecimento dos princípios gerais que norteiam o uso de antimicrobianos, assim como das propriedades e características básicas dos antimicrobianos disponíveis, permitiu estabelecer critérios científicos que dão segurança à sua indicação terapêutica e/ou profilática (JARVIS, et al., 1992). É importante lembrar que o aumento do espectro de atividade antimicrobiana nem sempre representa vantagem, visto que, quando muito amplo, pode propiciar o 24 aparecimento de superinfecção. Para seleção do(s) antimicrobiano(s) a ser(em) prescrito(s), sempre devem ser considerados três aspectos fundamentais: o estado clínico do paciente, o local ou sítio da infecção e o agente etiológico presumido ou comprovado (NETO & LEVI & LOPES, 2000). A figura 3 mostra as estruturas de algumas drogas antimicrobianas com amplo espectro de ação, incluindo fungos e bactérias Gram-positivas e Gram-negativas (BRODY, 2006). O2N OH CH2OH CH CH OH O NH C N N N CHCl2 CH2 C CH2 N N N F Cloranfenicol Inibidor da Síntese Protéica F Fluconazol Inibidor da Síntese do Ergosterol Figura 3. Fórmulas estruturais de algumas drogas antimicrobianas. 2.2. PIRIDINAS As piridinas são substâncias com odor forte característico que causam irritação em algumas pessoas, quando manipuladas. Esses compostos são muito usados como solventes, bases e em reações químicas, como a de acilação. As monometilpiridinas são completamente solúveis em água (JOULE & MILLS & SMITH, 1995). Os carbonos da piridina são pobres em elétrons, particularmente nas posições α e γ, facilitando a adição nucleofílica (Figura 4). 25 4 5 6 ( gama) 3 (beta) 2 ( alfa) N 1 Figura 4. Estrutura do anel piridínico Os anéis piridínicos são geralmente resistentes aos agentes oxidantes. Eles podem ser oxidados em condições enérgicas quando reage em solução de permanganato potássio na presença de benzeno, produzindo dióxido de carbono. O anel pirídinico é importante nos processos biológicos, notavelmente no sistema de óxido-redução com o NADP, niacina, piridoxina e transaminases. Muitos derivados sintéticos da piridina atuam como agentes terapêuticos. Por exemplo, isoniazida e sulfapiridina são agentes antibacterianos e lacidipine é um anti-hipertensivo (Figura 5) (JOULE & MILLS & SMITH,1995). O NHNH2 CO2 - t -butil N NH O EtO2C CO2Et S O Me N Isoniazida N Me H Sulfapiridina NH2 Lacidipine Figura 5. Estruturas de alguns fármacos pirídinicos de interesse biológico. 2.3. TIOSSEMICARBAZIDAS 26 2.3.1. Obtenção das tiossemicarbazidas As tiossemicarbazidas são moléculas amplamente empregadas em diversas reações, tanto como compostos de partida quanto como intermediários (KUÇUKGUZEL, et al. 2006). Sua obtenção é simples e de baixo custo, podendo ser utilizadas em reações que envolvem, principalmente, hidrazina e compostos tiocarbonilados. Esses compostos são conhecidos por suas atividades antiviral, antimalárica e antitumoral, além de serem usados nas análises orgânicas para caracterização e determinação de aldeídos e cetonas (MALCOLM, et al. 1997). Através da análise retrossintética (Esquema 1), podem ser observadas, de modo geral, quatro estratégias de síntese: três para a formação da ligação N2-C3 a partir da reação entre hidrazina e isotiocianato (1) (LI et al., 2006; GURSOY, et al., 1997), hidrazina e ácidos tiocarbamoiltioglicólicos (2) (BHARTI, et al., 2002) hidrazina e ditiocarbamatos (3), (ASHTON et al., 1993) e uma estratégia para a formação simultânea das ligações N2 – C3 e C3 – N4 a partir da reação entre hidrazina, dissulfeto de carbono e azidas ou aminas primárias (4). 27 S R1 N H2N NH2 NH2 + R3NCS R2 R4 + is otiocianatos S 1 N R2 2 1 R3 ditiocarbamatos S R1 NH2 N 3 2 3 4 N N H R3 R4 4 NH2 H2N S + R3N3 ou NH2R3 aminas azida primárias de carbono + CS2 + dis s ulfeto O S NH2 N R4 R1, R2, R3, R4 = H, Alquila e Arila R3 OH ácido tiocarbamoilglicólico Esquema 1: Análise retrossintética de tiossemicarbazidas 2.3.1.1 Reações envolvendo hidrazina e isotiocianatos Isotiocianatos reagem com hidrato de hidrazina ou derivados por meio de adição nucleofílica ao carbono sp, formando tiossemicarbazidas (LI et al., 2006; GURSOY, et al., 1997). Estas reações ocorrem em solução etanólica sob refluxo, obtendo-se o produto com bons rendimentos (70-90%). 2.3.1.2. Reações envolvendo hidrazina e ácidos tiocarbamoiltioglicólicos Este método é descrito na literatura como uma alternativa para obtenção de tiossemicarbazidas substituídas em N4 com grupos pouco comuns, indisponíveis 28 comercialmente (BHARTI, et al., 2002). A reação ocorre em meio alcalino sob refluxo, originando tiossemicarbazida com a liberação do ácido tioglicólico. 2.3.1.3. Reações envolvendo hidrazina e ditiocarbamatos. Método bastante semelhante em relação à estratégia descrita anteriormente. Esta metodologia consiste em uma adição nucleofílica de hidrazina ao carbono tiocarbonílico e ditiocarbamato, com abstração do grupo S-CH3, segundo trabalho desenvolvido por Ashton et al., (1993), a partir da 2- (3,4-dimetóxifenil) etilamina (Esquema 2). S S H S H2N NH2 H2N N EtOH + H N N H + refluxo NO2 NO2 Esquema 2. Síntese de tiossemicarbazida a partir de um ditiocarbamato 2.3.1.4. Reações envolvendo hidrazina, dissulfeto de carbono e aminas primárias ou azidas. Este método é muito útil para a síntese das tiossemicarbazidas, pelo fato de ser um processo que pode ser realizado em um único balão (“one pot reaction”), evitando perdas e alcançando bons rendimentos (80-90%) (PANDEYA, et al., 1999). 29 HSCH3 2.4. TIOSSEMICARBAZONAS Tiossemicarbazonas são compostos de considerável interesse científico devido as suas importantes propriedades químicas e biológicas, tais como antitumoral (KOVALADEMERTZI et al., 2006; GARCIA-TOJAL et al., 2006), antibacteriana (SRIRAM et, al., 2006; CHATTOPADHYAY & GHOSH, 1989), antiviral (TEITZ et al., 1994), antiprotozoária (SHARMA et al., 2005; BHARTI et al., 2002), citotóxica (KARAH, 2002) entre outras. A estrutura química das tiossemicarbazonas e a numeração dos seus átomos segundo a IUPAC (PÂNICO et al., 1993) são mostradas na Figura 6. H R1 4 2 1 N 3 N R2 NR3R4 S Substituinte = R1, R2, R3, R4 = H, alquil, aril. Figura 6 . Estrutura e Numeração das tiossemicarbazonas A preparação de tiossemicarbazonas é bastante explorada e descrita na literatura (LI et al., 1998). Algumas estratégias podem ser empregadas na síntese destes compostos, como a obtenção direta, pela reação quimiosseletiva de aldeídos e/ou cetonas com tiossemicarbazidas obtidas comercialmente; obtenção indireta, através da preparação prévia das tiossemicarbazidas, utilizando hidrazina e diferentes reagentes, seguido da condensação com o derivado carbonilado específico, como descrito anteriormente no esquema 1. No presente trabalho foi adotado o método direto de preparação das tiossemicarbazonas devido a maior facilidade das reações e disponibilidade dos reagentes. 30 2.4.1 Obtenção direta das tiossemicarbazonas a partir de tiossemicarbazidas Esta metodologia sintética é realizada utilizando quantidades equimolares das tiossemicarbazidas e de derivados carbonilados do tipo aldeído ou cetona, em meio alcoólico sob refluxo e quantidades catalíticas de ácido. Normalmente, estas reações são bastante rápidas, apresentando altos rendimentos (BERALDO et al., 2001; MENDES et al., 2001; PESSOA et al., 2001). (Esquema 3). H O + R1 R2 N NR3R4 H2N S ácido meio alcoólico refluxo H R1 N NR3R4 N R2 + H2O S R1, R2, R3 e R4 = H, alquil e aril Esquema 3. Reação de formação de tiossemicarbazonas Diversos derivados de tiossemicarbazonas foram obtidos utilizando as condições reacionais descritas acima. Jalilian & Sadeghi & Kamrani (2006) desenvolveram complexos de paládio com 4-N-metiltiossemicarbazonas como possíveis agentes terapêuticos contra diversos tipos de tumores utilizando a purificação radioquímica, obtendo altos rendimentos. Tenório et al. (2005) promoveram a síntese de tiossemicarbazonas contendo uma porção aril-hidrazona substituída com o grupo nitro. Os compostos foram obtidos a partir de reações entre tiossemicarbazidas substituídas com derivados do benzaldeído, utilizando-se gotas de ácido acético como catalisador (Esquema 4). 31 H N O H NHR N H2N S + O2N H AcOH EtOH / H2O refluxo NHR N O2N S R = H, CH3, C2H5, C6H5 Esquema 4: Obtenção de tiossemicarbazonas contendo o grupo nitro na porção aril-hidrazona a partir de reações entre tiossemicarbazidas e benzaldeídos substituídos. Tarasconi et al. (2000) estudaram a síntese e caracterização espectroscópica, bem como as propriedades biológicas de novos derivados de grupamentos aldeídicos tiossemicarbazônicos. Niu et al. (1998) sintetizaram derivados da 3-aminopiridina-2carboxaldeído tiossemicarbazona por meio da redução de grupos nitro em meio ácido atuando como catalisador, mostrando estes compostos bons rendimentos (70-90%). As tiossemicarbazonas são geralmente obtidas como misturas de isômeros E e Z no estado sólido (LEMKE et al., 1977). Em solução, há isomerização da configuração Z para E devido a sua maior estabilidade termodinâmica (OTA et al., 1998) (Figura 7). De um modo geral, as tiossemicarbazonas derivadas de aldeídos tendem a formar o isômero E, termodinamicamente mais estável, enquanto que, para as derivadas de cetonas assimétricas, a proporção entre E e Z depende da estrutura dos substituintes ligados a carbonila (COSTA et al., 2003). 32 N N H H H N N N N S NH2 H H2N Z E S Figura 7 . Formas isoméricas Z e E para 2- formilpiridina tiossemicarbazona. 2.4.2. Considerações sobre as atividades antimicrobianas das tiossemicarbazonas Como mencionado anteriormente, as tiossemicarbazonas pertencem a uma classe de compostos bastante conhecida por suas importantes aplicações na pesquisa de novos fármacos deamplo espectro de ação (BERALDO et al., 2001). Alguns autores atribuem esta propriedade à alta afinidade que as tiossemicarbazonas apresentam pela enzima ribonucleotídeo reductase, enzima responsável pela síntese do DNA e consequente divisão celular (NIU et al., 1998). Outros consideram as suas propriedades biológicas associadas à capacidade que elas apresentam de formar complexos com cátions metálicos (KOVALA-DEMERTZI et al., 2006; CHATTOPADHYAY & GHOSH, 1989). Christenson et al. (1985) realizaram testes antimicrobianos com alguns derivados desta classe de compostos, dentre eles a 2-acetilpiridina tiosemicarbazona, obtendo bons 33 resultados in vitro frente a Neisseria gonorrhoeae, utilizando a penicilina como fármaco de referência. A síntese envolvendo complexos metálicos, dentre os quais o cobre com derivados de N(4)-orto, N(4)-meta e N(4)-para-toluil-2-benzoilpirina tiossemicarbazonas foi realizada para avaliar a atividade antifúngica contra Candida albicans, demostrando interessante redução da dose necessária à atividade (MENDES, et al., 2006). 2.5. 4-TIAZOLIDINONAS As 4-tiazolidinonas são derivadas carboniladas das tiazolidinas (SINGH et al., 1981). As suas estruturas químicas apresentam-se formadas por um anel de cinco membros, contendo dois heteroátomos, de enxofre (S) e de nitrogênio (N), e um grupo carbonila na posição 4. A numeração exigida para a nomenclatura desses compostos inicia-se com o enxofre recebendo a designação inicial 1, enquanto o nitrogênio recebe a numeração 3 (Figura 8). R2 N3 R1 2 1 S O 4 5 R3 Figura 8 . Estrutura e numeração do núcleo de 4-tiazolidinonas Diversas propriedades biológicas são descritas para esta classe de compostos, incluindo atividades anti-HIV (BALZARINI, et al., 2007); antiprotozoária (TENÓRIO et al., 2005), antimicrobiana (BONDE & GAIKWAD, 2004; GURSOY & TERZIOGLU & OTUK, 1997), anti-Mycobacterium tuberculosis (KUÇUKGUZEL, et al., 2006), 34 antitumoral (GUDUDURU, et al., 2005), antifúngica (SIDDIQUI et al., 2003), antioxidante (SHIH & KE, 2004), entre outras. De acordo com a análise retrossintética para a síntese dos derivados 4tiazolidinonas (Esquema 5), duas estratégias podem ser empregadas: formação das ligações C5-S e C4-N, a partir das reações envolvendo ácidos α-aceto halogenados e tioamidas; e formação das ligações C2-S e C4-N (Equema 5, 2a), empregando reações entre iminas substituídas e o ácido α-mercaptoacético ou através de reações envolvendo três componentes entre aminas, aldeídos e o ácido α-mercaptoacético (Esqema 5, 2b). O R CH imina NR1 + HS OH ácido alfa - mercaptoacético 2a O 1 S O + X OR2 compostos alfa - cetohalogenados R 1 NHR1 tioamida N S R1 2 2b R O NHR1 amina RCHO aldeído HS OH ácido alfa - mercacptoacético Esquema 5. Análise retrossintética das 4-tiazolidinonas A síntese química de 4-tiazolidinonas pode ser obtida por vários métodos (SINGH et al., 1981). Entretanto, sua preparação a partir de tiossemicarbazonas pode ser descrita em três estratégias: método a, utilizando ácidos carboxílicos alfa-halogenados; método b, utilizando ésteres de etila alfa-halogenados e o método c, utilizando anidrido maléico e derivados (Esquema 6). 35 O R H R3 O X H N R2 S R R O N N O R2 O H N N método a R1 N R1 R1 R3 S método b R2 O N O S R3 R N N R1 O N O método c N N O X = Cl ou Br R, R1, R2, R3 = H, alquil ou aril R3 R2 S O OH Esquema 6. Estratégias de preparação de 4-tiazolidinonas a partir de tiossemicarbazonas Os métodos a e b são semelhantes, pois ambos fazem uso de acetato de sódio anidro em solvente apropriado. Observa-se no esquema acima que o método a apresenta uma estratégia mais simples para obter 4-tiazolidinonas substituídas na posição 5 com grupos alquila ou arila (JOLLY & SHARMA, 1990). Em ambos os métodos, a reação inicia-se com o ataque nucleofílico do átomo de enxofre ao carbono halogenado, seguido de aminólise, com perda de uma molécula de água ou álcool etílico, formando o heterociclo. Em relação ao método c há poucos relatos de aplicação na síntese de 4tiazolidinonas. Contudo, este é o método de escolha quando se deseja obter esses heterociclos substituídos na posição 5 com o grupo ácido (AQUINO et al., 2008; CHANDE & SURYANARAYAN, 2002). É importante ressaltar que a função tioamida (R1R2N-C=S), 36 presente nas tiossemicarbazonas é a porção responsável por esta reação, como relataram Balasubramaniyan et al. (1990). Em um outro estudo, Bondock & Khalifa & Fadda (2007) sintetizaram novos derivados tiazóis, tiazolidinonas e tiazolinas a partir de tiossemicarbazonas e N-arilidenos cianoaceto-hidrazida como produtos intermediários, na presença de anidrido acético. 2.5.1. Considerações sobre as atividades antimicrobianas das 4- Tiazolidinonas As 4-tiazolidinonas apresentam um largo espectro de atividades biológicas. Entretanto, quando se trata de ação antimicrobiana é necessário um estudo biológico mais detalhado. O anel 4-tiazolidinona possui vários sítios de substituição, o que leva a um grande número de análogos estruturais. Portanto, as diferentes atividades biológicas podem ser atribuídas a grupos substituintes nas posições 2, 3 e 5 do anel, que promovem modificações nos parâmetros físico-químicos e estruturais (lipofílicos, eletrônicos, polares e estéricos) das moléculas (ANDRES, et al., 2000; BERSENEVA, et al., 1998; DING, et al., 1995). Uma série de pirazinas contendo tiazolinas e tiazolidinonas foram avaliadas in vitro para atividade antibacteriana contra E. coli, S. typhi, S aureus e B. subtillis e Mycobacterium tuberculosis (BONDE & GAIKWAD, 2004). ANDRES et al.(2000) apresentando um potencial de inibição da enzima Mur B por 4-tiazolidinonas 2,3,5subsitutídas contendo um grupo ácido acético α-substituído em N-3. Foi observado que o derivado não substituído na posição 5 do anel 4-tiazolidinona e contendo o radical butil em 37 α ao grupo ácido (I) possuía maior poder inibitório sobre a enzima Mur B (IC50 = 7,7 µM) (Figura 9) em relação ao derivado II . II I R O O S N O OH N S OH R O R = H, CH3 ou ClO2N(H2NH)Ph R= aril ou alquila OMe Figura 9. Estruturas de algumas 4-tiazolidinonas de importância biológica. Parekh & Parikh (2004) sintetizaram alguns derivados das 4-tiazolidinonas a partir de reações de ciclocondensação entre diversos aldeídos aromáticos e os ácidos mercaptoacético e mercaptopropiônico. As novas moléculas foram testadas in vitro e demonstraram significantes atividades antibacteriana e antifúngica (Esquema 7). 38 CH3 O O O S CH3 N N H2N RCHO CH3 O O O N S CH3 N N R HOOC HOOC CH SH O H3C O S O H3C S N S R O N CH3 N SH S O N CH3 N R O N O O CH3 CH3 R = aril Esquema 7. Síntese de derivados 4-tiazolidinonas a partir de reações de ciclocondensação entre aldeídos aromáticos e os ácidos mercaptoacético e mercaptopropiônico. 39 Kuçukguzel et al. (2002) obtiveram derivados de 4-tiazolidinonas e 1,3,4-oxadiazol através da reação de condensação entre aldeídos apropriados e aciltiosemicarbazidas em presença de bromo-acetato de etila e acetato de sódio anidro. Os novos compostos apresentaram atividade antimicrobiana contra Mycobacterium tuberculosis, fungos e outros tipos de bactérias. Kavitha et al. (2006) relataram que análogos 4-tiazolidinonas substituídas em N-3 com um grupo derivado da venlafaxina (1-[2-amino-1-(4-metóxi-fenil)-etil]-ciclohexanol), possuíam atividade frente a várias cepas bacterianas, como Pseudomonas fluorescens, e de fungos, como espécies Trichoderma. Alguns dos resultados obtidos, medindo-se o diâmetro do halo de inibição e determinando-se a concentração mínima inibitória (CMI), mostraram uma melhor ação antimicrobiana destes análogos que os fármacos padrões utilizados, estreptomicina (antibiótico) a nistatina (antifúngico). O nosso grupo de pesquisa tem desenvolvido estudos com derivados de 4tiazolidinonas obtidos a partir de benzaldeídos tiossemicarbazonas substituídas. Liesen et al. (2006) pesquisaram a síntese e a avaliação in vitro para aciltiossemicarbazidas e seus derivados 4-tiazolidinonas e 1,3,4-tiadiazóis. Em outro trabalho realizado, uma nova série de tiazolidinonas foi sintetizada a partir da benzaldeído 4-fenil-tiossemicarbazona substituída para avaliação das atividades in vitro anti-Toxoplasma gondii e antimicrobiana. Alguns dos compostos sintetizados mostraram resultados satisfatórios contra Mycobacterium tubeculosis (Figura 10) (AQUINO et al., 2007). 40 N N N S R H O2N Figura 10. Estrutura de 2- [(fenilmetileno) hidrazono]-3-fenil-5-(4-nitrofenil)- metileno-4tiazolidinonas substituídas. 41 3. OBJETIVOS 42 3. OBJETIVOS 3.1. Geral Síntese de novos derivados das 4-tiazolidinonas obtidas a partir de formil-piridinas, baseando-se em trabalhos realizados anteriormente por nossa equipe, e a aplicação destas no estudo de suas atividades antimicrobianas. 3.2. Objetivos específicos ● Síntese de derivados tiossemicarbazonas através das reações de adição entre tiossemicarbazidas substituídas e não-substituídas com formil-piridinas. ● Síntese de derivados 4-tiazolidinonas a partir de reações de ciclização entre as formilpiridinas tiossemicabazonas obtidas e o anidrido maléico. ● Caracterização físico-química de todos os compostos sintetizados. ● Determinação estrutural de todas as moléculas em estudo por meio da obtenção de espectroscopia de RMN de 1H, de 13C, IV. ● Avaliação in vitro das atividades antimicrobianas dos compostos sintetizados frente a fungos e bactérias pelos os métodos de difusão em disco e determinação da concentração mínima inibitória (CMI) em meio líquido. 43 4. MATERIAL E MÉTODOS 44 4. Material e métodos 4.1. Parte experimental 4.1.1. Cromatografia A cromatografia em coluna foi efetuada sob pressão, utilizando-se gel de Sílica Merck (230-400 Mesh). A cromatografia em camada delgada (CCD) foi realizada sobre placas comerciais de gel de Sílica Merck 60 F234 de 0,24 mm de espessura. A CCD foi monitorada através de revelação pela iluminação no ultravioleta (UV) (254 nm). As reações foram monitoradas por CCD pelo desaparecimento dos reagentes de partida. 4.1.2. Pontos de fusão Os pontos de fusão foram medidos através dos aparelhos modelo Q.340.23-QUIMIS e modelo MQAPF-301-MICROQUÍMICA com banho de silicone, em tubos capilares. 4.1.3. Espectroscopia A estrutura química das substâncias obtidas foi determinada por espectroscopia no infravermelho (IV) e por ressonância magnética nuclear (RMN). Os espectros no infravermelho ( ν, cm-1), foram registrados em um aparelho BRUKER modelo IFS 66, em discos de KBr. Os espectros de RMN foram obtidos em um aparelho UNITY plus 300 MHz – VARIAN, a partir de soluções dos compostos em CDCl3 ou DMSO d6. Os deslocamentos químicos (δ) indicados, expressos em ppm, foram medidos em relação ao tetrametilsilano (TMS), utilizado como referência interna. As constantes de acoplamento estão indicadas 45 em Hz. As multiplicidades dos sinais são medidas da seguinte forma: s-singleto, d-dubleto, dd- duplo dubleto, t-tripleto, q-quadrupleto, m-multipleto. 4.1.4. Solventes e Reagentes Os solventes utilizados encontravam-se puros, exceto o hexano e o acetato de etila que precisaram ser destilados. O tolueno foi seco sobre sódio metálico. Os reagentes foram obtidos comercialmente (SIGMA, DIFCO, MERCK e ALDRICH). Acetona Giemsa Acetato de etila Hexano Ácido acético glacial Metanol Água destilada Meio 199 Anidrido maléico Piridina-carboxaldeído Clorofórmio (CHCl3) Sílica gel flash Clorofórmio deuterado (CDCl3) Solução de ringer Diclorometano Solução tampão de fosfato Dimetil formamida (DMF) Soro fetal bovino Dimetilsulfóxido (DMSO) Sulfato de sódio anidro Dimetilsulfóxido deuterado (DMSO – d6 ) Sucrose Etanol Tiossemicarbazidas Epon Tolueno Fixador de Bouin 46 4.1.5. Equipamentos utilizados Aparelho de ponto de fusão modelos Q.340.23-QUIMIS e MQAPF-301- MICROQUÍMICA Balança analítica Balança semi-analítica Bomba de vácuo Capelas exaustoras Espectrômetro de IV (DQF-UFPE) Espectrômetro de RMN (DQF-UFPE) Estufa Evaporador rotatório Freezer Lâmpada de ultravioleta Placas de aquecimento Vidraria básica 4.1.6. Microrganismos utilizados Bactérias Gram positivas Staphylococcus aureus DAUFPE 02 Bacillus subtilis DAUFPE 16 Micrococcus lutens DAUFPE 100 Streptococcus faecalis DAUFPE 138 47 Bactérias álcool-ácido resistentes Mycobacterium phlei DAUFPE 70 Mycobacterium smegmatis DAUFPE 71 Mycobacterium tuberculosis DAUFPE 82 Bactérias Gram negativas Escherichia coli DAUFPE 138 Klebsiella pneumonie DAUFPE 396 Fungos leveduriformes Malassezia furfura DAUFPE 4849 Candida krusei DAUFPE 1002 Candida albicans DAUFPE 1007 48 4.2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 4.2.1. Esquema de síntese e moléculas-alvo O esquema 8 mostra a rota sintética empregada para a preparação dos compostos em estudo. H O N + H2N H H N N I N H N NR1 R1 S 2 a/d N 1 a/c S 3a/m II R1 N R1 = H, CH3, C2H5, C6H5 N N O S N 4 a /m O OH Reagentes e condições experimentais: (I) H2O, EtOH, ácido acético, refluxo; (II) tolueno seco, anidrido maléico, DMF, refluxo. Esquema 8. Rota sintética empregada na preparação das tiossemicarbazonas (3a-m) e derivados de 4-tiazolidinonas (4 a-m). 49 4.2.2. Obtenção da Aril Tiossemicarbazida A uma solução contendo 5,026 mL (d= 1,032 g/mL) de hidrato de hidrazina dissolvidos em 130 mL de etanol foram adicionados 7g (51,81milimoles) de isotiocianato de fenila lentamente. A mistura foi agitada sob refluxo por 3h e 30 min e, ao término da reação, o etanol foi evaporado sob pressão reduzida; o sólido obtido foi lavado com água e filtrado em funil sinterizado, obtendo-se cristais de coloração branca. As tiossemicarbazidas não substituídas e derivadas de radicais alquilas foram obtidas comercialmente. Dados para: N-fenil-tiossemicarbazida (2a) O composto foi obtido na forma de cristais de cor branca. H H N N H2N S • Rendimento de 65,8 % • PF = 138 - 139° C • PF literat. = 141-143° C (Malcolm et al.,1997) • Solubilidade: solúvel em acetato de etila, metanol e DMSO; parcialmente solúvel em clorofórmio e etanol. • Purificação: etanol à quente. • IV FT (ν cm-1, KBr): (NH 2) 3161, (N-H) 3102, (C-N) 1496, (C=S) 1068; 50 4.2.3. Procedimento geral para obtenção das Tiossemicarbazonas Com exceção da N-fenil-tiossemicarbazida (2a), as demais tiossemicarbazidas foram obtidas comercialmente, sendo adicionadas em quantidades que variaram entre 1,7964 e 4,3956 milimols à solução aquosa etanólica das formil-piridinas, seguida da adição de 0,2 mL de ácido acético glacial. As misturas reacionais foram refluxadas por um período que variou entre 1 e 3 horas com contínua agitação. As respectivas reações foram monitoradas por CCD até a obtenção do produto final. Após resfriamento, os precipitados foram filtrados em funil sinterizado e purificados após recristalização com etanol ou metanol à quente, seguido de adição de água destilada. Dados para: 2-formil-piridina-tiossemicarbazona (3a) O composto foi obtido na forma de sólido amorfo de cor amarelada. H H N N H N S N Tempo de reação: 2h 50 min • m = 400 mg (4,3956 mmols) de tiossemicarbazida • Qtd de 2-piridina-carboxaldeído = 0,4 mL • Qtd de solvente = 10 mL de solução etanólica (4 mL de etanol + 6 mL de água destilada) • Rendimento: 57% • PF = 194-195 ° C • PF literat. = 194-196° C (Anderson et al., 1951) 51 • IV FT (ν cm-1, KBr): (NH 2) 3304, (N-H) 3270, (C=N) 1538, (C=S) 1106; Dados para: 3-formil-piridina-tiossemicarbazona (3b) O composto foi obtido na forma de sólido amorfo de cor amarela. H H N N H N S N Tempo de reação: 2h 30 min • m = 400 mg (4,3956 mmols) de tiossemicarbazida • Qtd de 3-piridina-carboxaldeído = 0,45 mL • Qtd de solvente = 10 mL de solução etanólica (4 mL de etanol + 6 mL de água destilada) • Rendimento: 61% • PF = 217-219 ° C • PF literat. = 237-238° C (Mendes et al., 2001) • IV FT (ν cm-1, KBr): (NH 2) 3300, (N-H) 2981, (C=N) 1527, (C=S) 1109; Dados para: 4-formil-piridina-tiossemicarbazona (3c) O composto foi obtido na forma de sólido amorfo de cor branca . H H N N H N S N 52 Tempo de reação: 1h • m = 400 mg (4,3956 mmols) de tiossemicarbazida • Qtd de 4-piridina-carboxaldeído = 0,4 mL • Qtd de solvente = 11 mL de solução etanólica (4 mL de etanol + 7 mL de água destilada) • Rendimento: 68% • PF = 237-238° C • PF literat. = 253-254° C (Mendes et al., 2001) • IV FT (ν cm-1, KBr): (NH 2) 3421, (N-H) 3152, (C=N) 1536, (C=S) 1061; Dados para: 2-formil-piridina- N-(4)-fenil-tiossemicarbazona (3d) O composto foi obtido na forma de sólido amorfo de cor alaranjada. H H N N N S N Tempo de reação: 2 h • m = 400 mg (2,3952 mmols) de tiossemicarbazida • Qtd de 2-piridina-carboxaldeído = 0,25 mL • Qtd de solvente = 10 mL de solução etanólica (4 mL de etanol + 6 mL de água destilada) • Rendimento: 78% • PF = 199-200 ° C • PF literat. = 195° C (Chattopadhyay & Ghosh, 1989) 53 • IV FT (ν cm-1, KBr): (NH C6H5) 3305, (N-Hhidrazínico) 2967, (C=N) 1550, (C=S) 1189; Dados para: 3-formil-piridina- N-(4)-fenil-tiossemicarbazona (3e) O composto foi obtido na forma de um sólido amorfo de cor amarela. H H N N N S N Tempo de reação: 2 h • m = 400 mg (2,3952 mmols) de tiossemicarbazida • Qtd de 3-piridina-carboxaldeído = 0,25 mL • Qtd de solvente = 10 mL de solução etanólica (4 mL de etanol + 6 mL de água destilada) • Rendimento: 89,7% • PF = 218 – 220 ° C • PF literat = 219– 220 ° C (Hagenbach, et al., 1952) • IV FT (ν cm-1, KBr): (NH C6H5) 3304 (N-Hhidrazínico) 2963, (C=N) 1531, (C=S) 1195; Dados para: 4-formil-piridina –N-(4)-fenil-tiossemicarbazona (3f) O composto foi obtido na forma de sólido amorfo de cor amarela clara. H H N N N S N 54 Tempo de reação: 1 h • m = 300 mg (1,7964 mmols) de tiossemicarbazida • Qtd de 4-piridina-carboxaldeído = 0,21 mL • Qtd de solvente = 11 mL de solução etanólica (4 mL de etanol + 7mL de água destilada) • Rendimento: 73,5% • PF = 198-200 ° C • PF literat. = 200° C (Grammaticakis, P., 1956) • IV FT (ν cm-1, KBr): (NH C6H5) 3306 (N-Hhidrazínico) 3106, (C=N) 1550, (C=S) 1189; Dados para: 2-formil-piridina- N-(4)-metil-tiossemicarbazona (3g) O composto foi obtido na forma de sólido amorfo de cor alaranjada. H H N N N CH3 S N Tempo de reação: 2 h • m = 400 mg (3,0895 mmols) de 4-metil-tiossemicarbazida • Qtd de 2-piridina-carboxaldeído = 0,35 mL • Qtd de solvente = 10 mL de solução etanólica (4 mL de etanol + 6 mL de água destilada) • Rendimento: 54% • PF = 230-232 ° C • PF literat. = 224 - 226° C (Fujikawa, et al., 1959) 55 • IV FT (ν cm-1, KBr): (NH CH3) 3286 (N-Hhidrazínico) 3134, (C=N) 1527, (C=S) 1245; Dados para: 3-formil-piridina –N-(4)-metil-tiossemicarbazona (3h) O composto foi obtido na forma de sólido amorfo de cor amarelo claro. H H N N CH3 N S N Tempo de reação: 2 h • m = 500 mg (4,7619 mmols) de 4-metil-tiossemicarbazida • Qtd de 3-piridina-carboxaldeído = 0,5 mL • Qtd de solvente = 14 mL de solução etanólica (6 mL de etanol + 8 mL de água destilada) • Rendimento: 56% • PF = 216-218 ° C • PF literat. = 214-215° C (Beraldo et al., 2000) • IV FT (ν cm-1, KBr): (NH CH3) 3408(N-Hhidrazínico) 2455, (C=N) 1553, (C=S) 1073; Dados para: 4-formil-piridina- N-(4)-metil-tiossemicarbazona (3i) O composto foi obtido na forma de sólido amorfo de cor amarelada. 56 H H N N N CH3 S N Tempo de reação: 3 h • m = 400 mg (3,8095 mmols) de 4-metil-tiossemicarbazida • Qtd de 4-piridina-carboxaldeído = 0,4 mL • Qtd de solvente = 12 mL de solução etanólica (5 mL de etanol + 7 mL de água destilada) • Rendimento: 70,3% • PF = 235 – 236 ° C • PF literat. = 238-239° C (Beraldo et al., 2001) • IV FT (ν cm-1, KBr): (NH CH3) 3151 (N-Hhidrazínico) 2945, (C=N) 1518, (C=S) 921 ; Dados para: 2-formil-piridina- N-(4)-etil-tiossemicarbazona (3j) O composto foi obtido na forma de sólido amorfo de coloração alaranjada. H H N N N CH2CH3 S N Tempo de reação: 3 h • m = 400 mg (3,3613 mmols) de 4-etil-3-tiossemicarbazida 57 • Qtd de 2-piridina-carboxaldeído = 0,35 mL • Qtd de solvente = 11 mL de solução etanólica (5 mL de etanol + 6 mL de água destilada) • Rendimento: 57% • PF = 203-204 ° C • PF literat. = 208-210° C (Fujikawa, et al, 1959) • IV FT (ν cm-1, KBr): (NHCH2 CH3)3351, (N-Hhidrazínico)2794, (C=N)1528, (C=S)1091 ; Dados para: 3-formil-piridina- -N(4)-etil-tiossemicarbazona (3l) O composto foi obtido na forma de sólido amorfo de cor amarela. H H N N CH2CH3 N S N Tempo de reação: 3 h • m = 400 mg (3,3613 mmols) de 4-etil-3-tiossemicarbazida • Qtd de 3-piridina-carboxaldeído = 0,35 mL • Qtd de solvente = 11 mL de solução etanólica (5 mL de etanol + 6 mL de água destilada) • Rendimento: 83% • PF = 216-218 ° C • PF literat = 224-226 ° C (Hagenbach, et al., 1952) • IV FT (ν cm-1, KBr): (NH CH2 CH3) 3350, (N-Hhidrazíni co) 2971, (C=N)1527, (C=S) 1090 58 Dados para: 4-formil-piridina- N-(4)-etil-tiossemicarbazona (3m) O composto foi obtido na forma de sólido amorfo de cor amarela. H H N N N CH2CH3 S N Tempo de reação: 3 h • m = 400 mg (3,3613 mmols) de 4-etil-3-tiossemicarbazida • Qtd de 4-piridina-carboxaldeído = 0,38 mL • Qtd de solvente = 11 mL de solução etanólica (5 mL de etanol + 6 mL de água destilada) • Rendimento: 83% • PF = 188-190 ° C • PF = 228-229 ° C (Beraldo, et al., 2001) • IV FT (ν cm-1, KBr): (NH CH2 CH3) 3353 (N-Hhidrazínico) 2980, (C=N) 1526, (C=S) 1103; 59 4.2.4. Procedimento geral para obtenção dos derivados de 4tiazolidinonas Em um balão acoplado a aparelho Dean Stark contendo a tiossemicarbazona requerida e anidrido maléico, foi adicionada quantidade suficiente de tolueno seco. A mistura reacional foi aquecida, com agitação contínua, até refluxo por um período que variou entre 3 e 12 horas . Posteriormente, adicionou-se 1 mL de N,N-dimetilformamida (DMF), gota a gota, até total solubilização. A reação foi monitorada por CCD até o seu término. Após o resfriamento, o excesso de tolueno foi removido sob pressão reduzida e a mistura foi diluída com água e extraída com acetato de etila. A fase orgânica foi lavada com água, seca com sulfato de sódio anidro e filtrada. O acetato de etila foi removido sob pressão reduzida e o produto foi obtido após procedimento de purificação apropriado. Dados para: Ácido [2-(2-piridinil-metileno-hidrazono)-4-oxo-1,3-tiazolidin-5-il]- acético (4a): A substância 4a foi purificada em metanol a quente e água, fornecendo um sólido de cor bege. H d N c N N b N a O S O OH Tempo de reação: 7 horas. 60 • m = 400 mg (2,2222 mmols) do derivado 3a • Qtd de anidrido maléico: 239 mg • Qtd de solvente = 8 mL de tolueno • Rendimento: 32,5% • PF = 275-276 ° C • IV FT (ν cm-1, KBr): 3448 (O–H), 1747 (CO2H), 1636 (C=O lactama), 35 (C=N pirídinico), 1249 (N=CS); • RMN 1H (DMSO-d6, 300 MHz / ppm): 12,47 (1H, s, OH), 11,65 (1H, s, NH), 8,32 (1H, s, CH=N), piridina: 8,64 (1H,d, Há, j=3,3Hz), 7,46 (1H, t, J=7,2 Hz, Hb), 7,89 (1H, t, J = 7,2 Hz, Hc), 7,97 (1H, d, J=8,1 Hz, Hd), 4,40 (1H, dd, S-CH, J=8,4 Hz, j=3,6 Hz), 2,92 (2H, d, CH2, J=8,4 Hz, j =3,3 Hz), • RMN 13 C (DMSO-d6, 75,4 MHz / ppm): 175,6 (COOH), 171,8 (C=O lactama), 165,4 (C=N), 156,3 (CH=N), 152,8 (Cq piridina), 149,7 (Ca piridina), 136,9 (Cd piridina), 124,9 (Cb piridina), 120,7 (Cc piridina), 43,7 (CH), 36,5 (CH2). Dados para: Ácido [2-(3-piridinil-metileno-hidrazono)-4-oxo-1,3-tiazolidin-5-il]- acético (4b): A substância 4b foi recristalizada em metanol e água fornecendo um sólido de cor marrom. 61 H d N c N N b a N O S O OH Tempo de reação: 7 horas • m = 400 mg (2,2222 mmols) do derivado 3b • Qtd de anidrido maléico: 239 mg • Qtd de solvente = 20 mL de tolueno • Rendimento: 32,4% • PF = 258-260 ° C • IV FT (ν cm-1, KBr): 3417 (O–H), 1745 (CO2H), 1641 (C=O lactama), 1537 (C=N pirídinico), 1261 (N=CS); • RMN 1H (DMSO-d6, 300 MHz / ppm): 12,40 (OH / NH), 8,46 (1H, s, N = CH); piridina: Ha = 8, 88 (1H, s), Hb = 8, 63 (1H, s), Hc = 7,48 (1H, t), Hd = 8, 13 (1H, d), 4, 39 (1H, dd, J= 8,1 Hz, j= 4,5 Hz, , S – CH); 2, 93 (2H / dd, J = 8,1 Hz, j= 4,5 Hz, CH2); • RMN 13 C (DMSO-d6, 75,4 MHz / ppm): 175,4 (COOH), 171,7(C=O lactama), 165,4 (C=N), 153,7 (CH=N), 151,2 (Ca piridina), 149,2 (Cb piridina), 134,0 (Cd piridina), 130,0 (Cq, arom), 124,0 (Cc arom), 43,6 (CH), 36,5 (CH2). 62 Dados para: Ácido [2-(4-piridinil-metileno-hidrazono)-4-oxo-1,3-tiazolidin-5-il]- acético (4c): A substância 4c foi purificada com metanol a quente fornecendo um sólido de cor alaranjada. b H a N N N N b O S a O OH Tempo de reação: 3 horas • m = 400 mg (2,2222 mmols) do derivado 3c • Qtd de anidrido maléico: 239 mg • Qtd de solvente = 30 mL de tolueno • Rendimento: 40,5% • PF = 262-264 ° C • IV FT (ν cm-1 KBr): 3433 (O–H), 1737 (CO2H), 1648 (C=O lactama), 1585 (C=N pirídinico), 1258 (N=CS); • RMN 1H (DMSO-d6, 300 MHz / ppm): 12,41 (OH e NH), piridina: 8,65 (2H, d, J = 5,7 Hz, Ha), 8,41 (1H, s, N=CH), 7,67 (2H, d, J = 5,7 Hz, Hb), 4,39 (1H, dd, S-CH, j = 4,2 Hz, J=8,7 Hz), 2,87 (2H, dd, CH2, J= 8,7 Hz, j=4,2 Hz). 63 • RMN 13 C (DMSO-d6, 75,4 MHz / ppm): 175,5 (COOH), 171,8 (C=O lactama), 166,9 (C=N), 154,3 (CH=N), 150,3 (Cq piridina), 141,2 (Ca piridina), 121,4 (Cb piridina), 43,7 (CH), 36,5 (CH2). Dados para: Ácido [2-(2-piridinil-metileno-hidrazono)-3-fenil-4-oxo-1,3-tiazolidin-5il]- acético (4d): A substância 4d foi foi purificada por cromatografia em coluna de sílica gel em modo flash usando-se gradiente de hexano/acetato de etila 0,9:1,1. d N c N N N b a O S O OH Tempo de reação: 4 horas • m = 400 mg (1,5625 mmols) da substância 3d • Qtd de anidrido maléico: 163 mg • Qtd de solvente = 8 mL de tolueno • Rendimento: 32,6% • PF = 264-266 ° C • IV FT (ν cm-1, KBr): 3431 (O–H), 1734 (C=O; CO2H), 1643 (C=O lactama), 1550 (C=N pirídinico), 1230 (N=CS); 64 • RMN 1H (DMSO-d6, 300 MHz / ppm): 12,82 (1H, s,OH e NH), piridina: 8,6 (1H,d, J=4,2 Hz, H a), 8,17 (1H, s N-CH), 7,53 (1H, t, J=7,5 Hz, Hb), 7,88 (1H, t, J=7,8 Hz, Hc), 7,97 (1H, d, J= 7,8 Hz, Hd), aromáticos 7,38-7,49 (5H, m), 4,59 (1H, t, J= 5,4 Hz, S – CH), 3,13 (2H, d, J= 5,4 Hz, CH2). • RMN 13 C (DMSO-d6, 75,4 MHz / ppm): 173,9 (COOH), 171,8 (C=O lactama), 166,9 (C=N), 157,5 (CH=N), 152,6 (Cq piridina), 149,8 (Ca piridina), 137,0 (Cd piridina), 135,07 (Cc piridina), 125,1 (Cb piridina); 128,8 (C aril), 128,2 (C aril), 129,1 (C aril), 121,06, (C aril), 42,6 (CH), 36,7 (CH2). Dados para: Ácido [2-(3-piridinil-metileno-hidrazono)-3-fenil-4-oxo-1,3-tiazolidin-5-il] -acético (4e): A substância 4e foi foi purificada por recristalização em ácido acético a quente e água. d N c b N N a N O S O OH Tempo de reação: 5 horas • m = 150 mg (0,5859 mmols) da substância 3e • Qtd de anidrido maléico: 50 mg • Qtd de solvente = 5 mL de tolueno 65 • Rendimento: 14,5% • PF: 239-240 ° C • IV FT (ν cm-1, KBr): 2922 (O–H), 1751 (CO2H), 1645 (C=O lactama), 1550 (C=N pirídinico) 1230 (N=CS); • RMN 1H (DMSO-d6, 300 MHz / ppm): 12,84 (1H, s, OH), 8,39 (1H, s, N=CH), piridina: Ha = 8,84 (1H, s), Hb = 8,62 (1H, s), Hd = 8,11 (1H, d, J=7,8 Hz), Hc = 7,51(1H, t, J= 7,5Hz), aromático: 7,32-7,46 (5H, m, J=6,9 Hz), 4,58 (1H, t, S-CH, J=5,1 Hz), 3,12 (2H, d, J = 5,1 Hz, CH2). • RMN 13 C (DMSO-d6, 75,4 MHz / ppm):173,8 (COOH), 171,8 (C=O lactama), 165,8 (C=N), 155,4 (CH=N), 151,4 (Ca piridina), 149,3 (Cb piridina), 135,1 (Cq, piridina), 134,0 (Cd piridina), 124,1 (Cc piridina), 128,13 (C arom), 128,81 (C arom), 128, 2 (C arom), 42,6 (CH), 36,7 (CH2). Dados para: Ácido [2-(4-piridinil-metileno-hidrazono)-3-fenil-4-oxo-1,3-tiazolidin-5il]- acético (4f): A substância 4f foi foi purificada por recristalização em metanol a quente e água. b a N N N N b a O S O OH Tempo de reação: 3 h e 30 min 66 • m = 200 mg (0,7812mmols) de 3f • Qtd de anidrido maléico: 267 mg • Qtd de solvente = 8 mL de tolueno • Rendimento: 25,3% • PF = 254-255 ° C • IV FT (ν cm-1, KBr): 3152 (O–H), 1743 (CO2H), 1645 (C=O lactama), 1554 (C=N pirídinico), 1252 (N=CS); • RMN 1H (DMSO-d6, 300 MHz / ppm): 12,78 (1H, s, OH), 8,18 (1H, s, N=CH), piridina: Ha = 7,97 (1H, d, J= 7,8 Hz), Hb = 7,88 (1H, d, J= 7,8 Hz), aromáticos: 7,39-7,48 (5H, m) 4,59 (1H, t, J= 6 Hz, S-CH), 3,13 (2H, d, J= 6Hz, CH2). • RMN 13 C (DMSO-d6, 75,4 MHz / ppm): 173,68 (COOH), 171,58 (C=O lactama), 166,6 (C=N), 157,4 (CH=N), 152,5 (Cq piridina), 149,6 (Ca piridina), 124,9 (Cb piridina), 128,9 (C aril), 128,6 (C aril), 128,05 (C aril), 120,9 (C aril) 42,5 (CH), 36,6 (CH2). Dados para: Ácido [2-(2-piridinil-metileno-hidrazono)-3-metil-4-oxo-1,3-tiazolidin-5il]-acético (4g): A substância 4g foi foi purificada por recristalização em metanol a quente e água CH3 d N c N N N b a O S O OH Tempo de reação: 12 horas 67 • m = 150 mg (0,7731 mmols) do composto 3g • Qtd de anidrido maléico: 85 mg • Qtd de solvente = 6 mL de tolueno • Rendimento: 44% • PF = 235-236 ° C • IV FT (ν cm-1 KBr): 3286 (O–H), 1732 (CO2H), 1636 (C=O lactama), 1553 (C=N pirídinico), 1236 (N=CS); • RMN 1H (DMSO-d6, 300 MHz / ppm): 12,69 (1H, s, OH), 8,39 (1H, s, CH=N), piridina: 8,60 (1H, d, Ha), 7,83-8,25 (2H, m, Hc e Hd), 7,40 (1H,t, Hb), 4,43 (1H, dd, j =4,5 Hz, J= 8,4 Hz, S–CH), 2,95 (2H, dd, J=8,7 Hz, j= 4,5 Hz CH2). • RMN 13 C (DMSO-d6, 75,4 MHz / ppm): 177,9 (COOH), 173,8 (C=O lactama), 171,7 (C=N), 157,5 (CH=N), 152,7 (Cq arom), 149,3 (Ca arom), 136,4 (Cd arom), 125, 05 (Cb arom), 120, 06 (Cc arom), 42,7 (CH), 36,6 (CH2), 29,5 (CH3). Dados para: Ácido [2-(3-piridinil-metileno-hidrazono)-3-metil-4-oxo-1,3-tiazolidin-5il]-acético (4h): A substância 4h foi foi purificada por recristalização em metanol a quente e água. CH3 d N c N N b N a O S O OH 68 Tempo de reação: 5 h e 30 min. • m = 350 mg (1,8041 mmols) da substância 3h • Qtd de anidrido maléico: 195 mg • Qtd de solvente = 8 mL de tolueno Rendimento: 50% • PF = 220-222 ° C • IV FT (ν cm-1, KBr): 3455 (O–H), 1721 (CO2H), 1642 (C=O lactama), 1553 (C=N pirídinico), 1114 (N=CS); • RMN 1H (DMSO-d6, 300 MHz / ppm): 12,81 (1H, s, OH), 8,56 (1H, s, N=CH), piridina: Ha = 8,9 (1H, s), Hb = 8,63 (1H, d, J=4,8 Hz), Hd = 8,15 (1H, d, J = 8,1 Hz), Hc = 7,49 (1H, t, J=8,1 Hz), 4,43 (1H, dd, j= 4,5 Hz, J= 8,4 Hz, S-CH), 3,17 (3H, s, CH3), 2,95 (2H, dd, J = 8,7 Hz, j = 4,5 Hz CH2). • RMN 13 C (DMSO-d6, 75,4 MHz / ppm): 173,8 (COOH), 171,7 (C=O lactama), 165,3 (C=N), 155,1 (CH=N), 151,3 (Ca piridina), 149,3 (Cb piridina), 134,1 (Cc piridina), 129, 9 (Cq piridina), 124,1 (Cd piridina), 42,7 (CH), 36,7 (CH2), 29,4 (CH3). Dados para: Ácido [2-(4-piridinil-metileno-hidrazono)-3-metil-4-oxo-1,3-tiazolidin-5il]-acético (4i): A substância 4h foi foi purificada por recristalização em metanol a quente e água. 69 CH3 b a N N N N b a O S O OH Tempo de reação: 4 h • m = 300 mg (1,5463 mmols) da substância 3i • Qtd de anidrido maléico: 167 mg • Qtd de solvente = 8 mL de tolueno • Rendimento: 33,22% • PF = 270-272 ° C • IV FT (ν cm-1, KBr): 3147 (O–H), 1731 (CO2H), 1688 (C=O lactama), 1562 (C=N pirídinico), 1220 (N=CS); • RMN 1H (DMSO-d6, 300 MHz / ppm): 12,63 (1H, s, OH), 8,53 (1H, s, N=CH), piridina: Ha= 8,67 (2H, d, J = 5,7 Hz), Hb = 7,7 (2H, d, J= 6 Hz), 4,43 (1H, dd, S-CH, j= 3,9 Hz, J= 8,7 Hz), 3,185 (3H, s, CH3), 3,00 (2H, dd, CH2, j = 3,9 Hz, J= 8,7 Hz). • RMN 13 C (DMSO-d6, 75,4 MHz / ppm): 173,8 (COOH), 171,7 (C=O lactama), 165,6 (C=N), 155,6 (CH=N), 150, 4(Cq piridina), 141,09 (Ca piridina), 121,4 (CHb piridina), 42,7 (CH), 36,6 (CH2), 29,5 (CH3). Dados para: Ácido [2-(2-piridinil-metileno-hidrazono)-3-etil-4-oxo-1,3-tiazolidin-5-il] acético (4j): A substância 4h foi foi purificada por recristalização em etanol a quente e água. 70 CH2CH3 d c N N N N b a O S O OH Tempo de reação: 12h • m = 300 mg (1,4423 mmols) do composto 3j • Qtd de anidrido maléico: 155 mg • Qtd de solvente = 8 mL de tolueno • Rendimento: 27% • PF = 248-250 ° C • IV FT (ν cm-1, KBr): 3421 (O–H), 1752 (CO2H), 1643 (C=O lactama), 1551 (C=N pirídinico), 1226 (N=CS); • RMN 1H (DMSO-d6, 300 MHz / ppm): 12,58 (1H, s, OH), 8,38 (1H, s, CH=N), piridina: 8,65 (1H, d, H a), 7,89 (1H, d, J=8,1 Hz, H b), 7,98 (1H, t, J=8,4 Hz, Hc), 7,46 (1H, t, Hd), 4,43 (1H, dd, J=4,2 Hz, S-CH), 3,78 (2H,q, J=7,2 Hz, N-CH2), 3,02 (2H, dd, J=3,9 Hz, CH2), 1,19 (3H, t, J = 6,9 Hz, CH3). • RMN 13 C (DMSO-d6, 75,4 MHz / ppm): 173,7 (COOH), 171,6 (C=O lactama), 157,4 (C=N), 153,3 (CH=N), 149,3 (Cq piridina), 142,0 (Ca piridina), 137,02 (Cd piridina), 125,07 (Cb piridina), 120,2 (Cc piridina), 42,7 (CH), 37,9 (CH2), 36,5 (CH2), 12,1 (CH3). 71 Dados para: Ácido [2-(3-piridinil-metileno-hidrazono)-3-etil-4-oxo-1,3-tiazolidin-5-il] acético (4l): CH2CH3 d c N N N b a N O S O OH A substância 6h foi foi purificada por recristalização em etanol à quente e água. Tempo de reação: 3h • m = 350 mg (1,6826 mmols) do composto 3l • Qtd de anidrido maléico: 155 mg • Qtd de solvente = 10 mL de tolueno • Rendimento: 23,5% • PF = 210-212 ° C • IV FT (ν cm-1 KBr): 3401 (O–H), 1731 (CO2H), 1646 (C=O lactama), 1553 (C=N pirídinico), 1245 (N=CS); • RMN 1H (DMSO-d6, 300 MHz / ppm): 12,73 (1H, s, OH), 8,56 (1H, s, CH=N), piridina: 8,92 (1H, s, H a), 8,86 (1H, d, J=12,6 Hz, H b), 7,47 (1H, t, J= 12 Hz, Hc), 8,16 (1H, d, J= 6,9 Hz, Hd), 4,42 (1H, t, J=3,6 Hz, S-CH), 3,76 (2H,q, J=6,9 Hz, N-CH2), 3,08 (2H, d, J=3,6 Hz, CH2)1,16 (3H, t, J = 6,9 Hz, CH3). 72 • RMN 13 C (DMSO-d6, 75,4 MHz / ppm): 173,6 (COOH), 171,6 (C=O lactama), 164,6 (C=N), 155,04 (CH=N), 151,3 (Ca piridina), 149,3 (Cb piridina), 134,10 (Cd piridina), 130,2 (Cq piridina), 124,1 (CHc piridina), 42,8 (CH), 37,8 (CH2), 36,5 (CH2), 12,1 (CH3). Dados para: Ácido [2-(4-piridinil-metileno-hidrazono)-3-etil-4-oxo-1,3-tiazolidin-5-il]acético (4m): A substância 3m foi foi purificada por recristalização em metanol a quente e água. CH2CH3 b a N N N N b a O S O OH Tempo de reação: 6h. • m = 350 mg (1,6826 mmoles) do composto 3m • Qtd de anidrido maléico: 181 mg • Qtd de solvente = 10 mL de tolueno • Rendimento: 43% • PF= 275-276 ° C 73 • IV FT (ν cm-1 KBr): 3413 (O–H), 1735 (C=O; CO2H), 1648 (C=O lactama), 1532 (C=N pirídinico), 1244 (N=CS); • RMN 1H (DMSO-d6, 300 MHz / ppm): 12,78 (1H, s, OH), 8,53 (1H, s, CH=N), piridina: 8,65 (2H, d, J=5,7 Hz, H a), 7,69 (2H, d, J=6 Hz, H b), 4,43 (1H, dd, j = 4,2 Hz, J=7,8 Hz, S-CH), 3,76 (2H,q, J=7,2 Hz, N-CH2), 2,98 (2H, dd, J=7,8 Hz, CH2)1,18 (3H, t, J = 7,2 Hz, CH3). • RMN 13 C (DMSO-d6, 75,4 MHz / ppm): 173,7 (COOH), 171,6 (C=O lactama), 166,1 (C=N), 155,5 (CH=N), 150,4 (Cq piridina), 141,1 (Ca piridina), 121,4 (Cb piridina), 42,8 (CH), 37,9 (CH2), 36,6 (CH2), 12,1 (CH3). 4.3. DETERMINAÇÃO DA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA 4.3.1. Microrganismos-teste Para o ensaio antimicrobiano foram utilizados bactérias Gram-positivas, Gramnegativas, álcool-ácido resistentes, leveduras e fungos filamentosos da coleção de microrganismos do Departamento de Antibióticos da DAUFPE (Tabela 1). No ensaio qualitativo utilizou-se o teste de difusão em ágar e no ensaio quantitativo fez-se a determinação da concentração mínima inibitória (CMI). Os meios utilizados foram ágar nutritivo, Sabourand, Triptona Soy Agar (TSA) e Sabourand + óleo. Dependendo de cada microrganismo teste as temperaturas foram respectivamente 30 ou 37°C por 24 ou 48 h. Os inóculos bacterianos foram padronizados com turbidez 0,5, 1,0 e 2,0 por mililitro da escala de MacFarland equivalente a 106 a 108 unidades formadoras de colônia (UFC/mL). 74 Inicialmente foi realizado o teste qualitativo de 12 compostos sintetizados e as substâncias que apresentaram halo de inibição superior a 15 mm foram submetidas à determinação da concentração mínima inibtória (CMI). Tabela 1. Relação dos microrganismos utilizados nos testes de atividade antimicrobiana Microorganismos UFPEDA origem Meio de cultivo Staphilococcus aureus 02 ATCC 6538 AN Bacillus subtilis 86 ATCC 6633 AN Staphilococcus faecalis 138 ATCC 6057 TSA Micrococcus lutens 100 ATCC 2225 AN Escherichia coli 224 ATCC 25922 AN Klesbsiela pneumoniae 396 ATCC 29665 AN Mycobacterium phlei 70 TSA Mycobacterium smegmatis 71 TSA Mycobacterium tuberculosis 82 TSA Candida krusei 1002 IMUR 1224 SAB Candida albicans 1007 IMUR 4249 SAB Malassezia furfura 4849 AN= gar nutritivo SAB + YE + OL SAB = sabourand SAB + YE + Ol= Sabourand e óleo TSA = agar soja-triptona 4.3.2. Atividade antimicrobiana pelo teste de difusão em ágar O método geral utilizado para difusão em ágar foi o BAUER-KIRBY (1966). Para as suspensões dos microrganismos foram utilizados três padrões assim determinados: os meios foram inoculados com 100 µL de cada suspensão microbiana espalhada com alça de 75 Drigalski. Em seguida, foram aplicados os discos de papel, na superfície dos meios contendo 30 µL das soluções dos compostos correspondendo a 300 µg/disco para as substâncias 4 a, 4b, 4c, 4d, 4f, 4g, 4h, 4i e 4m; 250/disco µg para as substâncias 4j e 4l e 320 µg/disco para a substância 4e. Os mesmos foram depositados sobre placas de Petri contendo os meios de cultura previamente semeados com os microrganismos teste. A medição do diâmetro dos halos foi expressa em milímetros. Como controle negativo foram utilizados discos contendo DMSO. Os resultados foram analisados através das médias aritméticas dos halos de inibição, em milímetros, e os compostos que apresentaram halo maior ou igual a 15 milímetros foram selecionados para os ensaios de CMI, CMB e CMF em meio líquido. 4.3.3. Concentração mínima inibitória (CMI) Consideramos CMI como a menor concentração da substância capaz de inibir o crescimento de microrganismos. A concentração mínima inibitória foi realizada dissolvendo-se 5 mg de cada derivado das 4-tiazolidinonas em 5 mL de DMSO, dando a concentração igual a 1000 µg/mL. Foram feitas diluições em cinco tubos nas concentrações de 100 µg/mL, 50 µg/mL, 25 µg/mL, 12,5 µg/mL e 6,25 µg/mL. Para a realização da CMI do composto 4j a concentração utilizada foi idêntica a dos demais compostos, sendo diluída em tubos com concentrações que variaram de 300 µg/mL, 250 µg/mL, 200 µg/mL, 150 µg/mL, 100 µg/mL a 50 µg/mL. Estas concentrações foram adicionadas aos tubos de teste contendo os meios de cultura (caldo em ágar nutritivo) e posteriormente as suspensões dos microrganismos foram 76 inoculadas. Para o controle positivo, foram preparados tubos contendo apenas o meio de cultura e a suspensão do microrganismo. Tubos contendo o meio de cultura, a suspensão do microrganismo e o solvente DMSO foram utilizados como controle negativo.Os valores de CMI foram determinados a partir da menor concentração onde os tubos testes permaneceram limpos, indicando que o crescimento bacteriano ou fúngico foi completamente inibido. Os valores de CMB e CMF foram medidos através da inoculação em meio sólido dos caldos utilizados no ensaio de CMI que continham soluções em que não se havia detectado a olho nu crescimento do microrganismo teste. As atividades bactericida e fungicida foram consideradas como sendo as menores concentrações nos tubos teste onde não se detectou o crescimento microbiano, desprezando o aparecimento de 1 colônia isolada ou de um tênue crescimento. Os valores de CMI, CMB e CMF foram expressos em µg/mL. A determinação da atividade antimicrobiana foi feita dentro das normas estabelecidas pelo National Commitee for Clinical Laboratory Standard (NCCLS). 77 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 78 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 5.1. Moléculas alvo A figura 11 mostra as fórmulas estruturais dos derivados das 4-tiazolidinonas. H H N N N N N N O O N S S N O O 4a 4b OH OH H N N N N O N N N S 4d O 4c O N S O OH OH N N N N O 4e O N S N N N O OH S 4f O OH 79 CH3 CH3 N N N N N N O O N S S N O 4g O 4h OH OH CH2CH3 CH3 N N N N O N N N 4i O N S S 4j O O OH OH CH2CH3 CH2CH3 N N N N O 4 l O N S N N N O OH S 4 m O OH Figura 11. Fórmulas estruturais dos derivados 4-tiazolidinonas não-substituídos e substituídos (4 a-m). 80 5.2 Obtenção das Formil-Piridinas Tiossemicarbazonas Não-Substituídas e Substituídas. As Formil-Piridinas Tiossemicarbazonas (3a-m) foram obtidas pelo método convencional, descrito anteriormente. Todas as tiossemicarbazonas apresentaram rendimentos satisfatórios (56-89%) após purificação por recristalização em solvente apropriado (metanol ou etanol a quente). A Tabela 2 mostra a relação das tiosemicarbazonas obtidas com seus respectivos rendimentos Tabela 2. Rendimentos e propriedades físico-químicas das tiossemicarbazonas (3 a – m) composto R1 posição F. molecular MM PF(οC) eluente Rf R% acet. etila/hexano 3a H 2 C7H8N4S 180 194-195 7:3 0,43 57% 3b H 3 C7H8N4S 180 218-220 8:2 0,48 66% 3c H 4 C7H8N4S 180 237-238 7,5:2,5 0,45 68% 3d C6H5 2 C13H12N4S 256 199-200 8:2 0,65 78% 3e C6H5 3 C13H12N4S 256 218-220 8:2 0,64 89% 3f C6H5 4 C13H12N4S 256 196-197 7:3 0,55 89% 3g CH3 2 C8H10N4S 194 230-232 0,9:1,1 0,59 56% 3h CH3 3 C8H10N4S 194 216-218 1:1 0,55 57% 3i CH3 4 C8H10N4S 194 235-236 1:1 0,59 70% 3j C2H5 2 C9H12N4S 208 203-204 7:3 0,56 57% 3l C2H5 3 C9H12N4S 208 216-218 7:3 0,59 83% 3m C2H5 4 C9H12N4S 208 188-190 8:2 0,64 83% 81 5.2.1 Mecanismo de reação O mecanismo de formação de tiossemicarbazonas é semelhante ao descrito para a formação de iminas e derivados (COSTA et al, 2003). Inicia-se com a protonação do oxigênio da carbonila para formar o intermediário íon oxônio, seguido de ataque nucleofílico do nitrogênio N-1 da tiossemicarbazida para formar o intermediário hemiaminal protonado. Este perde uma molécula de água e após neutralização forma-se a tiossemicarbazona (Esquema 9). H H . .. .O OH H NHR H H2N + + H H N O+ H + NHR N N S H S H Ar = piridina (N) H + O - H H .. N H H + - N NHR H2O N NHR N S H S H+ H N NHR N S R1 = H, CH3, C2H5, C6H5 Esquema 9. Mecanismo de formação das formil-piridina tiossemicarbazona (3a – m) 82 5.3. Obtenção dos derivados de 4- tiazolidinonas As formil-piridinas tiossemicarbazonas foram utilizadas em seguida na preparação das 4-tiazolidinonas (4a–m), substituídas na posição cinco com o ácido acético. Foi empregada a reação de adição tia-Michael, tendo o anidrido maléíco como aceptor de elétrons (BALASUBRAMANIYAN et al, 1990), na presença de tolueno seco e quantidades suficientes de DMF para solubilizar a mistura (Esquema 10). R1 H N NHR1 N N II N N N O S N S O OH Reagentes e condições experimentais: (II) tolueno seco, anidrido maléico, DMF. Deak Stark, refluxo (3-12h) Esquema 10. Obtenção dos derivados 4-tiazolidinonas Nesta síntese, utilizou-se um excesso de 10% em massa de anidrido maléico para proceder à reação. A partir disso, conseguimos obter algumas 4-tiazolidinonas com rendimentos entre 14 e 50%. Ao final das reações, todos os compostos foram purificados por recristalização em solvente apropriado e/ou coluna cromatográfica. Verificou-se que os derivados que apresentaram o radical fenila como substituinte demonstraram maiores dificuldades para 83 serem sintetizados, apresentando baixos rendimentos devido à retirada dos elétrons nitrogênio da piridina em relação ao anel. Entretanto, as 4-tiazolidinonas com os substituintes metil e etil no núcleo tiazolidinônico foram obtidas em menores intervalos de tempo e apresentaram melhores rendimentos. A Tabela 3 mostra os rendimentos e as propriedades físico-químicas dos derivados de 4-tiazolidinonas obtidos. Tabela 3. Rendimentos e propriedades físico-químicos das 4-tiazolidinonas (4a–m) composto R1 piridina F. estrutural MM PF(οC) eluente Rf R% acet. etila/hexano 4a H 2 C11H10N4O3S 278 275-276 6:4 0,42 32,5 4b H 3 C11H10N4O3S 278 258-260 7:3 0,57 32,4 4c H 4 C11H10N4O3S 278 262-264 7:3 0,44 40,5 4d C6H5 2 C17H14N4O3S 354 264-265 0,9:1,1 0,62 27,0 4e C6H5 3 C17H14N4O3S 354 239-240 7:3 0.43 14,5 4f C6H5 4 C17H14N4O3S 354 254-256 8:2 0,62 25,3 4g CH3 2 C12H12N4O3S 292 235-236 8:2 0,62 44,0 4h CH3 3 C12H12N4O3S 292 235-237 7:3 0,43 50,0 4i CH3 4 C12H12N4O3S 292 270-272 8:2 0,50 33,2 4j C2H5 2 C13H14N4O3S 306 248-250 8:2 0,62 27,0 4l C2H5 3 C13H14N4O3S 306 195-196 8:2 0,65 23,5 4m C2 H 5 4 C13H14N4O3S 306 275-276 8:2 0,65 43,0 84 5.3.1. Mecanismo de reação O mecanismo de formação das 4-tiazolidinonas a partir de tiossemicarbazonas e anidrido maléico é ainda incerto. Entretanto, evidências sugerem que este deve ser semelhante ao que ocorre quando esta reação é feita com a tiouréia. Segundo Balasubramaniyan et al. (1990) as reações da tiouréia com o anidrido maléico e seus derivados para formar 4-tiazolidinonas pode ocorrer por dois mecanismos: (I) adição tiaMichael em um dos carbonos da ligação C=C, seguida de aminólise na carbonila adjacente; ou (II) aminólise inicial com conseqüente adição tia-Michael à ligação dupla. Conforme descrita na literatura, a força motriz da reação é a reatividade do anidrido maléico e seus derivados frente a dinucleófilos (BALASUBRAMANIYAN et al, 1990). Portanto, tal como a tiouréia, as tiossemicarbazonas são versáteis 1,3-dinucleófilos. Em adição, tanto a tiouréia quanto as tiossemicarbazonas apresentam as formas tautoméricas tiol e tiona em equlíbrio, apresentadas anteriormente no esquema 10 (BARTHI et al., 2003). Tal propriedade química é responsável pela etapa de adição tia-Michael ao anidrido maléico e pode ser facilmente evidenciada pela técnica de RMN 1H, nesta última, devido ao caráter parcialmente duplo da ligação C-NH2 que torna os hidrogênios diastereotópicos (BHARTI et al., 2003) (Esquema 11). 85 O NHR H N NH R .. N .. S.. N O .. SH N Ar O - - O R + S N O S N O N N O S O NH + O HN N Ar R - NHR N O .. Ar Ar Ar H O O R O N O N N S OH Ar (I) Adição de tia-Michael, seguido de aminólise N NHR1 N R1 O S O H N N N N NHR1 N S H R1 S N O O O + N N O N O N O N O OH OH S N O (II) Aminólise, seguida de adição tia-Michael Esquema 11. Mecanismo de formação de 4-tiazolidinonas a partir de tiossemicarbazonas e anidrido maléico. 86 5.4. CARACTERIZAÇÃO DAS ESTRUTURAS QUÍMICAS 5.4.1. Espectros de infravermelho (IV) das formil-piridinas tiossemicarbazonas não substituídas e substituídas (3a-m) As principais bandas dos espectros de infravermelho das substâncias 3a-m são dadas na Tabela 4. H N NHR1 N N N = posições 2,3 e 4 S R1 = H, CH3, C2H5, C6H5 Tabela 4. Principais bandas de absorção do espectro de IV para os compostos 3a-m ν (N-H) ν (C=N) ν (C=S) 2 3270 (m) 1538 (F) 1106 H 3 2981 (m) 1527 (F) 1109 3c H 4 3152 (m) 1536 (F) 1061 3d C6H5 2 2967 (m) 1550 (F) 1189 3e C6H5 3 2963 (m) 1531 (F) 1195 3f C6H5 4 3106 (m) 1550 (F) 1189 3g CH3 2 3134 (m) 1527 (F) 1245 3h CH3 3 2945 (m) 1544 (F) 1045 3i CH3 4 2945 (m) 1518 (F) 921 3j C2H5 2 2794 (m) 1528 (F) 1091 3l C2H5 3 2971 (m) 1527 (F) 1090 3m C2H5 4 2980 (m) 1526 (F) 1103 Nο R1 3a H 3b m = média piridina F = forte f= fraca 87 A espectroscopia no infravermelho, realizada em pastilhas de KBr, permite identificar as principais bandas de absorção, N – H, C=N e C=S, que caracterizam os derivados de tiossemicarbazonas sintetizados. Verifica-se a presença da banda C=S que variou ente 921 – 1245 cm-1. Os Estiramentos da ligação N –H hidrazínica (ν N-H) –1 apareceram entre 2945 a 3270 cm , confirmando as estruturas de todas as tiosemicarbazonas. O estiramento de C=N azometina aparece com uma banda forte na faixa de 1518 a 1550 cm-1. Os resultados estão de acordo com os dados da literatura, confirmando assim, as estruturas de todas as tiossemicarbazonas. As figuras 12 e 13 mostram os espectros de IV do 3-formilpiridina N(4)-metil-tiossemicarbazona 3h e 4formilpiridina N(4)-etil-tiossemicarbazona (3m). H H N N CH3 N S N 0,9 G2g 0,8 0,7 Transmitância 0,6 0,5 0,4 0,3 581,11133 1045,229 2945,41162 0,2 3359,38916 0,1 1265,07422 1544,05908 0,0 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 N º d e on da s (cm -1) Figura 12 . Espectro IV da 3-formilpiridina N(4)-metil-tiossemicarbazona 3h. 88 H H N N N CH2CH3 S N G 2l 0,8 0,7 Transmitância 0,6 0,5 798,38525 0,4 0,3 2980,12402 0,2 1103,08301 1223,93359 0,1 4000 1526,06006 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 N º de ondas (cm -1) Figura 13. Espectro IV da 4-formilpiridina N(4)-etil-tiossemicarbazona (3m) 5.4.2 Espectros de Infravermelho dos Derivados de 4-tiazolidinonas (4a-m) A Tabela 5 apresenta as principais bandas de absorção das substâncias 4a – m. Foram selecionadas as vibrações de estiramento das ligações C=O da função ácida, a banda C=N correspondente a piridina, e a banda de deformação do grupo funcional N=C=S, segundo El-gendy et al. (1990). 89 R1 N N N S N O O OH N= posições 2,3 e 4; R1 = H, CH3, C2H5, C6H5 Tabela 5. Principais bandas de absorção do espectro IV para os compostos 4a-m ν (C=O, CO2H) ν (C=O lactama) ν (C=-N) ν (N=C=S) Nο R1 4a H 2 1747 (F) 1636 (F) 1563(F) 1249 (f) 4b H 3 1745 (F) 1641 (F) 1567 (F) 1261 (f) 4c H 4 1737 (F) 1648 (F) 1585 (F) 1258 (f) 4d C6H5 2 1734 (F) 1641 (F) 1550 (F) 1230 (f) 4e C6H5 3 1751 (F) 1639 (F) 1550 (F) 1225 (f) 4f C6H5 4 1743 (F) 1643 (F) 1554 (F) 1252 (f) 4g CH3 2 1732 (F) 1645 (F) 1553 (F) 1236 (f) 4h CH3 3 1733 (F) 1647 (F) 1553 (F) 1073 (f) 4i CH3 4 1731 (F) 1638 (F) 1557 (F) 1220 (f) 4j C2H5 2 1752 (F) 1646 (F) 1551 (F) 1226 (f) 4l C2H5 3 1731 (F) 1643 (F) 1553 (F) 1245 (f) 4m C2H5 4 1735 (F) 1642 (F) 1532 (F) 1244 (f) posição F = forte m = média f = fraca 90 Todas as 4-tiazolidinonas (4a-m) sintetizadas apresentaram uma banda de estiramento de C=O entre 1731 – 1752 cm-1, características da função ácida e uma banda de estiramento de C=O entre 1636-1648 cm-1, referente a carbonila lactâmica. Os derivados também apresentaram uma banda de absorção na região entre 3147-3448 cm–1 correspondente as vibrações do grupamento OH. Além disso, os espectros de IV apresentaram bandas de absorção que variaram entre 1532-1567 cm-1, geralmente intensas referentes aos grupamentos C=N da posição 2 do anel e no grupo aril hidrazona. O espectro do composto 4i é apresentado como exemplo (Figura 14). Esses espectros mostram também o estiramento da banda de absorção de N=C=S entre entre 1073 - 1261 cm-1 o que confirma a estrutura. Para as substâncias 4d-4f foram observadas bandas de estiramento C – H aromático na faixa de 695-740 cm-1. O espectro do derivado 4e é mostrado como exemplo (Figura 15). 91 CH3 N N N O N S O OH 1,0 0,8 2455,58105 transmitância 0,6 3408,24365 0,4 700,67627 1073,51318 1352,49805 0,2 0,0 1553,05859 3900 3600 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 -1 número de ondas (cm ) Figura 14. Espectro IV do composto ácido [2-(3-piridinil-metileno-hidrazono)-3-metil4oxo-1,3-tiazolidin-5-il]- acético (4i). 92 N N N O S N O OH 0,9 0,8 absorbância 0,7 2922,27002 2480,0083 1951,6084 0,6 695,53369 0,5 1382,06787 0,4 1225,21924 0,3 0,2 1550,4873 0,1 3900 3600 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 nº ondas (cm -1) Figura 15. Espectro IV do composto ácido [2-(3-piridinil-metileno-hidrazono)-3-fenil-4oxo-1,3-tiazolidin-5-il] -acético (4e) 5.4.3 Espectros de ressonância magnética nuclear de hidrogênio (RMN 1H) e carbono (RMN 13C) dos derivados de 4-tiazolidinonas (4a-m) As Tabelas 6 e 7 apresentam os principais deslocamentos químicos de RMN 1H e 13 C, respectivamente, referentes às 4-tiazolidinonas obtidas. A formação do heterociclo foi indicada pelo aparecimento do deslocamento característico para o CH adjacente ao átomo de carbono da ligação C=S entre 4,39 a 4,93 ppm no espectro de RMN 1H e pelo sinal de 93 carbono quaternário entre 171,8 a 173,8 ppm referente a carbonila (lactama) no espectro de RMN 13C (KUÇUKGUZEL et al, 2002). R1 N N N O S O N OH Tabela 6. Principais deslocamentos químicos no RMN 1H (300 MHz, ppm, DMSO-d6) dos compostos 4a – m. Nο R1 piridina CH=N SCH CH2 outros (R1) azometina 4a H 2 8,32 (1H,s) 4,40 (1H,dd) 2,95 (2H,d) 4b H 3 8,46 (1H,s) 4,39 (1H,dd) 2,93 (2H,d) 4c H 4 8,41 (1H,s) 4,39 (1H,dd) 2,94 (2H,d) 4d C6H5- 2 8,17 (1H,s) 4,59 (1H,t) 3,13 (1H,d) 7,38-7,49 (5H,m) 4e C6H5- 3 8,39 (1H,s) 4,58 (1H,dd) 3,12 (2H,d) 7,32-7,46 (5H,m) 4f C6H5- 4 8,18 (1H,s) 4,59 (1H,t) 3,13 (2H,d) 7,38-7,49 (5H,m) 4g CH3 2 8,39 (1H,s) 4,45 (1H,dd) 2,95 (2H,d) 3,20 (3H,s) CH3 4h CH3 3 8,56 (1H,s) 4,42 (1H,dd) 2,95 (2H,d) 3,17 (3H,s) CH3 4i CH3 4 8,53 (1H,s) 4,44 (1H,dd) 2,93 (2H,d) 3,18 (3H,s) CH3 4j C2H5 2 8,38 (1H,s) 4,43 (1H,t) 3,02 (2H, dd) 4l C2 H 5 3 8,56 (1H,s) 4,42 (2H,t) 3,08 (2H,d) 3,76 (2H,q) NCH23H,t CH3 4m C2H5 4 8,53 (1H,s) 4,44 (2H,dd) 2,98 (2H,d) 3,76 (2H,q) NCH2 3H,t CH3 3,78 (2H,q), 3H, t CH3 94 Os deslocamentos químicos dos hidrogênios da ligação CH=N para os derivados 4a4m aparecem como singletos nas regiões 8,17 - 8,56 ppm. Para os compostos 4g, 4h e 4i foi observado um sinal que aparece como singletos nas regiões 3,17 a 3,20 ppm em relação aos prótons do grupo metila. Com relação ao hidrogênio da ligação SCH, observa-se que, para os compostos 4d, 4f, 4j e 4l, ele aparece com um sinal de tripleto nas regiões entre 4,40 - 4,59 ppm, enquanto que na ligação NCH2 que contém o radical etila, verificam-se sinais de quadripleto para os compostos 4j, 4l e 4m nos deslocamentos 3,76 - 3,78 ppm. Os sinais característicos dos hidrogênios do anel pirídinico nas posições 2, 3 e 4 aparecem em regiões próximas que variam entre 7,14 - 8,9 ppm. Observa-se a presença de dubletos e singletos nas posições 2 e 3 do anel pirídinico devido aos diferentes acoplamentos entre os hidrogênios, enquanto que sinais característicos de dubletos são predominantes na posição 4 do anel piridínico devido ao fato de os hidrogênios apresentarem as mesmas características químicas. Os espectros de RMN 1H dos compostos 4c e 4i são apresentados como exemplos (Figuras 16 e 17). 95 H N N N N O S O OH Figura 16. Espectro de RMN 1H do ácido [2-(4-piridinil-metileno-hidrazono)-4-oxo-1,3tiazolidin-5-il]- acético (4c). 96 CH 3 N N N N O S O OH Figura 17. Espectro de RMN 1H do ácido [2-(4-piridinil-metileno-hidrazono)-3-metil-4oxo-1,3-tiazolidin-5-il]- acético (4i). 97 R1 N N N O S O N OH Tabela 7. Principais deslocamentos químicos no RMN 13 C (75,4 MHz, ppm, DMSO-d6) dos compostos 4a – m. composto R1 posição CO2H C=O C=N CH=N CH2 outros (R1) 4a H 2 175,6 171,8 165,4 156,8 36,5 4b H 3 175,6 171,7 165,4 153,7 36,5 4c H 4 175,6 171,8 166,9 154,3 36,5 4d C6H5 2 173,9 171,8 166,9 157,5 36,7 4e C6H5 3 173,8 171,8 165,8 155,4 36,7 4f C6H5 4 173,7 171,5 166,6 157,4 36,6 4g CH3 2 173,8 171,8 171,7 157,2 36,6 29,5(CH3) 4h CH3 3 173,8 171,7 165,3 155,1 36,7 29,4(CH3) 4i CH3 4 173,9 171,7 165,6 155,6 36,6 29,5(CH3) 4j C2H5 2 17 3,7 171,6 157,4 153,3 37,9 36,5(NCH2) 12,1(CH3) 4l C2H5 3 173,6 171,6 164,6 155,0 37,8 36,5(NCH2), 12,1(CH3) 4m C2H5 4 173,7 171,6 166,1 155,5 37,9 36,6(NCH2), 12,1(CH3) 98 Com relação ao RMN 13 C dos átomos de carbono do heterociclo, a tabela acima, destaca os sinais que indicam evidência confirmatória para a formação do núcleo 4tiazolidinona. Os carbonos da função imina, C=N e CH=N, foram facilmente distinguíveis, aparecendo na faixa de 157,4 a 171,7 ppm e 153,3 a 157,5 ppm, respectivamente. Os sinais da carbonila do anel lactâmico aparecem em regiões próximas que variam entre 171,5 e 171,8 ppm. Em adição, verifica-se que os sinais da carbonila do grupamento ácido apareceram em regiões que variaram entre 173,6-175,8 ppm. Os sinais dos carbonos do anel pirídinico apresentaram ressonâncias entre 120 e 152,5 ppm, enquanto que os carbonos dos subsituintes alquilas apresentaram deslocamentos químicos que variaram entre 29,4-29,5 ppm para os substituintes metila e 36,5-36,6 ppm com relação à ligação NCH2 do grupo etila. As figuras 18 e 19 mostram os espectros de RMN 13C dos compostos 4b e 4c. 99 H N N N O N S O OH Figura 18. Espectro de RMN 13 C do ácido [2-(3-piridinil-metileno-hidrazono)-4-oxo-1,3- tiazolidin-5-il] - acético (4b). 100 H N N N O N S O OH Figura 19. Espectro de RMN 13 C do ácido [2-(4-piridinil-metileno-hidrazono)-4-oxo-1,3- tiazolidin-5-il] - acético (4c). 101 5.5. Atividade antimicrobiana A Tabela 8 abaixo apresenta os resultados referentes aos valores dos halos de inibição para os diferentes microrganismos, medidos em milímetros. Os resultados mostram que apenas oito compostos derivados das 4-tiazolidinonas apresentaram halos de inibição maiores que 15 mm. Tabela 8. Determinação de atividade antimicrobiana dos compostos sintetizados através de halos de inibição para diferentes microrganismos. Composto S.a B.s M.l E. c K.p M.p M. s M. t S f. AN 4a 0 4d 20 15 4g 12 4h TSA 0 20 C.k C.a SAB M. f SAB YE+OL 0 0 16 20 14 0 0 0 0 0 0 0 15 0 16 0 0 0 0 22 30 0 15 16 0 0 41 0 0 0 0 33 22 0 0 32 0 0 14 0 16 0 4i 0 0 14 0 0 16 0 0 0 0 0 0 4j 19 0 0 0 14 0 31 25 0 0 0 0 4l 0 12 15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4m 0 0 0 0 0 0 0 0 15 0 16 15 cloranfenicol 25 27 50 27 25 nt nt nt nt nt nt nt rifampicina nt nt nt nt nt 25 30 28 nt nt nt nt nisatina nt nt nt nt nt nt nt nt 26 30 nt AN – Ágar nutritivo TSA – Agar soja-triptona nt SAB-Sabourand SAB+YE+OL – Sabourand e óleo S. a = S. aureus, B. s = B. subitilis, M. l = M. luteus, E. c = E. coli, K. p = K. pneumoniae, M. p = M. phlei,M. s = M. smegmatis, M. t = M. tuberculosis, S. f = S. faecalis, C. a = C. albicans, C. k = C. krusei, M. = M. furfura; nt = não testado 102 Quanto aos ensaios realizados em meio líquido, dos doze derivados 4-tiazolidinonas sintetizados, apenas cinco (4a,4g, 4h, 4j e 4m) foram selecionados para a realização da CMI e CMB. Esses compostos demonstraram atividade biológica promissora contra bactérias Gram-positivas e contra fungos dos gêneros Candida albicans e Malassezia furfura. Porém, apenas o composto 4j apresentou moderada atividade bacteriostática contra Klebsicella pneumoniae e S. aureus. Entretanto, esse mesmo composto mostrou-se mais ativo que a rifampicina contra Mycobacterium tuberculosis e Mycobacterium smegmatis, apresentando boa atividade bactericida. Observa-se também, que apenas o composto 4g apresentou atividade bactericida considerável frente ao M. luteus, tendo menor valor de CMI em relação ao cloranfenicol. Já os compostos 4h e 4m demonstraram similaridade em relação a CMI quando comparados a nistatina contra Candida albicans. Os resultados descritos nessa discussão estão expressos na Tabela 9. Em geral, os derivados 4-tiazolidinonas da série 4a-m apresentaram consideráveis atividades antimicrobianas frente aos microrganismos testados, principalmente àqueles que continham o nitrogênio na posição dois do anel pirídinico, tendo alguns deles demonstrados melhores valores de CMI, CMB e CMF quando comparados aos fármacos de referência. 103 Tabela 9. Concentração Mínima Inibitória (CMI), Concentração Mínima Bacteriostática (CMB) e Concentração Mínima Fungistática (CMF) (µg/mL) das 4-tiazolidinonas selecionadas. Microorganismos compostos Micrococcus luteus 4a 100 4g 25 4h >100 100 50 40 200 150 25 20 250 200 25 20 cloranfenicol Staphilococcus aureus 4j cloranfenicol Klebsicella pneumonia 4j cloranfenicol CMI (µg/mL) CMB (µg/mL) 75 12,5 Mycobacterium phlei 4g 75 50 Mycobacterium tuberculosis 4j 50 25 Mycobacterium smegmatis 4j 50 25 130 120 rifampicina Candida albicans Malassezia furfura CMF (µg/mL) 4h 75 50 4m 50 25 4g 75 50 nistatina 80 70 104 6. CONCLUSÕES & PERSPECTIVAS 105 6. Conclusões Neste trabalho foram sintetizadas substâncias pertencentes às classes das tiossemicarbazonas e 4-tiazolidinonas. As 4-tiazolidinonas diferenciaram-se quanto à presença ou ausência de substituintes na posição 5 do anel, sendo eles hidrogênio, metil, etil e fenil. Os compostos foram sintetizados por metodologias de síntese e purificação, apresentando rendimentos entre 14-50%. Todos os compostos foram caracterizados por meio de suas propriedades físico-químicas, bem como por métodos espectroscópicos convencionais (RMN 1H e 13C e IV). Alguns dos compostos sintetizados apresentaram atividades antimicrobianas frente aos microrganismos testados. Dos doze derivados 4-tiazolidinonas testados, as substâncias (4a, 4g, 4h, 4j e 4m) apresentaram atividade biológica contra Micrococcus lutens, Mycobactéria phlei, Mycobaterium smegmatis, Mycobacterium tuberculosis e Candida albicans, Malassezia furfura e Klebsiella pneumoniae. Verificou-se que na série dos derivados 4-tiazolidinonas, o substuinte metila apresentou melhores resultados tanto com relação aos rendimentos obtidos como nas análises das atividades antimicrobianas. É importante ressaltar que apenas o composto 4j, pertecente a série 2 da piridina, tendo o radical etila como substituinte, apresentou atividade bacteriostática para Klebsicella pneumoniae e boa atividade bactericida contra Mycobacterium tuberculosis e Mycobacterium smegmatis. 106 Os resultados obtidos criam perspectivas para a realização de novas sínteses com outros radicais ou através da formação de quelatos com alguns metais no intuito de identificar novos compostos com atividade antimicrobi, como planejar novas séries de moléculas que possam também apresentar atividades biológicas contra diversos protozoários, como por exemplo, espécies Toxoplasma gondi e Tripanossoma cruzi, aumentando o arsenal terapêutico no combate as diversas doenças causadas pelos microrganismos. 107 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 108 7. Referências Bibliográficas ABRAHAM, E.P; CHAIN, E. A enzyme from bacteria able to destroy penicillin. Nature 146-837, 1940. ALBERT, A. Selective Toxicity. 4th edition, Methuen Co, London, 1968. ALVES, A. J.; LEITE, A. C. L.; SANTANA, D. P.; BELTRÃO, T. M.; COELHO, M. R. D. Synthesis of 2-Thiazolinone as Potential Antiprotozoal Activity. II Fármaco. v. 48, p. 1167, 1993. ANDERSON, F. E.; DUCA, C. J.; SCUD, J. V. “Some heteocyclic thiosemicarbazones. Journal of the American Chemical Society, v. 73, p. 4967-4968,1951. ANDRES, C. J.; BRONSON, J. J.; D’ ANDRES, S. V.; DESHPANDE, M. S.; FALK, P. J.; GRANT-YOUNG, K. A.; HARTE, W. E.; HO, H. T.; MISCO, P. F.; ROBERTSON, J. G.; STOCK, D.; SUN, Y.; WALSH, A. W. 4-Thiazolidinones: novel inhibitors of the bacterial enzyme murB. Bioorg. Med. Chem. Lett. v. 10, p. 715, 2000. AQUINO, T. M.; LIESEN, A. P.; SILVA, R. E. A.; LIMA, V. T.; CARVALHO, C. S.; FARIA, A. R.; ARAUJO, J. M.; LIMA, J. G.; ALVES, A. J.; MELO, E. 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Placa de antibiograma mostrando o halo de inibição da substância controle nistatina para Candida albicans – DAUFPE. 127 FOTO 3. Placa de antibiograma em TSA, na qual vemos halo de inibição para a substância 4b Mycobacterium phley 70 – DAUFPE. FOTO 4. Placa de antibiograma em TSA, na qual vemos halo de inibição para a substância 4d Mycobacterium phley 70 – DAUFPE. 128