Anais do IX Seminário de Iniciação Científica, VI Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
e Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
19 a 21 de outubro de 2011
ANÁLISE ESTRUTURAL E POLIMORFISMO MOLECULAR
Lóide O. Sallum (UNUCET)*, Maurício S. Oliveira (UNUCET)**
e Hamilton B. Napolitano (UNUCET)
*Bolsista CAPES ([email protected])
**Bolsista PIBITI/CNPq
INTRODUÇÃO
As chalconas constituem um importante grupo de produtos naturais considerados
compostos intermediários essenciais nas plantas. As chalconas possuem um esqueleto
comum de 1,3 diaril-2-propen-1-ona o qual é caracterizado por uma cadeia aberta
insaturada com dois anéis aromáticos ligados à essa cadeia
insaturada (PÉREZ et
al., 2005; WU et al., 2011). As chalconas têm recebido grande atenção pelo fato de
possuírem uma estrutura simples e com grande variedade de atividades farmacológicas
reportadas como, por exemplo, ação anti-inflamatória, antibacteriana, diuréticas,
antimalarial e antifúngica (SREEDHAR et al., 2010). As chalconas e seus análogos são
usados como potenciais agentes terapêuticos em doenças do sistema cardiovascular e
podem exibir atividades gastro protetoras, entre outras propriedades biológicas
(VANCHINATHAN et al., 2011). Dentre as chalconas naturais e seus análogos
sintéticos muitos compostos mostram citotoxicidade para cultura de células tumorais
(ROZMER et al., 2006; RAO, et al., 2009).
Polimorfismo molecular é a existência de mais de uma forma cristalina de uma
mesma substância química. O polimorfo é uma fase cristalina sólida de um dado
composto, resultado a partir da possibilidade de pelo menos dois diferentes arranjos de
moléculas no estado sólido. Os polimorfos possuem a mesma composição, mas
diferentes estruturas e propriedades. Essas formas diferem em suas dimensões de cela
unitária e arranjo atômico (NAPOLITANO et al., 2005). No mundo das moléculas
bioativas, função e estrutura estão inter-relacionadas. O conhecimento da configuração
absoluta e as conformações dessas moléculas são úteis para o entendimento das
propriedades químicas, físico-químicas e biológicas dos compostos (GLUSKER et al.,
2010).
Diferentes polimorfos de um dado composto têm diferentes propriedades físicoquímicas: ponto de fusão, ponto de ebulição, condutividade, volume, densidade, cor,
morfologia, higroscopicidade, solubilidade, dissolução, estabilidade química. Um
composto orgânico, incluindo a maioria dos fármacos, está inclinado a formar muitos
polimorfos no estado sólido (BRANDÃO, 2006; MATTEI et al., 2011). O fenômeno do
polimorfismo representa um desafio para a indústria farmacêutica que pretende
desenvolver drogas de qualidade consistente. O polimorfismo influencia a
biodisponibilidade, estabilidade e exibe diferentes solubilidades de um fármaco. Para
conseguir o efeito terapêutico é necessário que o fármaco esteja bio disponível, ou seja,
esteja disponível no sítio de ação. A propriedade física, no estado sólido, dos fármacos
pode afetar diretamente a estabilidade físico-química do produto acabado (BLAGDEN
et al., 2007; LI et al., 2011).
A descoberta de um novo polimorfo, mesmo que seja metaestável, mas que
possa ser produzido de forma controlada por uma empresa farmacêutica concorrente, é
uma ameaça à patente de uma empresa sobre o seu princípio ativo (LARIUCCI et al.,
2008). A Cristalografia é um método que fornece o conhecimento da disposição
1
Anais do IX Seminário de Iniciação Científica, VI Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
e Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
19 a 21 de outubro de 2011
tridimensional dos átomos da estrutura molecular para compostos no estado cristalino
quando expostos a radiação X, não necessitando nenhum conhecimento a respeito do
composto a priori (GIACOVAZZO et al., 2002). A estrutura de um cristal pela difração
de raios-X permite detalhes do conteúdo do cristal a nível atômico (GLUSKER et al.,
2010). A técnica de difração de raios-X permite obter detalhamento de toda a
característica molecular, isto é, distâncias interatômicas, ângulos de valência,
conformação molecular e empacotamento cristalino (NAPOLITANO et al., 2005). A
configuração absoluta e os parâmetros de estrutura são pré-requisitos para o desenho de
drogas e o estudo funcional baseado na estrutura. Avanços no desenvolvimento de
programas computacionais têm reduzido o tempo de resolver e refinar a estrutura de
dias para semanas a horas. Estudos pela difração de raios-X provê informações na
conectividade química, configuração absoluta e interações de biomoléculas
(DESCHAMPS, 2010). Conhecendo as atividades biológicas inerentes às chalconas
fornecemos dados da característica estrutural do composto molecular (E)-3-(4-hidroxi3,5-dimetoxifenil)-1-p-toluilprop-2-en-1-ona (C18H18O4).
METODOLOGIA CRISTALOGRÁFICA
O composto cristalizou através do sistema de simples evaporação (CUNHA,
2008). Esse mostrou formação de cristais incolores e hábito bem definidos. A estrutura
do monocristal foi determinada pela difração de raios-X. Os dados foram obtidos a
partir do difratômetro KappaCCD com radiação monocromática MoK . A estrutura
cristalina foi resolvida por Métodos Diretos, através do programa SHELXS-97, e
refinada pelo método dos Mínimos Quadrados, através do programa SHELXL-97,
utilizando o pacote de programas WinGX (FARRUGIA, 1999; SLUIS et al., 1990). Os
átomos de hidrogênios foram colocados calculadas as posições. Estrutura cristalina do
(E)-3-(4-hidroxi-3,5-dimetoxifenil)-1-p-toluilprop-2-en-1-ona apresentou como índices
finais: R1 = 0.064 e wR2 = 0.1932 para 445 parâmetros refinados. Os parâmetros
cristalográficos para o composto C19H22O5 são: peso molecular = 330.38, triclínico,
grupo espacial P , Z = 4, a = 8.6510 , b = 12.0150 , c = 17.7860 , V = 1762.9, 8707
reflexões medidas (Rint = 0.0579).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
1
A análise estrutural revelou duas moléculas do composto na unidade assimétrica,
coordenadas com duas moléculas de solvente através de ligações de hidrogênio. A
estrutura consiste de uma cadeia insaturada de três membros de um grupo propanona
ligado ao anel fenil e à hidroxila, e ainda um anel toluil ligado por um carbono através
de uma simples ligação. A estrutura é estabilizada por interações intermoleculares entre
um átomo de oxigênio da molécula de solvente e o átomo de hidrogênio da hidroxila da
molécula C18H18O4 mais próxima, como também entre o átomo de hidrogênio do
solvente e o oxigênio do metoxil da molécula C18H18O4 vizinha e a interação entre o
hidrogênio do solvente e átomo de oxigênio da cetona da molécula C18H18O4.
A existência dos polimorfos freqüentemente apresenta um sério problema na
indústria farmacêutica, desde propriedades físicas do cristal que são freqüentemente
1 Bolsista CAPES PIBITI/CNPq
2
Anais do IX Seminário de Iniciação Científica, VI Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
e Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
19 a 21 de outubro de 2011
usadas como critério para controle de qualidade e, portanto para a efetividade de uma
dada preparação. Polimorfos são freqüentemente obtidos quando cristais crescem sob
condições diferentes. É conhecido que a formação de estruturas cristalinas distintas de
uma mesma molécula é influenciada pelos fatores cinéticos e termodinâmicos, incluindo
tipos de solventes e uso de aditivos (MATTEI et al., 2011). Uma conformação
molecular estável corresponde a um mínimo no gráfico de energia potencial versus
aqueles parâmetros moleculares representando aquela conformação. Moléculas flexíveis
com simples ligações podem interconverter em diferentes conformeros, provido de
energia suficiente (BUTTAR et al., 1998; GLUSKER et al., 2010). As chalconas têm
conduzido a um interesse químico e bioquímico pelo fato dessas substâncias mostrarem
atividades farmacológicas potentes e relevantes. As informações cristalográficas, em
níveis atômicos, são fundamentais no entendimento da relação entre estrutura e
atividade para o composto C18H18O4.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BLAGDEN, N.; de MATAS, M.; GAVAN, P.T.; YORK, P. Crystal engineering of
active pharmaceutical ingredients to improve solubility and dissolution rates. Advanced
Drug Delivery Reviews, v. 59, p. 617 - 630, abr./maio 2007.
BRANDÃO, A. L. Influência do polimorfismo na farmacotécnica de cápsulas no setor
magistral. Revista Racine, v. 91, p. 01 - 28, mar./abr. 2006.
BUTTAR, D.; CHARLTON, M. H.; DOCHERTY, R.; STARBUCK, J. Theoretical
investigations of conformational aspects of polymorphism. Part 1: oacetamidobenzamide. Journal of Chemical Society, v. 4, p. 763 - 772, jul./ago. 1998.
CUNHA, S. Métodos simples de formação de monocristais de substância orgânica para
estudo estrutural por difração de raios-X. Química Nova, v. 31, n. 4, p. 906 - 909, nov.
2008.
DESCHAMPS, J. R. X-ray crystallography of chemical compounds. Life Sciences, v.
86, p. 585 - 589, fev. 2010.
FARRUGIA, L. J. WinGX suite for small-molecule single-crystal crystallography
Journal of Applied Crystallography, v. 32, p. 837 - 838, ago. 1999.
GIACOVAZZO, C. Symmetry in Crystallography, New York: Oxford Science
Publication, 2002.
GLUSKER, J. P.; TRUEBLOOD, K. N. Crystal Structure Analysis a Primer, 3. ed.
Oxford University Press, 2010.
LARIUCCI, C.; NAPOLITANO, H. B.; CUNHA, S. Inovação Tecnológica e
Polimorfismo de Fármacos. Revista Processos Químicos, Ano 2, n. 3, p.59 - 65,
jan./jun. 2008.
3
Anais do IX Seminário de Iniciação Científica, VI Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
e Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
19 a 21 de outubro de 2011
LI, Y,; CHOW, P. S.; TAN, R. B. H. Quantification of polymorphic impurity in an
enantiotropic polymorph system using differential scanning calorimetry, X-ray powder
diffraction and Raman spectroscopy. International Journal of Pharmaceutics, v. 415,
p. 110 -118, maio 2011.
MATTEI, A.; LI, T. Interplay between molecular conformation and intermolecular
interactions in conformational polymorphism: A molecular perspective from electronic
calculations of tolfenamic acid. International Journal of Pharmaceutics, abr. 2011.
NAPOLITANO, H. B.; CAMARGO, A. J.; VENCATO, I.; LARIUCCI, C.; ELLENA,
J.; CUNHA, S. Caracterização de Fármacos Polimórficos. Revista Estudos, v. 32, n.
11, p. 2021 - 2046, nov. 2005.
PEREZ, C. N.; HENRIQUES, C. A.; MEDEIROS, K. C. F.; MEDEIROS, L. C. F.
Catalisadores heterogêneos para a síntese de chalconas com interesse farmacológico.
Revista Estudos, v. 32, n. 12, p. 2111 - 2130, nov. 2005.
RAO, Y. K.; FANG, S.; TZENG, Y. Synthesis and biological evaluation of 3’,4’,5’trimethoxychalcone analogues as inhibitors of nitric oxide production and tumor cell
proliferation. Bioorganic & Medicinal Chemistry, v. 17, p. 7909 - 7914, out. 2009.
ROZMER, Z.; BERKI, T.; PERJÉSI, P. Different effects of two cyclic chalcone
analogues on cell cycle of Jurkat T cells. Toxicology in vitro, v. 20, p. 1354 - 1362,
maio/jun. 2006.
SLUIS, P. van der.; SPEK, A. L. BYPASS: an effective method for the refinement of
crystal structures containing disordered solvent regions. Acta Crystallographica
Section A, v. 46, p. 194 - 201, mar. 1990.
SREEDHAR, N. Y.; JAYAPAL, M. R.; PRASAD, K. S.; PRASAD, P. R. Synthesis
and characterization of 4-Hydroxy Chalcone using PEG-400 as a recyclable solvent.
Journal of pharmaceutical, biological and chemical sciences, p.480 - 485, out./dez.
2010.
VANCHINATHAN,
K.;
BHAGAVANNARAYANA,
G.;
MUTHU,
K.;
MEENAKSHISUNDARAM, S. P. Synthesis, crystal growth and characterization of
1,5-diphenylpenta-1,4-dien-3-one: An organic crystal. Physic B, jul. 2011.
WU, J.; WANG, C.; CAI, Y.; PENG, J.; LIANG, D.; ZHAO, Y.; LI, X.; WU, X.;
LIANG, G. Synthesis and crystal structure of chalcones as well as on cytotoxicity and
antibacterial properties. Medicinal Chemistry Research, jan. 2011.
4