Síntese de α-amido ésteres funcionalizados com calcogenotetrazóis derivados de aminoácidos como potenciais agentes antimicrobianos

Descrição

Este estudo visa desenvolver uma metodologia inovadora para a síntese de compostos heterocíclicos do tipo (S)-2-(2-(calcogenocianato)acetamido)ésteres e seus derivados tetrazóis 5-calcogenilados, obtidos a partir de aminoácidos naturais, e avaliar suas atividades antimicrobianas e antioxidantes. Desde a descoberta das selenoproteínas, o interesse em compostos organocalcogênios tem crescido, destacando-se o Selênio por seu papel essencial em enzimas antioxidantes como a glutationa peroxidase (GPx). Compostos como o Ebselen demonstraram mimetizar a atividade da GPx, reforçando o potencial terapêutico dos selenocompostos e sua relevância em processos fisiológicos e na prevenção de doenças. Os seleno- e tio-derivados obtidos a partir de aminoácidos oferecem uma plataforma promissora para o desenvolvimento de novas moléculas bioativas. Este projeto foca na síntese de seleno/tio-cianato-amidas e na conversão subsequente em tetrazóis 5-S/Se-substituídos, classes ainda pouco exploradas devido a desafios sintéticos e instabilidade química. A proposta busca superar essas limitações por meio do desenvolvimento de rotas sintéticas curtas, sustentáveis e reprodutíveis, possibilitando a criação de uma biblioteca inédita de derivados organocalcogênios. Serão realizados ensaios biológicos compreenderão testes antimicrobianos frente a Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Candida albicans, bem como análises antioxidantes pelos ensaios ABTS e DPPH. Selênio (Se) é um ametal do grupo dos calcogênios (família 16 da Tabela Periódica). Desempenha papel relevante na modulação da imunidade e na prevenção da proliferação tumoral (HANDY; JOSEPH; LOSCALZO, 2021; RADOMSKA et al., 2021). Diversas doenças autoimunes e infecciosas associam-se à deficiência de Se (SHAABAN et al., 2022). Em contraste, a suplementação de Se tem sido correlacionada à quimioprevenção do câncer e ao tratamento de distúrbios inflamatórios (KALIMUTHU et al., 2022; NOGUEIRA; BARBOSA; ROCHA, 2021). O Se ocorre em formas orgânicas (p.ex., selenoaminoácidos) e inorgânicas (Se elementar, selenito, seleneto e selenato) (KIELISZEK et al., 2015) e têm motivado o desenvolvimento de novos selenocianatos. Além disso, selenocianatos atuam como precursores versáteis de andaimes OSe funcionalizados (p.ex., selenetos e disselenetos), reconhecidos por atividades biológicas relevantes (BEVINAKOPPAMATH et al., 2021; NARAYANANKUTTY; JOB; NARAYANANKUTTY, 2019). Compostos organocalcogenios exibem ainda atividades antioxidante, anticancerígena e antiviral (LIAO et al., 2021). Entre eles, os organoselenocianatos (OSeCN) figuram como derivados de destaque com potencial antitumoral (AZEREDO et al., 2022; JAMIER; BA; JACOB, 2010; MAKHAL; NANDI; KAKI, 2021; SHAABAN et al., 2014, 2021). Consequentemente, o foco dos cientistas mudou recentemente para o desenvolvimento de novos selenocianatos. Os selenocianatos foram usados como precursores versáteis para diferentes andaimes de OSe funcionalizados, como selenetos e disselenetos, conhecidos por suas interessantes atividades biológicas (ABDEL-MOTAAL; EL-SENDUNY; SHAABAN, 2021). Há, portanto, amplo espaço para a descoberta de novos antimicrobianos, seja a partir de fontes naturais ou via síntese de estruturas contendo enxofre e selênio (BORGES et al., 2021). A inserção desses calcogênios em arcabouços orgânicos, em diferentes estados de oxidação, gera diversidade estrutural capaz de modular propriedades e perfis biológicos. De fato, substâncias organocalcogênicas já foram descritas com atividade antidiabética, antioxidante e antimicrobiana (MAKINDE et al., 2019) Por outro lado, o mapeamento sistemático da atividade antimicrobiana desses compostos ainda é limitado. Até onde se sabe, há relatos pontuais de derivados selenados ativos contra Staphylococcus aureus (Gram-positiva) (ABDEL-MOTAAL; EL-SENDUNY; SHAABAN, 2021; BORGES et al., 2021; FERRAZ et al., 2017; MAKINDE et al., 2019; RAMOS-INZA; PLANO; SANMARTÍN, 2022; VICTORIA et al., 2009). Nesse cenário, os compostos propostos neste estudo configuram um escopo inédito, oferecendo a oportunidade de investigar uma nova classe com potencial atividade antimicrobiana. Modificações da estrutura básica de aminoácidos por inserção de heterociclos - tetrazóis, triazóis, tiazóis e isoxazóis - via transformação seletiva do grupo carboxila têm despertado considerável interesse em bioquímica, enzimologia e farmacologia (DEMKO; SHARPLESS, 2001). Entre esses motivos, os tetrazóis destacam-se por atuarem como bioisósteros metabolicamente estáveis do grupo carboxila (BAVETSIAS et al., 2000; UPADHAYAYA et al., 2004), o que sustenta seu emprego no desenho de potenciais agentes anti-inflamatórios, estimulantes do SNC e (anti)hipertensivos; além disso, servem como mímicos de ligação peptídica cis e apresentam múltiplas aplicações em catálise assimétrica (TORII et al., 2004). Dentro desse universo, os tetrazóis 5-S-ligados constituem uma classe relevante: a ligação alquiltio eleva acidez e solubilidade, tornando-os ativadores potentes em sínteses de DNA/RNA (HAMPEL; ANDRUS; VINAYAK, 1995). Em paralelo, os tetrazóis 5-calcogenolatos configuram subclasse promissora ainda pouco explorada; o avanço recente da química do selênio (LIBERO et al., 2012) e a descoberta de selenoproteínas reforçam a pertinência de investigar derivatizações seleníferas de aminoácidos, incluindo tetrazóis 5-calcogenolatos. Do ponto de vista sintético, as rotas mais práticas para tetrazóis incluem: (i) reação de haletos substituídos com 1H-tetrazol e (ii) ciclodiação [3+2] de nitrilas com íon azida (BOOKSER, 2000). Demko e Sharpless relataram protocolo eficiente para tetrazóis 5-substituídos de aminoalquila a partir de nitrilas de aminoácidos Nα-Z com azida de sódio/ZnBr₂, seguido de desproteção — etapa, contudo, desafiadora (DEMKO; SHARPLESS, 2001). Nesse contexto, o uso do grupo Fmoc para proteção N facilitou o isolamento de tetrazóis amino-livres (SURESHBABU et al., 2007). O levantamento da literatura sobre 5-alquil/5-aril-S/Se-tetrazóis revela poucos relatos: Dondoni et al. obtiveram S-tetrazóis de α-aminoácidos C-glicosilados via cianeto de tosila (100 °C) e posterior substituição por tiol de cisteína (ALDHOUN; MASSI; DONDONI, 2008); Jursic descreveu 5-alquil/5-aril-S-tetrazóis a partir de tiocianatos (LEBLANC; JURSIC, 1998); e Yildirir et al. prepararam Se-tetrazóis pela reação de selenocianatos aromáticos com azida de sódio (ÖZKAN et al., 2007). Embora derivados tetrazólicos de aminoácidos já tenham sido explorados em diversas aplicações permanece limitada a preparação direta de 5-alquil/5-aril-S/Se-tetrazóis a partir de aminoácidos. Dada a ampla aplicabilidade de motivos 5-alquil/5-aril-S/Se-tetrazóis a partir de aminoácidos surge como via promissora para gerar novos precursores para ser utilizados como possíveis compostos atividade antimicrobiana (SURESHBABU; VASANTHA; HEMANTHA, 2011). Aminoácidos naturais são plataformas privilegiadas para desenho molecular: fornecem centros quirais estáveis, funcionalidade química rica e rotas de proteção/desproteção consolidadas, além de serem baratos e amplamente disponíveis. Modificações na extremidade amino (N-terminal) e/ou no esqueleto α permitem acesso a peptidomiméticos e a bibliotecas de análogos com propriedades farmacológicas ajustáveis. Nesse contexto, o emprego do próprio resíduo de aminoácido como “vetor quiral” é estratégico para incorporar motivos funcionais de alto valor: de um lado, as N-(2-selenocianatoacetil)amidas derivadas de aminoácidos, e, de outro, os tetrazóis. As N-(2-selenocianatoacetil)amidas combinam a amida ancorada ao resíduo de aminoácido (que traz quiralidade e reconhecibilidade biológica) com o braço –CH₂–SeCN, um “ponto de alavanca” sintético e funcional. O grupo selenocianato ou tiocianato são considerados como um subistituinte versátil: permite diversificação tardia (redução a selenol, troca nucleofílica para Se-alquil/Se-aril, oxidação seletiva, formação de selênio-heterociclos). Assim, mantemos a arquitetura do aminoácido (ajustando solubilidade, pKa e permeabilidade com escolhas de cadeia lateral) e ganha-se um módulo de S/Se que pode modular interação intermolecular, estabilidade e perfil de atividade bioquímica para mapear relações estrutura–propriedade de maneira controlada. Em paralelo, tetrazóis são bioisósteres clássicos de ácidos carboxílicos: preservam potenciais de ligação por hidrogênio e ajustam a acidez, frequentemente melhorando estabilidade metabólica e perfil Absorção, Distribuição, Metabolismo, Excreção (ADME). Quando instalados a partir de nitrilas ligadas ao resíduo de aminoácido, podem ser preparados sob condições brandas e “verdes” (cicloadição [3+2] de azida a nitrila em água catalisada por ZnBr₂), com boa compatibilidade a centros quirais e grupos protetores usuais (Boc/Cbz/ésteres). O resultado é um conjunto coerente de aminoácido-tetrazóis que conserva a informação quiral e adiciona um ânion ácido estável com excelentes propriedades para desenho de interações em alvo biológico. Portanto, justifica-se o uso do resíduo de aminoácido como esqueleto de ancoragem para essas duas famílias: (i) N-(2-selenocianatoacetil)amidas, explorando a química singular de SeCN/SCN para diversificação e efeitos eletrônicos/redox; e (ii) tetrazóis, explorando o bioisosterismo da carboxila e a robustez sintética. A combinação oferece bibliotecas modulares, curtas em número de etapas, com controle estereoquímico, viabilidade de escala e potencial de desempenho biológico - além de aproveitar um insumo de baixo custo e alto valor estratégico: o próprio resíduo de aminoácido. De acordo com o interesse desta pesquisa, no desenvolvimento de novos compostos apresentam uma grande flexibilidade na introdução e modificação da natureza dos substituintes YR¹, R² e R³. Isso possibilita uma grande diversidade estrutural, o que é muito importante para a otimização sistemática da estrutura moléculas alvo. Para maximizar o poder discriminatório dos ensaios e refletir cenários clínicos relevantes, adotou-se um painel mínimo e representativo composto por Candida albicans, Escherichia coli e Staphylococcus aureus. Esse conjunto cobre diferentes reinos biológicos (fungos e bactérias) e arquiteturas de parede celular (Gram– e Gram+), permitindo inferir mecanismo de ação e seletividade dos compostos testados. C. albicans é a levedura oportunista de maior prevalência em candidíases mucocutâneas e infecções sistêmicas, servindo como referência para atividade antifúngica. E. coli (Gram–) apresenta membrana externa rica em LPS e peptidoglicano delgado, uma barreira típica à penetração de antimicrobianos; já S. aureus (Gram+) possui espessa camada de peptidoglicano e alta relevância clínica, incluindo mastite bovina. O uso de cepas padronizadas garante reprodutibilidade e comparabilidade com a literatura, além de viabilizar uma triagem eficiente por disco-difusão e CMI antes de etapas mais avançadas. Em síntese, o painel proposto equilibra abrangência biológica, pertinência clínica e viabilidade experimental, oferecendo base sólida para priorizar candidatos e orientar a otimização estrutural.