The problem of forming a glycosidic bond between ribose and the free nucleoside bases to produce beta-nucleosides under plausible prebiotic conditions is commonly referred to in origin of life research as The Nucleoside Problem. The lack of a general solution to this problem currently represents one of the largest stumbling blocks to the RNA world hypothesis and many other theories regarding the origin of life. Over thirty years ago the purine nucleosides were successfully synthesized by drying the fully-formed bases and ribose together in the presence of divalent metal ion salts. However, glycosidic bond formation by the pyrimidine bases has never been achieved under similar reaction conditions. This thesis describes the first plausible prebiotic synthesis of a pyrimidine nucleoside, demonstrated with the pyrimidine base analogue 2-pyrimidinone. Information provided by nucleoside-formation reaction involving 2-pyrimidinone and related pyrimidine bases should provide valuable insights into the possible mechanism by which glycosidic bond formation was accomplished on the prebiotic Earth.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work describes the synthesis of a number of polyaza heterocycles and the mechanistic study to obtain these products. Furthermore, the characterization was performed by spectroscopic method and the structural study by X-ray diffraction and theoretical calculations of molecular orbitals. The synthesis of polyaza heterocyclic compounds began from the cyclocondensation reaction between a β- enaminodiketone and 2-aminopyridine, 2-aminothiazole or 2-aminobenzoimidazole in order to achieve pyrido[1,2-a]pyrimidin-4-one, thiazole[3,2-a]pyrimidin-5-one or 2- oxo-pyrimido[1,2-a]benzimidazole, respectively, with a α-keto ester substituent, in high regioselectivity. The mechanistic proposal developed in this step is based on the semi-empirical theoretical calculations by the PM3 method. From these data it was possible to say that the reaction was controlled by frontier molecular orbital, according to values of HOMO/LUMO coefficient obtained for the reactants. In the next step, the α-keto esters previously obtained, were reacted with ethylenediamine and derivatives ledding to the pyrazinones formation and the reaction with 1,2- phenylenediamine and derivatives led to the formation quinoxalinones. The same reaction of α-keto esters with amidines did not lead to the formation of imidazolonas as expected, since only the formation of the substitution product in the ester group occurred. The reaction mechanisms proposed in these steps are also based in theoretical calculations, where it was possible to infer that the reaction was thermodynamically controlled, since the reactivity sites were less important than the stability of the intermediates. The compounds were characterized by 1D nuclear magnetic resonance experiments of such as 1H and 13C and 2D such as COSY, HETCOR and HMBC, besides of mass spectrometry. The molecular structural studies by X-ray diffraction (for the compounds that could be measured) revealed that polyaza heterocycles pyrido[1,2-a]pyrimidin-4-one, thiazole[3,2-a]pyrimidin-5-one and 2-oxo-pyrimido[1,2-a]benzimidazole are essentially plane. All these compounds showed as pattern at least one intramolecular interaction between a carbonyl oxygen atom and a carbonyl carbon via π-hole, forming a five membered pseudo-ring, which stabilizes the position of a carbonyl group. The study revealed that all structural supramolecular compounds exhibit a large number of weak hydrogen bonds of the type CH···X (where X = O, N) and the compounds which exhibited a NH group in its structure or water in the asymmetric unit formed additionally strong hydrogen bonds of the type X-H···X (where X = O, N). Since the structures studied are aromatic heterocycles, all compounds showed interactions involving π systems in their interactions like π···π and/or lone-pair···π in their crystal packing. Only one intermolecular interaction via σ-hole (C=O···S) and another via π-hole (C=O···C=O) were found. / Neste trabalho é descrita a síntese de uma série de poliaza heterociclos e o estudo mecanístico para a obtenção destes produtos. Além disso, é realizada sua caracterização utilizando métodos espectroscópicos e o estudo estrutural por difração de Raios-X e cálculos teóricos de orbitais moleculares. A síntese dos compostos poliaza heterocíclicos teve inicio a partir de reações de ciclocondensação entre uma β-enaminodicetona e 2-aminopiridina, 2-aminotiazol ou 2-aminobenzoimidazol para obter pirido[1,2-a]pirimidin-4-ona, tiazolo[3,2-a]pirimidin-5- ona e 2-oxo-pirimido[1,2-a]benzoimidazol, respectivamente, com um substituinte α- ceto éster, de maneira altamente regiosseletiva. A proposta mecanística elaborada nesta etapa está embasada em cálculos teóricos semi-empíricos pelo método PM3. A partir destes dados é possível afirmar que a reação é controlada por orbital molecular de fronteira, conforme os valores de coeficiente de HOMO/LUMO obtidos para os reagentes. Na etapa seguinte, os α-ceto ésteres, previamente obtidos, ao reagirem com etilenodiamino e derivados levaram a formação de pirazinonas, bem como, a reação com 1,2-fenilenodiamino e derivados levou a formação de quinoxalinonas como produto. A reação dos mesmos α-ceto ésteres com amidinas não levou a formação de imidazolonas como desejado, pois ocorreu apenas a formação do produto de substituição no grupo éster. Os mecanismos de reação propostos nestas etapas também estão embasados em cálculos teóricos, onde foi possível inferir que a reação foi termodinamicamente controlada, já que, a reatividade dos sítios foi menos importante que a estabilidade dos intermediários. Os compostos foram caracterizados utilizando ressonância magnética nuclear em experimentos de 1D como 1H e 13C, e 2D como COSY, HETCOR e HMBC, além de espectrometria de massas. O estudo estrutural molecular por difração de Raios-x (referente aos compostos que puderam ser medidos) revelou que os poliaza heterociclos pirido[1,2- a]pirimidin-4-ona, tiazolo[3,2-a]pirimidin-5-ona e 2-oxo-pirimido[1,2-a]benzoimidazol são essencialmente planos. Um padrão observado nestes compostos é que todos apresentam, pelo menos, uma interação intramolecular entre um átomo de oxigênio carbonílico e um carbono carbonílico via π-hole, formando um pseudo-anel de cinco membros, que estabiliza a posição de uma carbonila. O estudo estrutural supramolecular revelou que todos os compostos apresentam um amplo número de ligações de hidrogênio fracas do tipo C-H· · ·X (quando, X = O, N) e os compostos que apresentaram um grupo N-H em sua estrutura ou água na unidade assimétrica formam, adicionalmente, ligações de hidrogênio fortes do tipo X-H···X (quando, X = O, N). Como as estruturas estudadas apresentam heterociclos aromáticos, todos os compostos mostraram interações envolvendo seus sistemas π em interações do tipo π· · ·π e/ou lone-pair· · ·π em seus empacotamentos cristalinos. Apenas uma interação intermolecular via σ-hole (C=O· · ·S) e uma via π-hole (C=O· · ·C=O) foram encontradas.

Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-08T12:30:20Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3898148 bytes, checksum: 4bd5b276470027c8968ec023cab6d4fd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-08T12:30:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3898148 bytes, checksum: 4bd5b276470027c8968ec023cab6d4fd (MD5) Previous issue date: 2015-05-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Cancer is characterized by uncontrolled cell growth of a particular tissue, which invades and impairs healthy cells functions. Chemotherapy is the main cancer treatment, and consists of drug administration that interferes in several metabolic pathways, leading to cancer cell death. Among the main chemotherapy drugs, antimitotics directly affect cell division. This study aimed to investigate the effect of a pyrimidinone derivative (4-4-chloro-phenyl)-2-(-4-methoxy-phenyl)-6-oxo-1,6-dihydropyrimidine- 5-carbonitrile, Py-09) on embryonic development of the sea urchin Echinometra lucunter. Adult animals were collected at João Pessoa coast, Paraíba, Brazil and kept in filtered sea water under constant air flow. Gametes or embryos were treated with Py-09 and the effects of the compound were analyzed on fertilization, embryonic development, mitochondrial membrane potential (ΔΨm), production of reactive oxygen species (ROS) and ABC transporters activity. Py-09 (12.5 μM) inhibited around 60% fertilization of pretreated eggs. However, treatment of sperm with Py-09 did not affect fertilization rate. Treatment of zygotes with Py-09 inhibited the early embryonic development in a time and dose-dependent pattern, with the maximum effect at 50 μM (EC50 = 12.5 μM). Morphological changes were observed in the pattern of embryos cleavage (unequal cleavage) and at larval stages (irregular distribution and cracks of spicules and pigment cells leakage). Py-09 induced the loss of ΔΨm without altering ROS intracellular levels. The assays with ABCB1 and ABCC1 transporters inhibitors (Reversin 205 and MK571, respectively) showed that Py-09 is not ABC proteins substrate. The intracellular calcein accumulation assay and PY-09/vinblastine association demonstrated Py-09 was not able to increase intracellular calcein fluorescence levels and that the compound did not reverse MXR phenomenon. In summary, this study demonstrated that the Py-09 features a remarkable antimitotic activity, producing changes both in morphology and cell physiology. Further studies are needed for a better understanding of the mechanism of action of the compound, and research on the potential of Py-09 as pharmacological tool for in vitro studies, as well as its therapeutic use. / O câncer é caracterizado pelo crescimento descontrolado de células de um determinado tecido, que invadem e comprometem, funcionalmente, células sãs do organismo. A quimioterapia é o principal tratamento do câncer, consistindo na administração de drogas que interferem em diversas vias metabólicas, ocasionando a morte celular. Dentre os principais quimioterápicos, os antimitóticos são drogas que afetam, diretamente, a divisão celular.O presente trabalho teve como objetivo investigar a atividade antimitótica de um derivado de pirimidinona (Py-09) no desenvolvimento embrionário do ouriço-do-mar Echinometra lucunter. Animais adultos foram coletados na costa João Pessoa, Paraíba, Brasil, mantidos em água do mar filtrada sob fluxo de ar constante. Os gametas foram coletados por injeção intracelomática de KCl. Os gametas ou embriões foram tratados com Py-09 e foi analisada a atividade do composto sobre a fertilização, o desenvolvimento embrionário, o potencial de membrana mitocondrial interna (ΔΨm), a produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) e a atividade de transportadores ABC. O Py-09 (12,5 μM) inibiu, em cerca de 60%, a fertilização de óvulos previamente tratados com o composto. No entanto, o tratamento dos espermatozoides com o Py-09 não afetou a taxa de fertilização. O tratamento dos zigotos com o Py-09 inibiu o desenvolvimento embrionário inicial, apresentando um efeito antimitótico dose e tempo-dependente, atingindo um efeito máximo na concentração de 50 μM (CE50 = 12,5 μM). Foram observadas alterações morfológicas no padrão de clivagem dos embriões (clivagem desigual) e em estágios larvais (distribuição irregular e fissuras das espículas e extravasamento de células pigmentares).O tratamento com Py-09 promoveu a perda do ΔΨm, sem, entretanto, alterar os níveis intracelulares de ROS. O ensaio com os inibidores dos transportadores ABCB1 e ABCC1 (Reversina 205 e MK571, respectivamente) mostrou que o Py-09 não é substrato de proteínas ABC. Por outro lado, o ensaio de acúmulo intracelular de calceína e os ensaios de associação do Py-09 com a vimblastina demonstraram que o mesmo não reverte o fenômeno MXR, uma vez que o composto não foi capaz de aumentar os níveis de fluorescência intracelular da calceína, e a associação Py-09 (12,5 μM)/vimblastina (100 e 400 nM) apresentou o mesmo efeito inibitório da vimblastina per se.Em suma, o presente trabalho demonstrou que o Py-09 apresenta uma marcante atividade antimitótica, acarretando alterações tanto na morfologia quanto na fisiologia celular.Estudos adicionais são necessários para um maior entendimento do mecanismo de ação do composto, e para a investigação acerca do potencial do Py- 09 como ferramenta farmacológica para estudos in vitro, assim como para o seu uso terapêutico.

Nesta monografia foram desenvolvidas metodologias sintéticas para a funcionalização das 2-(S)-isopropil-5-iodo-pirimidinonas, utilizando a reação de acoplamento cruzado de Suzuki-Miyaura e a reação de cicloadição azida-acetileno com cobre, através de estratégias simples e eficientes que permitiram a preparação de uma série de compostos com grande diversidade estrutural. Inicialmente descreve-se a síntese da 2-(S)-isopropil-5-iodo-pirimidinona (S)- 3, a partir da (S)-asparagina enantiomericamente pura 1, um aminoácido barato e de fácil acesso, produzindo na primeira etapa o 2-(S)-isopropil-peridropirimidinona-6- ácido carboxílico (2S,6S)-2, que reagindo com diacetoxiiodo benzeno/iodo e BF3.OEt2, gera a pirimidinona (S)-3. Em seguida, preparou-se uma série de 2-(S)-isopropil-5-aril-pirimidinonas (S)- 6a-q e 2-(S)-isopropil-5-alquinil-pirimidinonas (S)-7a-q, através da reação de acoplamento cruzado de Suzuki-Miyaura, sob catálise de paládio, utilizando aril- (4aq) e alquiniltrifluoroboratos de potássio (5a-q), respectivamente. Desta forma sintetizou-se uma variedade de pirimidinonas com alterações programadas de substituintes na posição 5 do anel, com rendimentos de 15% a 95%. Ainda a fim de obter algumas pirimidinonas com substituintes acetilênicos alquílicos 9a-f, utilizou-se a metodologia de acoplamento de Sonogashira. Em todos os casos obtiveram-se bons rendimentos. Dando sequência ao projeto, sintetizou-se as 2-(S)-isopropil-pirimidinonas funcionalizadas na posição C5 com anéis triazólicos substituídos na posição N1 (S)- 11a-k, através da reação de cicloadição azida-acetileno utilizando CuI como fonte de cobre e ondas ultra-sônicas como fonte de energia. Preparou-se diversos compostos, todos com rendimentos variando de 79% a 87% em 5 minutos de reação. Por último, através da redução da dupla ligação endocíclica dos compostos (S)-6a, 6b, 6g, 6l e 6n e posterior hidrólise utilizando radiação microondas proporcionou a obtenção de α-aril β-aminoácidos altamente enantioenriquecidos. / This monograph shows the development of a synthetic methodology for the functionalization of 2-(S)-isopropyl-5-iodo-pyrimidinones using either Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions or cycloaddition reactions of azide-acetylenes with copper, through a simple and efficient pathway enabling the preparation of a series of structurally diverse compounds. This paper begins by describing the synthesis of 2-(S)-isopropyl-5-iodopyrimidinones (S)-3, from enantiomerically pure (S)-asparagine 1. This inexpensive and readily available amino acid forms 2-(S)-isopropyl-perhidropyrimidinone-6- carboxylic acid (2S, 6S)-2, which is reacted with DIB / iodine and BF3·OEt2 to form pyrimidinone (S)-3. Using palladium-catalyzed Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions, a series of 2-(S)-isopropyl-5-arylpyrimidinones (S)-6a-q and 2-(S)-isopropyl-5- alkynylpyrimidinones (S)-7a-q were prepared using potassium aryl- (4a-q) and alkynyltrifluoroborates (5a-q), respectively. With this reaction, a variety of pyrimidinones with different substituents at position 5 of the ring were synthesized, with yields ranging from 15% to 95%. The Sonogashira coupling reaction was used to prepare pyrimidinones with alkyl acetylenic substituents (S)-9a-f, giving good yields in all cases. 2-(S)-Isopropylpyrimidinones were then functionalized in the C5 position with N1 (S)-11a-k substituted triazole rings. These functionalizations were performed by the cycloaddition of azide-acetylenes using CuI and ultrasonic waves, which provided enough energy to reduce the reaction time to only five minutes. Several different variations of this compound were prepared, all with yields between 78% and 87%. Finally, the endocyclic double bonds in compounds (S)-6a, 6b, 6g, 6l and 6n were reduced, followed by a hydrolysis using microwave radiation to afford the highly enantioenriched α-aryl β-amino acids.

Nesta monografia foram desenvolvidas metodologias sintéticas para a funcionalização das 2-(S)-isopropil-5-iodo-pirimidinonas, utilizando a reação de acoplamento cruzado de Suzuki-Miyaura e a reação de cicloadição azida-acetileno com cobre, através de estratégias simples e eficientes que permitiram a preparação de uma série de compostos com grande diversidade estrutural. Inicialmente descreve-se a síntese da 2-(S)-isopropil-5-iodo-pirimidinona (S)- 3, a partir da (S)-asparagina enantiomericamente pura 1, um aminoácido barato e de fácil acesso, produzindo na primeira etapa o 2-(S)-isopropil-peridropirimidinona-6- ácido carboxílico (2S,6S)-2, que reagindo com diacetoxiiodo benzeno/iodo e BF3.OEt2, gera a pirimidinona (S)-3. Em seguida, preparou-se uma série de 2-(S)-isopropil-5-aril-pirimidinonas (S)- 6a-q e 2-(S)-isopropil-5-alquinil-pirimidinonas (S)-7a-q, através da reação de acoplamento cruzado de Suzuki-Miyaura, sob catálise de paládio, utilizando aril- (4aq) e alquiniltrifluoroboratos de potássio (5a-q), respectivamente. Desta forma sintetizou-se uma variedade de pirimidinonas com alterações programadas de substituintes na posição 5 do anel, com rendimentos de 15% a 95%. Ainda a fim de obter algumas pirimidinonas com substituintes acetilênicos alquílicos 9a-f, utilizou-se a metodologia de acoplamento de Sonogashira. Em todos os casos obtiveram-se bons rendimentos. Dando sequência ao projeto, sintetizou-se as 2-(S)-isopropil-pirimidinonas funcionalizadas na posição C5 com anéis triazólicos substituídos na posição N1 (S)- 11a-k, através da reação de cicloadição azida-acetileno utilizando CuI como fonte de cobre e ondas ultra-sônicas como fonte de energia. Preparou-se diversos compostos, todos com rendimentos variando de 79% a 87% em 5 minutos de reação. Por último, através da redução da dupla ligação endocíclica dos compostos (S)-6a, 6b, 6g, 6l e 6n e posterior hidrólise utilizando radiação microondas proporcionou a obtenção de α-aril β-aminoácidos altamente enantioenriquecidos. / This monograph shows the development of a synthetic methodology for the functionalization of 2-(S)-isopropyl-5-iodo-pyrimidinones using either Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions or cycloaddition reactions of azide-acetylenes with copper, through a simple and efficient pathway enabling the preparation of a series of structurally diverse compounds. This paper begins by describing the synthesis of 2-(S)-isopropyl-5-iodopyrimidinones (S)-3, from enantiomerically pure (S)-asparagine 1. This inexpensive and readily available amino acid forms 2-(S)-isopropyl-perhidropyrimidinone-6- carboxylic acid (2S, 6S)-2, which is reacted with DIB / iodine and BF3·OEt2 to form pyrimidinone (S)-3. Using palladium-catalyzed Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions, a series of 2-(S)-isopropyl-5-arylpyrimidinones (S)-6a-q and 2-(S)-isopropyl-5- alkynylpyrimidinones (S)-7a-q were prepared using potassium aryl- (4a-q) and alkynyltrifluoroborates (5a-q), respectively. With this reaction, a variety of pyrimidinones with different substituents at position 5 of the ring were synthesized, with yields ranging from 15% to 95%. The Sonogashira coupling reaction was used to prepare pyrimidinones with alkyl acetylenic substituents (S)-9a-f, giving good yields in all cases. 2-(S)-Isopropylpyrimidinones were then functionalized in the C5 position with N1 (S)-11a-k substituted triazole rings. These functionalizations were performed by the cycloaddition of azide-acetylenes using CuI and ultrasonic waves, which provided enough energy to reduce the reaction time to only five minutes. Several different variations of this compound were prepared, all with yields between 78% and 87%. Finally, the endocyclic double bonds in compounds (S)-6a, 6b, 6g, 6l and 6n were reduced, followed by a hydrolysis using microwave radiation to afford the highly enantioenriched α-aryl β-amino acids.