Modelos de Relações Quantitativas entre Estrutura Química e Atividade Biológica (QSAR), previamente gerados no grupo para uma série de brometos de N-benzil-N,N-dimetil-2-(4-X-benzamido)etan-1-amônio substituídos (compostos estruturalmente análogos à procaína), mostraram uma contribuição positiva da lipofilicidade (expressa pelo parâmetro lipofílico, logPapp) para a atividade de bloqueio da transmissão neuromuscular observada para estes. Como os compostos desta série são sais de amônio quaternários, sendo alguns altamente hidrofílicos, as determinações dos seus valores de logPapp pelo método shake-flask acarretam dificuldades experimentais, levando a altas incertezas. Para contornar estas dificuldades, em outro trabalho iniciado no grupo, sugeriu-se, como estratégia metodológica, avaliar a aplicação do conceito do par iônico, usando, para tanto, um contraíon grande e hidrofóbico. Assim, observou-se, para um único composto desta série, o aumento da sua lipofilicidade, por possível formação de par iônico, tornando-o menos hidrofílico. Nesta dissertação, visando ampliar os estudos envolvendo a aplicação desta estratégia metodológica e seus efeitos sobre a lipofilicidade, outros compostos foram selecionados para que uma faixa mais ampla de valores de LogPapp pudesse ser avaliada. Para tanto, os valores de logPapp de cinco compostos desta série foram determinados pelo método shake-flask, usando o sistema n-octanol/água, avaliando-se, ainda, os efeitos da força iônica na partição. Para estes, a faixa de valores de LogPapp determinados variou de -1,73 a 0,99. Para avaliar a aplicação do conceito do par iônico como estratégia, os valores de LogPapp destes compostos foram determinados na presença de diferentes concentrações do contraíon hidrofóbico n-octil sulfato de sódio (OcS). Verificou-se aumento da lipofilicidade com aumento das concentrações de OcS. Obteve-se, também, os correspondentes valores de LogPapp extrapolados para concentração zero de OcS (LogPapp0), que concordaram, dentro do erro experimental, com os valores determinados diretamente na ausência de OcS. Estes resultados indicam que o conceito do par iônico pode ser aplicado como estratégia metodológica, para melhorar as condições experimentais e diminuir as incertezas nas determinações de valores de LogPapp para esta série de brometos de amônio quaternários hidrofílicos. Finalmente, foram realizados experimentos complementares para verificar a formação de par iônico: (i) determinações dos valores de logP da benzamida (composto sem carga permanente) na presença de OcS; (ii) análise por RMN de um dos compostos desta série, na presença de OcS. Ambos indicaram que, somente para os brometos de amônio quaternários estudados, o aumento da lipofilicidade observado ocorre por possível formação de par iônico. E, ainda, foi avaliada a aplicação do conceito do par iônico e seus efeitos sobre a lipofilicidade do QX-222 e do brometo de neostigmina (compostos altamente hidrofílicos), revelando limitações na sua aplicação como estratégia metodológica. / Quantitative Structure-Activity Relationships (QSAR) models previously generated in our group for a set of N-benzyl-N,N-dimethyl-2-(4-X-benzamido)ethan-1-ammonium bromides (procaine structural analogs) showed a positive contribution of the lipophilic term (expressed by the partition coefficient, logPapp) to their neuromuscular blockage activity. However, since some of them are hydrophilic quaternary ammonium bromides, their logPapp measurements were usually associated with experimental shortcomings, leading to low accuracy logPapp values. In order to make these experiments more feasible, the application of the ion-pair concept was evaluated as a methodological strategy in another previous work, initially to one compound of this set. For this purpose, logPapp measurements have been done in the presence of a large and hydrophobic counter ion, leading to an increase of its lipophilicity, due to possible ion-pair formation. In the present work, in order to further investigate this strategy and its effects on the lipophilicity, we include more compounds, allowing the assessment of a wider range of logPapp values. Thus, logPapp values of five compounds were obtained by the shake-flask method, using n-octanol/water, with and without ionic strength adjustment. For them, logPapp range values were determined from -1.73 to 0.99. To evaluate the application of the ion-pair concept as strategy, logPapp values of these compounds were determined in the presence of eleven sodium octyl sulfate (OcS) concentrations. It was observed that the lipophilicity of these compounds, increased with the addition of OcS. Moreover, we obtained the corresponding logPapp values extrapolated to zero OcS concentration (logPapp0), which agreed, within the experimental error, with the corresponding values determined in absence of OcS. These results suggest that the ion-pair concept can be applied as a strategy to improve the experimental conditions, increasing the accuracy of logPapp measurements for this set of hydrophilic quaternary ammonium bromides. Finally, supplementary experiments were done to verify the ion-pair formation: (i) measurement of logP values of benzamide (not a permanent ion) in presence of OcS; (ii) NMR spectroscopy analysis of one compound of this set, also in presence of OcS. Both indicated that only for the studied quaternary ammonium bromides the lipophilicity increase is due to possible ion-pair formation. Additionally, the application of the ion-pair concept and its effects on the lipophilicity was evaluated for QX-222 and for neostigmine bromide (highly hydrophilic compounds), which revealed limitations in its application as a methodological strateg

Modelos de Relações Quantitativas entre Estrutura Química e Atividade Biológica (QSAR), previamente gerados no grupo para uma série de brometos de N-benzil-N,N-dimetil-2-(4-X-benzamido)etan-1-amônio substituídos (compostos estruturalmente análogos à procaína), mostraram uma contribuição positiva da lipofilicidade (expressa pelo parâmetro lipofílico, logPapp) para a atividade de bloqueio da transmissão neuromuscular observada para estes. Como os compostos desta série são sais de amônio quaternários, sendo alguns altamente hidrofílicos, as determinações dos seus valores de logPapp pelo método shake-flask acarretam dificuldades experimentais, levando a altas incertezas. Para contornar estas dificuldades, em outro trabalho iniciado no grupo, sugeriu-se, como estratégia metodológica, avaliar a aplicação do conceito do par iônico, usando, para tanto, um contraíon grande e hidrofóbico. Assim, observou-se, para um único composto desta série, o aumento da sua lipofilicidade, por possível formação de par iônico, tornando-o menos hidrofílico. Nesta dissertação, visando ampliar os estudos envolvendo a aplicação desta estratégia metodológica e seus efeitos sobre a lipofilicidade, outros compostos foram selecionados para que uma faixa mais ampla de valores de LogPapp pudesse ser avaliada. Para tanto, os valores de logPapp de cinco compostos desta série foram determinados pelo método shake-flask, usando o sistema n-octanol/água, avaliando-se, ainda, os efeitos da força iônica na partição. Para estes, a faixa de valores de LogPapp determinados variou de -1,73 a 0,99. Para avaliar a aplicação do conceito do par iônico como estratégia, os valores de LogPapp destes compostos foram determinados na presença de diferentes concentrações do contraíon hidrofóbico n-octil sulfato de sódio (OcS). Verificou-se aumento da lipofilicidade com aumento das concentrações de OcS. Obteve-se, também, os correspondentes valores de LogPapp extrapolados para concentração zero de OcS (LogPapp0), que concordaram, dentro do erro experimental, com os valores determinados diretamente na ausência de OcS. Estes resultados indicam que o conceito do par iônico pode ser aplicado como estratégia metodológica, para melhorar as condições experimentais e diminuir as incertezas nas determinações de valores de LogPapp para esta série de brometos de amônio quaternários hidrofílicos. Finalmente, foram realizados experimentos complementares para verificar a formação de par iônico: (i) determinações dos valores de logP da benzamida (composto sem carga permanente) na presença de OcS; (ii) análise por RMN de um dos compostos desta série, na presença de OcS. Ambos indicaram que, somente para os brometos de amônio quaternários estudados, o aumento da lipofilicidade observado ocorre por possível formação de par iônico. E, ainda, foi avaliada a aplicação do conceito do par iônico e seus efeitos sobre a lipofilicidade do QX-222 e do brometo de neostigmina (compostos altamente hidrofílicos), revelando limitações na sua aplicação como estratégia metodológica. / Quantitative Structure-Activity Relationships (QSAR) models previously generated in our group for a set of N-benzyl-N,N-dimethyl-2-(4-X-benzamido)ethan-1-ammonium bromides (procaine structural analogs) showed a positive contribution of the lipophilic term (expressed by the partition coefficient, logPapp) to their neuromuscular blockage activity. However, since some of them are hydrophilic quaternary ammonium bromides, their logPapp measurements were usually associated with experimental shortcomings, leading to low accuracy logPapp values. In order to make these experiments more feasible, the application of the ion-pair concept was evaluated as a methodological strategy in another previous work, initially to one compound of this set. For this purpose, logPapp measurements have been done in the presence of a large and hydrophobic counter ion, leading to an increase of its lipophilicity, due to possible ion-pair formation. In the present work, in order to further investigate this strategy and its effects on the lipophilicity, we include more compounds, allowing the assessment of a wider range of logPapp values. Thus, logPapp values of five compounds were obtained by the shake-flask method, using n-octanol/water, with and without ionic strength adjustment. For them, logPapp range values were determined from -1.73 to 0.99. To evaluate the application of the ion-pair concept as strategy, logPapp values of these compounds were determined in the presence of eleven sodium octyl sulfate (OcS) concentrations. It was observed that the lipophilicity of these compounds, increased with the addition of OcS. Moreover, we obtained the corresponding logPapp values extrapolated to zero OcS concentration (logPapp0), which agreed, within the experimental error, with the corresponding values determined in absence of OcS. These results suggest that the ion-pair concept can be applied as a strategy to improve the experimental conditions, increasing the accuracy of logPapp measurements for this set of hydrophilic quaternary ammonium bromides. Finally, supplementary experiments were done to verify the ion-pair formation: (i) measurement of logP values of benzamide (not a permanent ion) in presence of OcS; (ii) NMR spectroscopy analysis of one compound of this set, also in presence of OcS. Both indicated that only for the studied quaternary ammonium bromides the lipophilicity increase is due to possible ion-pair formation. Additionally, the application of the ion-pair concept and its effects on the lipophilicity was evaluated for QX-222 and for neostigmine bromide (highly hydrophilic compounds), which revealed limitations in its application as a methodological strateg

No presente trabalho, destinado a tese de doutorado, desenvolvemos um estudo da relação entre a estrutura química e atividade antimicrobiana de duas séries, a saber: Série I - quatorze cloretos N,N[(dimetilamino)etil]-benzoatos para-substituídos, onde R4 = H, CH3, C2H5, nC4H9, tC4H9, OCH3, nOC4H9, COCH3, Cl, CN, NO2, OC6H13, SO2Me, CF3 (compostos I.1 a I.14) e Série II - quatorze cloretos meta-substituídos onde R3 = H, -CH3, -OCH3, -OC2H5, -OC4H9, -F, -Cl, -Br, -I, -NO2, -CN, -CF3, -N(CH3)2, SO2CH3 (compostos II.1. a II.14). Os compostos haviam sido sintetizados anteriormente no grupo (Amaral et al, 1997; Sousa, 1997). Para as séries I e II, os valores do coeficiente de partição em n-octanol foram obtidos por cálculo (utilizando os programas CLOGP e ACD/LogP) bem como determinados experimentalmente pelo método CLAE e considerados parâmetros lipofílicos nos modelos de QSAR. Adicionalmente, para as séries I e II, os valores da posição da banda de absorção da carbonila na região do infravermelho bem como do deslocamento químico da carbonila no RMN 13C foram determinados sendo o primeiro considerado como parâmetro eletrônico nos modelos QSAR. E, ainda, para as séries I e II os valores de MR3 e de MR4 , relacionados à refratividade molar, foram obtidos da literatura e considerados nas análises QSAR . Para as séries I e II os valores de IC50 (concentração inibição 50% do crescimento) foram determinados contra, respectivamente, o fungo Saccharomyces cerevisiae (BY4741) e contra a bactéria Escherichia coli (DH5α) e considerados como parâmetros biológico nas análises QSAR. Para as séries I e II e para as séries I e II reunidas, foram gerados modelos QSAR e estes foram analisados visando avaliar a natureza e a contribuição de cada parâmetro estrutural para cada uma das atividades avaliadas. A aplicação do modelo linear resultou em modelos iestatisticamente significativos para as atividades contra o Saccharomyces cerevisiae (BY4741) e contra a Escherichia coli (DH5α) para a série I e para as séries I e II reunidas. A série II não gerou modelos lineares estatisticamente significativos. A aplicação dos modelos bilinear e parabólico foram verificadas não resultando em modelos estatisticamente significativos. Para a série I e para as séries I e II reunidas estudadas neste trabalho, as diferenças observadas nos modelos QSAR gerados para a inibição do crescimento de, respectivamente, S. cerevisiae (BY4741) e de E. coli (DH5α) podem ser, possivelmente, explicadas considerando-se as diferenças nas membranas externas de cada microorganismo. / In this PhD thesis work, we developed a quantitative structure relationship study for the antimicrobial activity of two series, namely: Series I fourteen para-substituted N,N- [(dimethylamino)ethyl)] benzoates chlorides, where R4 = -H, -CH3, -C2H5, -nC4H9, -tC4H9, -OCH3, - nOC4H9, -COCH3, -Cl, -CN, -NO2, -OC6H13, -SO2Me, -CF3 (compounds I.1 - I.14) and Series II - fourteen meta-substituted chlorides, where R3 = -H, -CH3, -OCH3, -OC2H5, -OC4H9, -F, -Cl, -Br, -I, -NO2, -CN, -CF3, -N(CH3)2, -SO2CH3 (compounds II.1. - II.14). These compounds had been previously synthesized in the group (Amaral et al, 1997; Sousa, 1997). For series I and II, the partition coefficient values in n-octanol were obtained by calculation (using the CLOGP and the ACD/LogP programs) and were obtained experimentally by HPLC method. These values were taken as lipophilic parameters in the QSAR analysis. In addition, for the series I and II, the carbonyl infrared absorption band values and 13C-NMR chemical shifts of carbonyl group were determined, being the former considered as electronic parameters in the QSAR analysis. Further, for the series I and II, the MR3 and MR4 values were taken from the literature and considered as molar refractivity related parameter in the QSAR analyses. For the series I and II, IC50 values (concentration inhibiting 50% growth) were determined against, respectively, Saccharomyces cerevisiae (BY4741) yeast and Escherichia coli (DH5α) bacteria and taken as biological parameters in the QSAR analysis. For the series I and II and for series I e II altogether, QSAR models were generated and analysed in order to determine the nature and the contribution of each structural parameter to the determined antimicrobial activities. The application of linear model resulted in statistically significant QSAR models for the activities evaluated against Saccharomyces cerevisiae (BY4741) and against Escherichia coli (DH5α) for series I and for series I and II taken altogether. No statistically significant linear models were obtained for series II. The application of bilinear and parabolic models was verified, resulting in no statistically significant models. For series I and series I e II altogether, the differences observed in the generated QSAR models for the inhibition, respectively, of Saccharomyces cerevisiae (BY4741) and of E. coli (DH5α) growth, can be, probably, explained considering the differences in the external membranes of each microorganism.

No presente trabalho, destinado a tese de doutorado, desenvolvemos um estudo da relação entre a estrutura química e atividade antimicrobiana de duas séries, a saber: Série I - quatorze cloretos N,N[(dimetilamino)etil]-benzoatos para-substituídos, onde R4 = H, CH3, C2H5, nC4H9, tC4H9, OCH3, nOC4H9, COCH3, Cl, CN, NO2, OC6H13, SO2Me, CF3 (compostos I.1 a I.14) e Série II - quatorze cloretos meta-substituídos onde R3 = H, -CH3, -OCH3, -OC2H5, -OC4H9, -F, -Cl, -Br, -I, -NO2, -CN, -CF3, -N(CH3)2, SO2CH3 (compostos II.1. a II.14). Os compostos haviam sido sintetizados anteriormente no grupo (Amaral et al, 1997; Sousa, 1997). Para as séries I e II, os valores do coeficiente de partição em n-octanol foram obtidos por cálculo (utilizando os programas CLOGP e ACD/LogP) bem como determinados experimentalmente pelo método CLAE e considerados parâmetros lipofílicos nos modelos de QSAR. Adicionalmente, para as séries I e II, os valores da posição da banda de absorção da carbonila na região do infravermelho bem como do deslocamento químico da carbonila no RMN 13C foram determinados sendo o primeiro considerado como parâmetro eletrônico nos modelos QSAR. E, ainda, para as séries I e II os valores de MR3 e de MR4 , relacionados à refratividade molar, foram obtidos da literatura e considerados nas análises QSAR . Para as séries I e II os valores de IC50 (concentração inibição 50% do crescimento) foram determinados contra, respectivamente, o fungo Saccharomyces cerevisiae (BY4741) e contra a bactéria Escherichia coli (DH5α) e considerados como parâmetros biológico nas análises QSAR. Para as séries I e II e para as séries I e II reunidas, foram gerados modelos QSAR e estes foram analisados visando avaliar a natureza e a contribuição de cada parâmetro estrutural para cada uma das atividades avaliadas. A aplicação do modelo linear resultou em modelos iestatisticamente significativos para as atividades contra o Saccharomyces cerevisiae (BY4741) e contra a Escherichia coli (DH5α) para a série I e para as séries I e II reunidas. A série II não gerou modelos lineares estatisticamente significativos. A aplicação dos modelos bilinear e parabólico foram verificadas não resultando em modelos estatisticamente significativos. Para a série I e para as séries I e II reunidas estudadas neste trabalho, as diferenças observadas nos modelos QSAR gerados para a inibição do crescimento de, respectivamente, S. cerevisiae (BY4741) e de E. coli (DH5α) podem ser, possivelmente, explicadas considerando-se as diferenças nas membranas externas de cada microorganismo. / In this PhD thesis work, we developed a quantitative structure relationship study for the antimicrobial activity of two series, namely: Series I fourteen para-substituted N,N- [(dimethylamino)ethyl)] benzoates chlorides, where R4 = -H, -CH3, -C2H5, -nC4H9, -tC4H9, -OCH3, - nOC4H9, -COCH3, -Cl, -CN, -NO2, -OC6H13, -SO2Me, -CF3 (compounds I.1 - I.14) and Series II - fourteen meta-substituted chlorides, where R3 = -H, -CH3, -OCH3, -OC2H5, -OC4H9, -F, -Cl, -Br, -I, -NO2, -CN, -CF3, -N(CH3)2, -SO2CH3 (compounds II.1. - II.14). These compounds had been previously synthesized in the group (Amaral et al, 1997; Sousa, 1997). For series I and II, the partition coefficient values in n-octanol were obtained by calculation (using the CLOGP and the ACD/LogP programs) and were obtained experimentally by HPLC method. These values were taken as lipophilic parameters in the QSAR analysis. In addition, for the series I and II, the carbonyl infrared absorption band values and 13C-NMR chemical shifts of carbonyl group were determined, being the former considered as electronic parameters in the QSAR analysis. Further, for the series I and II, the MR3 and MR4 values were taken from the literature and considered as molar refractivity related parameter in the QSAR analyses. For the series I and II, IC50 values (concentration inhibiting 50% growth) were determined against, respectively, Saccharomyces cerevisiae (BY4741) yeast and Escherichia coli (DH5α) bacteria and taken as biological parameters in the QSAR analysis. For the series I and II and for series I e II altogether, QSAR models were generated and analysed in order to determine the nature and the contribution of each structural parameter to the determined antimicrobial activities. The application of linear model resulted in statistically significant QSAR models for the activities evaluated against Saccharomyces cerevisiae (BY4741) and against Escherichia coli (DH5α) for series I and for series I and II taken altogether. No statistically significant linear models were obtained for series II. The application of bilinear and parabolic models was verified, resulting in no statistically significant models. For series I and series I e II altogether, the differences observed in the generated QSAR models for the inhibition, respectively, of Saccharomyces cerevisiae (BY4741) and of E. coli (DH5α) growth, can be, probably, explained considering the differences in the external membranes of each microorganism.