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The work described in this thesis is concerned with the development of a general synthetic approach to the tetracyclic diterpenoids aphidicolin 8 and stemodin 9. This novel class of diterpenoids has to date been represented by aphidicolin 8 and stemodin 9. Although these materials contain different substituents, they do possess remarkably similar carbon skeletons. This work began with the transformation of the Wieland-Miescher ketone 46, using a six-step sequence, into the bicyclic ketal ketone 45. The conversion of this material into the next key intermediate, the tricyclic ketal enone 44 was accomplished in two manners. The first approach made use of, as the key reaction, the internal Wittig-Horner cyclization of the β,Є-diketo phosphonate 108 to the desired enone 44 while the second proposal involved the aldol condensation of the bicyclic diketone 131 to the desired enone 44. This second pathway was initially explored by means of a model system. The β,Є -diketo phosphonate 108 was prepared in the following manner. Alkylation of the enolate of 45 with methyl iodoacetate gave the keto ester 105. Saponification of the ester 105 gave the acid 123 which was converted into the corresponding acyl chloride and treatment of this material with the anion of dimethyl methylphosphonate gave the desired β,Є -diketo phosphonate 108. The bicyclic diketone 131 was prepared as follows. Alkylation of the enolate of the bicyclic ketone 45 with methallyl iodide gave the keto olefin 130 and oxidative cleavage of the olefinic double bond in 130 using osmium tetraoxide and sodium meta-periodate gave the bicyclic diketone 131. The next phase of this work dealt with the construction of the tetracyclic ketones 55 and 60, possessing the basic tetracyclic carbon skeletons of aphidicolin 8 and stemodin 9 respectively. The proposed synthetic pathway to these materials is discussed but only partially realized during the scope of this work. The photochemically induced addition of allene to the enone 44 gave the photoadducts 56 and 57. The keto olefins 56 and 57 were transformed into the keto esters 59 and 133, obvious precursors to the tetracyclic ketones 55 and 60. / Science, Faculty of / Chemistry, Department of / Graduate

O presente trabalho aborda a transformação semi-sintética de afidicolina visando a criação de uma biblioteca de compostos para fins de ensaios de atividade sobre espécies de Leishmania spp. Recentemente, estudos demonstraram a alta atividade da afidicolina, um diterpeno tetracíclico produzido pelo fungo Nigrospora sphaerica, frente ao protozoário Leishmania major. Apesar do promissor potencial leishmanicida, a afidicolina apresenta propriedades físico-químicas e perfil farmacocinético inadequado para terapêutica. Considerando que abordagens semi-síntética são comuns na busca de novos protótipos para doenças negligenciadas e na otimização de propriedades farmacocinéticas, foram desenvolvidas metodologias diversas de transformação de grupo funcional, alquilação e acilação da afidicolina a fim de avaliar os requisitos estruturais para atividade leishmanicida. Um estudo preliminar computacional foi realizado para determinação de cargas atômicas e potencial eletrostático da afidicolina, que forneceu informações valiosas sobre a reatividade química desta molécula, úteis para o planejamento de futuras modificações envolvendo este protótipo. No total, foram sintetizados dez compostos, sendo sete inéditos, que foram testados contra espécies de L. major e L.braziliensis. A avaliação leishmanicida dos compostos sintetizados demonstrou seletividade do derivado do tipo oxima contra a espécie L. brasiliensis, epidemiologicamente importante no Brasil. A partir dos dados da avaliação biológica foi possível propor, de forma preliminar, requisitos estruturais para a atividade leishmanicida da afidicolina e de seus derivados semi-sintéticos. / his work presents the use of semisynthetic approach to create a library of compounds from the lead compound aphidicolin for biological assays against Leishmania spp. Recently, studies have shown high activity of aphidicolin, a secondary metabolite from the fungus Nigrospora sphaerica, against the protozoan Leishmania major. Despite the promising leishmanicidal potential, aphidicolin presents physico-chemical and pharmacokinetic profile unsuitable for therapy. As the semi-synthetic approach is widely used in the search for new prototypes for neglected diseases, new methodologies have been developed for functional group transformation, alkylation and acylation of aphidicolin. A preliminary computational study was conducted to determine the atomic charges and electrostatic potential of aphidicolin, which provided valuable information on the chemical reactivity of this molecule, useful for planning future changes involving this prototype. Ten compounds were synthesized; seven of them are unpublished, which have been tested against different species of the protozoa Leishmania spp. The preliminary evaluation of the synthesized compounds showed leishmanicidal selectivity of the compound oxime against L. brasiliensis specie, which has a notorious occurrence in Brazil. We have proposed a preliminary perspective of the structural requirements for the leishmanicidal activity of aphidicolin and its semisynthetic derivatives based on the biological essays.

O presente trabalho aborda a transformação semi-sintética de afidicolina visando a criação de uma biblioteca de compostos para fins de ensaios de atividade sobre espécies de Leishmania spp. Recentemente, estudos demonstraram a alta atividade da afidicolina, um diterpeno tetracíclico produzido pelo fungo Nigrospora sphaerica, frente ao protozoário Leishmania major. Apesar do promissor potencial leishmanicida, a afidicolina apresenta propriedades físico-químicas e perfil farmacocinético inadequado para terapêutica. Considerando que abordagens semi-síntética são comuns na busca de novos protótipos para doenças negligenciadas e na otimização de propriedades farmacocinéticas, foram desenvolvidas metodologias diversas de transformação de grupo funcional, alquilação e acilação da afidicolina a fim de avaliar os requisitos estruturais para atividade leishmanicida. Um estudo preliminar computacional foi realizado para determinação de cargas atômicas e potencial eletrostático da afidicolina, que forneceu informações valiosas sobre a reatividade química desta molécula, úteis para o planejamento de futuras modificações envolvendo este protótipo. No total, foram sintetizados dez compostos, sendo sete inéditos, que foram testados contra espécies de L. major e L.braziliensis. A avaliação leishmanicida dos compostos sintetizados demonstrou seletividade do derivado do tipo oxima contra a espécie L. brasiliensis, epidemiologicamente importante no Brasil. A partir dos dados da avaliação biológica foi possível propor, de forma preliminar, requisitos estruturais para a atividade leishmanicida da afidicolina e de seus derivados semi-sintéticos. / his work presents the use of semisynthetic approach to create a library of compounds from the lead compound aphidicolin for biological assays against Leishmania spp. Recently, studies have shown high activity of aphidicolin, a secondary metabolite from the fungus Nigrospora sphaerica, against the protozoan Leishmania major. Despite the promising leishmanicidal potential, aphidicolin presents physico-chemical and pharmacokinetic profile unsuitable for therapy. As the semi-synthetic approach is widely used in the search for new prototypes for neglected diseases, new methodologies have been developed for functional group transformation, alkylation and acylation of aphidicolin. A preliminary computational study was conducted to determine the atomic charges and electrostatic potential of aphidicolin, which provided valuable information on the chemical reactivity of this molecule, useful for planning future changes involving this prototype. Ten compounds were synthesized; seven of them are unpublished, which have been tested against different species of the protozoa Leishmania spp. The preliminary evaluation of the synthesized compounds showed leishmanicidal selectivity of the compound oxime against L. brasiliensis specie, which has a notorious occurrence in Brazil. We have proposed a preliminary perspective of the structural requirements for the leishmanicidal activity of aphidicolin and its semisynthetic derivatives based on the biological essays.

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Biotransformações são reações de compostos orgânicos realizadas por microrganismos, plantas ou enzimas isoladas. A transformação de um composto em particular pode ser realizada em grupos funcionais com ou sem degradação de seu esqueleto. Neste trabalho foram utilizados fungos endofíticos e de solo na biotransformação da lactona sesquiterpênica enidrina e do diterpeno afidicolina. A enidrina possui atividade antidiabética e anti-inflamatória. A afidicolina possui pronunciada atividade antitumoral, antiviral e leishmanicida. Foram realizados experimentos de biotransformação da enidrina e da afidicolina com os fungos endofíticos Penicillium crustosum VR4, Papulospora immersa SS13, Fusarium oxysorium SS50 e com o fungo de solo Rhizopus stolonifer. A biotransformação da enidrina com fungo endofítico Papulospora immersa SS13 levou à obtenção de um derivado di-hidroxilado, produzido pela abertura do epóxido presente no éster da cadeia lateral desta lactona sesquiterpênica. Este produto só havia sido previamente obtido na literatura por semi-síntese a partir da enidrina. Os experimentos de biotransformação da afidicolina não levaram ao isolamento e identificação de produtos. Reações semi-sintéticas com a afidicolina foram mais eficientes para a obtenção de derivados deste diterpeno. Foram obtidos cinco derivados semi-sintéticos da afidicolina: dois derivados mono-éteres de silício, um di-éter de silício, um derivado tetra-acetilado e um tri-acetilado. Ainda, na purificação dos produtos reacionais isolou-se o produto natural 3-desoxiafidicolina. Todos os derivados afidicolanos foram submetidos ao ensaio frente a Leishmania major. A afidicolina, a 3-desoxiafidicolina e a afidicolina tri-acetilada exibiram as atividades leishmanicidas mais significativas. Foram calculadas as lipofilicidades dos derivados afidicolanos. A maior atividade observada para o derivado tri-acetilado da afidicolina pode estar relacionada com sua maior capacidade de cruzar as membranas celulares. Este trabalho levou ao isolamento de um produto de biotransformação da enidrina e à identificação de novos derivados afidicolanos naturais e semi-sintéticos com atividade leishmanicida. / Biotransformations are reactions of organic compounds made by intact microbial cells, plant cells or enzymes isolated. The transformation of a particular compound can be carried out at functional groups, with or without degradation of the carbonic skeleton. In this work endophytic and soil fungal strains were applied for the biotransformation of the bioactive terpenes enhydrin (sesquiterpene lactone) and aphidicolin (diterpene). Enhydrin shows anti-diabetic and anti-inflammatory activity. Aphidicolin has been reported as an antiviral, antitumoral and leishmanicidal hit. The endophytes Penicillium crustosum VR4, Papulospora immersa SS13, Fusarium oxysporium SS50 and the soil fungus Rhizopus stolonifer have been screened for the biotransformation of enhydrin and aphidicolin. The biotransformation of enhydrin, catalyzed by the endophytic P. immersa SS13, led to the isolation of a dihydroxy-derivative, a product of the sesquiterpene lactone side chain epoxide opening. This product had only been obtained previously by chemical means. The biotransformation experiments using aphidicolin as substrate were not successful in the production of derivatives. The derivatives of aphidicolin were more efficiently prepared through semi-synthetic approaches. Five aphidicolin semi-synthetic derivatives were obtained: two silicon mono-silyl ether derivatives, one silicon bis-silyl ether derivative, one tetra-acetylated derivative and one triacetylated derivative. During the purification of synthetic mixtures, the natural product 3-deoxyaphidicolin was also isolated. All the aphidicolane derivatives have been assayed against Leishmania major. Aphidicolin, 3-deoxyaphidicolin and triacetylated aphidicolin showed the higher leishmanicidal activities. The lipophilicities of aphidicolane derivatives were calculated. The higher activity presented by the triacetylated aphidicolin may be due to its higher ability to cross the cell membranes. This work led to the isolation of one biotransformation product of enhydrin and to the identification of new natural and semi-synthetic leishmanicidal aphidicolanes.

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Biotransformações são reações de compostos orgânicos realizadas por microrganismos, plantas ou enzimas isoladas. A transformação de um composto em particular pode ser realizada em grupos funcionais com ou sem degradação de seu esqueleto. Neste trabalho foram utilizados fungos endofíticos e de solo na biotransformação da lactona sesquiterpênica enidrina e do diterpeno afidicolina. A enidrina possui atividade antidiabética e anti-inflamatória. A afidicolina possui pronunciada atividade antitumoral, antiviral e leishmanicida. Foram realizados experimentos de biotransformação da enidrina e da afidicolina com os fungos endofíticos Penicillium crustosum VR4, Papulospora immersa SS13, Fusarium oxysorium SS50 e com o fungo de solo Rhizopus stolonifer. A biotransformação da enidrina com fungo endofítico Papulospora immersa SS13 levou à obtenção de um derivado di-hidroxilado, produzido pela abertura do epóxido presente no éster da cadeia lateral desta lactona sesquiterpênica. Este produto só havia sido previamente obtido na literatura por semi-síntese a partir da enidrina. Os experimentos de biotransformação da afidicolina não levaram ao isolamento e identificação de produtos. Reações semi-sintéticas com a afidicolina foram mais eficientes para a obtenção de derivados deste diterpeno. Foram obtidos cinco derivados semi-sintéticos da afidicolina: dois derivados mono-éteres de silício, um di-éter de silício, um derivado tetra-acetilado e um tri-acetilado. Ainda, na purificação dos produtos reacionais isolou-se o produto natural 3-desoxiafidicolina. Todos os derivados afidicolanos foram submetidos ao ensaio frente a Leishmania major. A afidicolina, a 3-desoxiafidicolina e a afidicolina tri-acetilada exibiram as atividades leishmanicidas mais significativas. Foram calculadas as lipofilicidades dos derivados afidicolanos. A maior atividade observada para o derivado tri-acetilado da afidicolina pode estar relacionada com sua maior capacidade de cruzar as membranas celulares. Este trabalho levou ao isolamento de um produto de biotransformação da enidrina e à identificação de novos derivados afidicolanos naturais e semi-sintéticos com atividade leishmanicida. / Biotransformations are reactions of organic compounds made by intact microbial cells, plant cells or enzymes isolated. The transformation of a particular compound can be carried out at functional groups, with or without degradation of the carbonic skeleton. In this work endophytic and soil fungal strains were applied for the biotransformation of the bioactive terpenes enhydrin (sesquiterpene lactone) and aphidicolin (diterpene). Enhydrin shows anti-diabetic and anti-inflammatory activity. Aphidicolin has been reported as an antiviral, antitumoral and leishmanicidal hit. The endophytes Penicillium crustosum VR4, Papulospora immersa SS13, Fusarium oxysporium SS50 and the soil fungus Rhizopus stolonifer have been screened for the biotransformation of enhydrin and aphidicolin. The biotransformation of enhydrin, catalyzed by the endophytic P. immersa SS13, led to the isolation of a dihydroxy-derivative, a product of the sesquiterpene lactone side chain epoxide opening. This product had only been obtained previously by chemical means. The biotransformation experiments using aphidicolin as substrate were not successful in the production of derivatives. The derivatives of aphidicolin were more efficiently prepared through semi-synthetic approaches. Five aphidicolin semi-synthetic derivatives were obtained: two silicon mono-silyl ether derivatives, one silicon bis-silyl ether derivative, one tetra-acetylated derivative and one triacetylated derivative. During the purification of synthetic mixtures, the natural product 3-deoxyaphidicolin was also isolated. All the aphidicolane derivatives have been assayed against Leishmania major. Aphidicolin, 3-deoxyaphidicolin and triacetylated aphidicolin showed the higher leishmanicidal activities. The lipophilicities of aphidicolane derivatives were calculated. The higher activity presented by the triacetylated aphidicolin may be due to its higher ability to cross the cell membranes. This work led to the isolation of one biotransformation product of enhydrin and to the identification of new natural and semi-synthetic leishmanicidal aphidicolanes.

Giardia intestinalis is a protozoan causing diarrhea worldwide. Beside its medical importance, it is evolutionary distant protist with two nuclei within a cell adapted for parasitic life in the environment poor of oxygen. Its genome is small and compact in term of gene content and size. It is therefore an attractive model organism for studies of minimal requirements for cellular processes. Present work brings new partial information on different levels of chromosome integrity maintenance of this parasite. Our study presents characteristics of chromosome termini and their protection. We localized telomeres during all stages of the trophozoite cell cycle and determined the length of Giardia telomeres ranging from 0.5 to 2.5 kb, we proved an existence of an active telomerase enzyme synthesizing telomeric repeats in in this parasite, despite the fact that giardial telomerase is structurally divergent. Present data support the view that the chromosomal termini in Giardia are maintained in a conservative manner that is common to other eukaryotes. We described effects of commonly used drug for treatment of anaerobic infections, metronidazole, on DNA and cell cycle progression in susceptible and resistant cell lines. Incubation of cells with this drug causes phosphorylation of histone H2A in cell nuclei...

O presente trabalho trata da semissíntese de análogos de importantes compostos líderes (afidicolina, lausona, lapachol e CAPE) utilizando técnicas de química medicinal como bioisosterismo, adição de grupamento funcional e simplificação molecular. Dessa forma foi possível obter uma biblioteca de análogos racionais, visando a manipulação de parâmetros físico-químicos e estruturais, para fins de bioprospecção. Foram desenvolvidos derivados de afidicolina mais lipofílicos, por meio da acilação das hidroxilas presentes na estrutura química deste terpeno. Tentativas de formação de bioisósteros, sais e de ésteres fosfato das hidroxinaftoquinonas naturais - lapachol e lausona, foram realizadas visando avaliar a influência do pKa sobre a atividade deste tipo de moléculas, bem como aumentar hidrossolubilidade. Neste caso, foram observadas reações paralelas, como um rearranjo molecular para a formação de aminonaftoquinonas, no estudo da cicloadição de azida de sódio com grupos cianos. Ademais, foi estudado o efeito da simplificação molecular de CAPE (fenetil éster do ácido cafeico), visando entender os requisitos estruturais de atividade antitumoral desta classe de compostos. Neste trabalho, foram obtidas 14 moléculas e testadas para diferentes atividades biológicas. Derivados naftoquinoidais se mostraram ativos frente à inibição de DHODH em ensaio sobre a enzima e também em ensaio celular. Adicionalmente, análogos simplificados do CAPE apresentaram alta atividade antitumoral, com segurança, em comparação ao controle 5-fluorouracila. / The present study aimed the semi-synthesis of analogues from important lead compounds (aphidicolin, lausone, lapachol and CAPE) by using medicinal chemistry strategies, such as bioisosterism, addition of functional groups and molecular simplification. Thus, we obtained a library of rational analogues, aiming the manipulation of physicochemical and structural parameters with bioprospecting purposes. We developed more lipophilic aphidicolin derivatives by acylation of the hydroxyl groups present in the structure of this terpene. Attempts towards the development of phosphate salts bioisosters from the hydroxinaftoquinones lapachol and lausone in order to evaluate the influence the pKa in the biological activity of these class compounds as well as to increase the water solubility. In this last case, we observed parallel reactions, as a molecular rearrangement for the formation of the aminonaftoquinones during the study of cycloaddition with cyanides and azides. In addition, we studied the effects of molecular simplification of CAPE (caffeic acid phenethyl ester), to better understand the structural requirements for antitumoral activity of this class of compounds. In the present work we obtained 14 molecules which were also tested for different biological activities. Naftoquinoidais derivatives showed inhibition activity on enzymatic essay on DHODH and on cellular essay. Moreover, simplified molecules from CAPE showed high antitumoral activity and safety in comparison to the control 5- fluorouracil.