O primeiro capítulo desta tese é dedicado aos estudos que visaram à aplicação da biocatálise na síntese de γ-butirolactonas quirais. Inicialmente investigou-se a preparação de fenilseleno-γ-butirolactonas quirais, através da resolução cinética enzimática dos fenilseleno-γ-hidróxi ésteres correspondentes. Através desta estratégia, ambos os enantiômeros da fenilseleno-γ-butirolactona foram preparados em excessos enantioméricos razoáveis. Ainda no primeiro capítulo é demonstrado o potencial sintético do (R)-3-(5-oxotetraidro-2-furanil)-propanoato de benzila, obtido através de uma enantiolactonização catalisada por PPL na etapa chave. Este intermediário quiral foi utilizado com sucesso na síntese enantiosseletiva da (R)- e da (S)-y-jasmolactona, aromatizantes de interesse industrial, além de ambos enantiômeros da (7Z)-7,15-hexadecadien-4-oIida, feromônio sexual da \"Yellowish Elongate Chafer, Heptophy/a picea\" . A segunda parte deste trabalho foi efetuada na Universidade da Califórnia, EUA, sob a orientação do professor Bruce H. Lipshutz, durante o período de novembro de 2003 a outubro de 2004. Dois novos reagentes foram desenvolvidos e aplicados com sucesso na preparação estereosseletiva de polienos conjugados com estrutura análoga a da vitamina A . / The first chapter of this thesis is dedicated to the studies on the application of biocatalysis in the synthesis of chiral γ-butyrolactones. We started investigating the preparation of phenylselanyl-γ-butyrolactones through the kinetic enzymatic resolution of the corresponding phenylselanyl-γ-hydroxyesters. By using this strategy both enantiomers of phenylselanyl-γ-butyrolactone were prepared in reasonable enantiomeric excesses . In the first chapter is also demonstrated the synthetic potential of benzyl 3[(R)-tetrahydro-5-oxofuran-2-yl] propanoate, obtained through a PPL catalyzed enantiolactonization in the key step. This chiral intermediate was successfully applied in the enantioselective synthesis of (R)- and (S)-γ-jasmolactone, flavors that find industrial use, and both enantiomers of (7Z)-7,15-hexadecadien-4-olide, the sex pheromone of Yellowish Elongate Chafer, Heptophy/a picea. The second part of this work was carried out at University of California, USA, between November 2003 and October 2004, under supervision of Professor Bruce H. Lipshutz. Two new reagents were developed and successfully applied in the stereoselective synthesis of conjugated polienes analogs to vitamin A .

O primeiro capítulo desta tese é dedicado aos estudos que visaram à aplicação da biocatálise na síntese de γ-butirolactonas quirais. Inicialmente investigou-se a preparação de fenilseleno-γ-butirolactonas quirais, através da resolução cinética enzimática dos fenilseleno-γ-hidróxi ésteres correspondentes. Através desta estratégia, ambos os enantiômeros da fenilseleno-γ-butirolactona foram preparados em excessos enantioméricos razoáveis. Ainda no primeiro capítulo é demonstrado o potencial sintético do (R)-3-(5-oxotetraidro-2-furanil)-propanoato de benzila, obtido através de uma enantiolactonização catalisada por PPL na etapa chave. Este intermediário quiral foi utilizado com sucesso na síntese enantiosseletiva da (R)- e da (S)-y-jasmolactona, aromatizantes de interesse industrial, além de ambos enantiômeros da (7Z)-7,15-hexadecadien-4-oIida, feromônio sexual da \"Yellowish Elongate Chafer, Heptophy/a picea\" . A segunda parte deste trabalho foi efetuada na Universidade da Califórnia, EUA, sob a orientação do professor Bruce H. Lipshutz, durante o período de novembro de 2003 a outubro de 2004. Dois novos reagentes foram desenvolvidos e aplicados com sucesso na preparação estereosseletiva de polienos conjugados com estrutura análoga a da vitamina A . / The first chapter of this thesis is dedicated to the studies on the application of biocatalysis in the synthesis of chiral γ-butyrolactones. We started investigating the preparation of phenylselanyl-γ-butyrolactones through the kinetic enzymatic resolution of the corresponding phenylselanyl-γ-hydroxyesters. By using this strategy both enantiomers of phenylselanyl-γ-butyrolactone were prepared in reasonable enantiomeric excesses . In the first chapter is also demonstrated the synthetic potential of benzyl 3[(R)-tetrahydro-5-oxofuran-2-yl] propanoate, obtained through a PPL catalyzed enantiolactonization in the key step. This chiral intermediate was successfully applied in the enantioselective synthesis of (R)- and (S)-γ-jasmolactone, flavors that find industrial use, and both enantiomers of (7Z)-7,15-hexadecadien-4-olide, the sex pheromone of Yellowish Elongate Chafer, Heptophy/a picea. The second part of this work was carried out at University of California, USA, between November 2003 and October 2004, under supervision of Professor Bruce H. Lipshutz. Two new reagents were developed and successfully applied in the stereoselective synthesis of conjugated polienes analogs to vitamin A .

Streptomycetes são bactérias filamentosas Gram-positivas bastante conhecidas pela capacidade de produzir uma grande variedade de metabólitos secundários e substâncias biologicamente ativas. Essas atividades são controladas por alguns compostos de baixo peso molecular, denominados butirolactonas autoreguladoras. A maioria desses compostos com propriedades autoreguladoras possuem como característica estrutural comum a presença de um esqueleto g-butirolactônico 2,3-dissubstituído, mas mostram pequenas diferenças estruturais na cadeia lateral. Essas moléculas, cujas estruturas são mostradas abaixo, são classificadas nos tipos: virginiae butanolidas (VB) A-E, fatores de Gräfe, butanolida IM-2, o fator-I e o fator-A. Neste trabalho foram desenvolvidos estudos visando testar um novo caminho sintético para a obtenção de análogos do fator-A e, através da redução enantiosseletiva da carbonila da cadeia lateral dos compostos obtidos, seria possível sintetizar também as outras butirolactonas autoreguladoras. Inicialmente, o intermediário necessário para a síntese dos compostos desejados foi preparado através de uma reação de transesterificação, a qual foi amplamente estudada. Em seguida, uma reação de ciclização intramolecular deste intermediário daria origem aos análogos do fator-A de interesse. Entretanto, após várias tentativas empregando diferentes condições reacionais, não foi possível obter tais compostos. Com intuito de explicar e confirmar os resultados experimentais obtidos realizou-se cálculos teóricos que possibilitaram concluir este estudo de maneira apropriada. Outras duas abordagens sintéticas para a preparação de análogos do fator-A foram também desenvolvidas e testadas. No entanto, apresentaram dificuldades no decorrer da execução e, consequentemente, não forneceram resultados promissores. Então, um novo estudo de reações químicas, baseado em um método de síntese de butirolactonas através de uma reação intermolecular, foi desenvolvido. Esta nova estratégia sintética possibilitaria a obtenção de análogos do fator-A em apenas 3 etapas, constituindo-se de uma reação de abertura de um anel oxirano, seguida de uma reação de ozonólise e de uma redução seletiva de um grupo aldeído. Os diferentes substituintes presentes nos epóxidos testados apresentaram efeitos bastante distintos, os quais foram mais bem entendidos com o auxílio de cálculos teóricos. A obtenção, com 52% de rendimento, da butirolactona desejada, um produto intermediário contendo uma olefina terminal em uma das cadeias laterais, demonstra o sucesso desta nova estratégia sintética. Entretanto, com os reagentes utilizados até o momento, a reação de ozonólise que forneceria o aldeído desejado não apresentou resultados satisfatórios. Provavelmente, a dificuldade encontrada nesta etapa está relacionada com a volatilidade, a solubilidade em água e/ou a degradação do aldeído formado, tornando difícil o seu isolamento. No entanto, como esse tipo de reação já foi descrito com sucesso na literatura empregando-se K2OsO4, N-óxido de N-metilmorfolina (NMO) e NaIO4 como reagentes da reação de clivagem da dupla ligação olefínica, temos a convicção de que o nosso objetivo será alcançado em breve com as modificações das condições reacionais e/ou dos reagentes necessários para efetuar com sucesso essa última etapa. / Streptomycetes are Gram-positive filamentous bacteria well known for the ability to produce a wide variety of secondary metabolites and biologically active substances. These activities are controlled by low-molecular-weight compounds called butyrolactone autoregulators. The greater number of these compounds with autoregulators properties have as common characteristic a 2,3-disubstituted-g-butyrolactone sketeton, but show minor structural differences in the side chain. These molecules, whose structures are shown below, are classified following the types: virginiae butanolides (VB) A-E, Gräfe\'s factors, IM-2 butanolide, I-factor and A-factor. In this work, studies were developed with aim to test a new synthetic pathway to obtain A-factor analogous, which by enantioselective reduction of the carbonyl group of the side chain can be converted into others butyrolactone autoregulators. First of all, the necessary intermediary for the synthesis of the desired compounds was prepared by a transesterification reaction, which was widely studied. After that, an intramolecular cyclization reaction of this intermediary could to produce the A-factor analogous. However, after several attempts employing different reactional conditions, the desired compounds were not obtained. Theoretical calculation was realized as an attempt to explain the experimental results obtained and should possible to conclude this study adequately. Two other two synthetic approaches for the preparation A-factor analogous were developed and tested, but the results were not good enough. Thus, a new study based on a method of intermolecular synthesis of butyrolactones was developed. This new synthetic strategy would allow to obtain the A-factor in only 3 steps: a reaction of oxirane ring opening, followed by an ozonolysis reaction and a selective reduction of an aldehyde group. The different groups present in the epoxides tested showed different effects, which were better understood with the aid of theoretical calculation. The attainment of the desired butyrolactone with 52% yield, a product containing a terminal olefin, confirm the success of this new synthetic strategy. However, up to this moment, the ozonolysis reaction was not giving good results. The difficulty for this step is probably associated with the volatileness, the high solubility in water and/or the degradation of the aldehyde formed, making difficult its isolation. However, as this type of reaction is already reported in the literature employing the reagents K2OsO4, N-methylmorpholine N-oxide (NMO) and NaIO4 to cleave the terminal double, we have the conviction that our aim could be accomplished with modifications on the reactional conditions and/or of the reagents which are necessary to realize with success this final step.

Bactérias do gênero Streptomyces produzem diversos tipos de butirolactonas, cujos exemplos importantes são o cyclophostin, os compostos da família cyclipostin e as -butirolactonas autorreguladoras. O cyclophostin é um potente inibidor da enzima acetilcolinesterase, os compostos da família cyclipostin são inibidores de lipases, enquanto que as -butirolactonas autorreguladoras estimulam a produção de antibióticos em culturas de bactérias do gênero Streptomyces. Neste trabalho foram realizados estudos para a obtenção de derivados do cyclophostin e de derivados das -butirolactonas autorreguladoras. Para isso foram propostos dois planejamentos sintéticos mostrados nos esquemas 8 e 10 (Seção: III. Planejamento Sintético). Os estudos realizados de acordo com o planejamento sintético mostrado no esquema 8 tiveram como etapa chave uma reação de Barbier entre a butenolida 43, diversos aldeídos e um metal (zinco ou índio), em meio aquoso. Apesar dessa reação ser bem conhecida, em nenhum dos testes realizados foram obtidos os compostos de interesse, sendo que o principal produto obtido foi o composto 56, proveniente da redução da butenolida 43. Diante disso, foi proposta uma explicação para esses resultados com foco em possíveis mecanismos para a reação de Barbier, comparando com substratos similares a butenolida 43 que foram utilizados com sucesso na reação de Barbier. Os estudos realizados de acordo com o planejamento sintético mostrado no esquema 10 forneceram resultados satisfatórios. A reação entre o monóxido de butadieno e diferentes -cetoésteres possibilitou a obtenção de -butirolactonas 2,3-dissubstituídas na forma de um único diastereoisômero e -butirolactonas 2,4-dissubstituídas na forma de mistura de diastereoisômeros (mostradas na Tabela 7). Através das análises de NOEDiff-RMN, juntamente com dados da literatura e cálculos computacionais das constantes de acoplamento, foi possível determinar a configuração relativa dos grupos substituintes das -butirolactonas 2,3-dissubstituídas como sendo trans. Com três -butirolactonas 2,3-dissubstituídas foram realizadas reações de ozonólise, com clivagem redutiva do ozonídeo por boro-hidreto de sódio, fornecendo três compostos na forma de misturas de diastereoisômeros com estruturas análogas ao IM-2 e às virginiae butanolidas (mostrados na Tabela 8). Com a -butirolactona 54a foi realizada a formação do enol-fosfato 55a, utilizando dietil-clorofosfato como agente de fosforilação (reação mostrada no Esquema 23). Com este composto foram realizadas reações de ozonólise, utilizando boro-hidreto de sódio ou sulfeto de dimetila para a clivagem do ozonídeo, porém em nenhuma dessas tentativas foram obtidos resultados satisfatórios (reação mostrada no Esquema 24). Outras tentativas foram realizadas com intuito de obter derivados do cyclophostin utilizando outros materiais de partidas, porém todas as tentativas falharam, seja na etapa de ozonólise ou na etapa de ciclização para a formação do esqueleto de enol-fosfato cíclico presente no cyclophostin. Apesar dos resultados insatisfatórios descritos acima, alguns intermediários obtidos foram submetidos a um ensaio biológico em que foi monitorada a produção do antibiótico nigericina em culturas de actinobactérias do gênero Streptomyces. Nesse ensaio biológico foram obtidos resultados satisfatórios, sendo que alguns compostos estimularam a produção do antibiótico nigericina, outros inibiram e outros não mostraram efeitos significativos, indicando a existência de uma relação estrutura-atividade dos compostos testados. / Bacteria of the genus Streptomyces produce many kinds of butyrolactones; e.g., cyclophostin, compounds belonging to the cyclipostin family, and -butyrolactones autoregulators. Cyclophostin is a potent inhibitor of the enzyme acetylcholinesterase, the compounds of the cyclipostin family inhibit lipases, and -butyrolactones autoregulators stimulate antibiotics production in bacterial cultures of the genus Streptomyces. This work aimed to obtain cyclophostin derivatives and -butyrolactones autoregulators derivatives via two proposed synthesis designs as illustrated in schemes 8 and 10 (Section: III. Synthetic Planning). The key step in the design shown in scheme 8 consisted of a Barbier reaction between butenolide 43, several aldehydes, and a metal (zinc or indium), in aqueous medium. Although this reaction has long been known, the tests performed here did not afford any of the target compounds. The main product was compound 56, arising from the reduction of butenolide 43. An explanation for the results was proposed on the basis of possible mechanisms for the Barbier reaction and of comparison with similar compounds of butenolide 43, which have been successfully used in the Barbier reaction. Studies carried out according to the synthesis design presented in scheme 10 provided satisfactory results. The reaction between butadiene monoxide and various -ketoesters furnished 2,3-disubstituted--butyrolactones as a single diastereoisomer and 2,4-disubstituted--butyrolactones as a mixture of diastereoisomers (shown in Table 7). NOEDiff-NMR analysis together with literature data and computer calculations of coupling constants helped to determine the relative configuration of the 2,3-disubstituted--butyrolactones substituent groups as trans. Three 2,3-disubstituted--butyrolactones ozonolysis reactions were conducted by reductive cleavage of the ozonide with sodium borohydride, which afforded three compounds as diastereoisomers mixtures bearing structures analogous to those of IM-2 and virginiae butanolides (shown in Table 8). Reaction of -butyrolactone 54a with diethyl chlorophosphate as phosphorylating agent produced the enol-phosphate 55a (reaction shown in Scheme 23). Ozonolysis reactions of this compound using sodium borohydride or dimethyl sulfide to cleave the ozonide did not provide satisfactory results (reaction shown in Scheme 24). Other attempts to achieve cyclophostin derivatives using different starting materials failed during the ozonolysis step or the cyclization to form the cyclic enol-phosphate skeleton present in cyclophostin. Despite the poor results described above, some of the intermediates were submitted to a biological assay to monitor production of the antibiotic nigericin in Streptomyces actinomycetes cultures. Some of the tested compounds stimulated, others inhibited, and others did not affect nigericin production, indicating existence of a structure-activity relationship.

Streptomycetes são bactérias filamentosas Gram-positivas bastante conhecidas pela capacidade de produzir uma grande variedade de metabólitos secundários e substâncias biologicamente ativas. Essas atividades são controladas por alguns compostos de baixo peso molecular, denominados butirolactonas autoreguladoras. A maioria desses compostos com propriedades autoreguladoras possuem como característica estrutural comum a presença de um esqueleto g-butirolactônico 2,3-dissubstituído, mas mostram pequenas diferenças estruturais na cadeia lateral. Essas moléculas, cujas estruturas são mostradas abaixo, são classificadas nos tipos: virginiae butanolidas (VB) A-E, fatores de Gräfe, butanolida IM-2, o fator-I e o fator-A. Neste trabalho foram desenvolvidos estudos visando testar um novo caminho sintético para a obtenção de análogos do fator-A e, através da redução enantiosseletiva da carbonila da cadeia lateral dos compostos obtidos, seria possível sintetizar também as outras butirolactonas autoreguladoras. Inicialmente, o intermediário necessário para a síntese dos compostos desejados foi preparado através de uma reação de transesterificação, a qual foi amplamente estudada. Em seguida, uma reação de ciclização intramolecular deste intermediário daria origem aos análogos do fator-A de interesse. Entretanto, após várias tentativas empregando diferentes condições reacionais, não foi possível obter tais compostos. Com intuito de explicar e confirmar os resultados experimentais obtidos realizou-se cálculos teóricos que possibilitaram concluir este estudo de maneira apropriada. Outras duas abordagens sintéticas para a preparação de análogos do fator-A foram também desenvolvidas e testadas. No entanto, apresentaram dificuldades no decorrer da execução e, consequentemente, não forneceram resultados promissores. Então, um novo estudo de reações químicas, baseado em um método de síntese de butirolactonas através de uma reação intermolecular, foi desenvolvido. Esta nova estratégia sintética possibilitaria a obtenção de análogos do fator-A em apenas 3 etapas, constituindo-se de uma reação de abertura de um anel oxirano, seguida de uma reação de ozonólise e de uma redução seletiva de um grupo aldeído. Os diferentes substituintes presentes nos epóxidos testados apresentaram efeitos bastante distintos, os quais foram mais bem entendidos com o auxílio de cálculos teóricos. A obtenção, com 52% de rendimento, da butirolactona desejada, um produto intermediário contendo uma olefina terminal em uma das cadeias laterais, demonstra o sucesso desta nova estratégia sintética. Entretanto, com os reagentes utilizados até o momento, a reação de ozonólise que forneceria o aldeído desejado não apresentou resultados satisfatórios. Provavelmente, a dificuldade encontrada nesta etapa está relacionada com a volatilidade, a solubilidade em água e/ou a degradação do aldeído formado, tornando difícil o seu isolamento. No entanto, como esse tipo de reação já foi descrito com sucesso na literatura empregando-se K2OsO4, N-óxido de N-metilmorfolina (NMO) e NaIO4 como reagentes da reação de clivagem da dupla ligação olefínica, temos a convicção de que o nosso objetivo será alcançado em breve com as modificações das condições reacionais e/ou dos reagentes necessários para efetuar com sucesso essa última etapa. / Streptomycetes are Gram-positive filamentous bacteria well known for the ability to produce a wide variety of secondary metabolites and biologically active substances. These activities are controlled by low-molecular-weight compounds called butyrolactone autoregulators. The greater number of these compounds with autoregulators properties have as common characteristic a 2,3-disubstituted-g-butyrolactone sketeton, but show minor structural differences in the side chain. These molecules, whose structures are shown below, are classified following the types: virginiae butanolides (VB) A-E, Gräfe\'s factors, IM-2 butanolide, I-factor and A-factor. In this work, studies were developed with aim to test a new synthetic pathway to obtain A-factor analogous, which by enantioselective reduction of the carbonyl group of the side chain can be converted into others butyrolactone autoregulators. First of all, the necessary intermediary for the synthesis of the desired compounds was prepared by a transesterification reaction, which was widely studied. After that, an intramolecular cyclization reaction of this intermediary could to produce the A-factor analogous. However, after several attempts employing different reactional conditions, the desired compounds were not obtained. Theoretical calculation was realized as an attempt to explain the experimental results obtained and should possible to conclude this study adequately. Two other two synthetic approaches for the preparation A-factor analogous were developed and tested, but the results were not good enough. Thus, a new study based on a method of intermolecular synthesis of butyrolactones was developed. This new synthetic strategy would allow to obtain the A-factor in only 3 steps: a reaction of oxirane ring opening, followed by an ozonolysis reaction and a selective reduction of an aldehyde group. The different groups present in the epoxides tested showed different effects, which were better understood with the aid of theoretical calculation. The attainment of the desired butyrolactone with 52% yield, a product containing a terminal olefin, confirm the success of this new synthetic strategy. However, up to this moment, the ozonolysis reaction was not giving good results. The difficulty for this step is probably associated with the volatileness, the high solubility in water and/or the degradation of the aldehyde formed, making difficult its isolation. However, as this type of reaction is already reported in the literature employing the reagents K2OsO4, N-methylmorpholine N-oxide (NMO) and NaIO4 to cleave the terminal double, we have the conviction that our aim could be accomplished with modifications on the reactional conditions and/or of the reagents which are necessary to realize with success this final step.

Bactérias do gênero Streptomyces produzem diversos tipos de butirolactonas, cujos exemplos importantes são o cyclophostin, os compostos da família cyclipostin e as -butirolactonas autorreguladoras. O cyclophostin é um potente inibidor da enzima acetilcolinesterase, os compostos da família cyclipostin são inibidores de lipases, enquanto que as -butirolactonas autorreguladoras estimulam a produção de antibióticos em culturas de bactérias do gênero Streptomyces. Neste trabalho foram realizados estudos para a obtenção de derivados do cyclophostin e de derivados das -butirolactonas autorreguladoras. Para isso foram propostos dois planejamentos sintéticos mostrados nos esquemas 8 e 10 (Seção: III. Planejamento Sintético). Os estudos realizados de acordo com o planejamento sintético mostrado no esquema 8 tiveram como etapa chave uma reação de Barbier entre a butenolida 43, diversos aldeídos e um metal (zinco ou índio), em meio aquoso. Apesar dessa reação ser bem conhecida, em nenhum dos testes realizados foram obtidos os compostos de interesse, sendo que o principal produto obtido foi o composto 56, proveniente da redução da butenolida 43. Diante disso, foi proposta uma explicação para esses resultados com foco em possíveis mecanismos para a reação de Barbier, comparando com substratos similares a butenolida 43 que foram utilizados com sucesso na reação de Barbier. Os estudos realizados de acordo com o planejamento sintético mostrado no esquema 10 forneceram resultados satisfatórios. A reação entre o monóxido de butadieno e diferentes -cetoésteres possibilitou a obtenção de -butirolactonas 2,3-dissubstituídas na forma de um único diastereoisômero e -butirolactonas 2,4-dissubstituídas na forma de mistura de diastereoisômeros (mostradas na Tabela 7). Através das análises de NOEDiff-RMN, juntamente com dados da literatura e cálculos computacionais das constantes de acoplamento, foi possível determinar a configuração relativa dos grupos substituintes das -butirolactonas 2,3-dissubstituídas como sendo trans. Com três -butirolactonas 2,3-dissubstituídas foram realizadas reações de ozonólise, com clivagem redutiva do ozonídeo por boro-hidreto de sódio, fornecendo três compostos na forma de misturas de diastereoisômeros com estruturas análogas ao IM-2 e às virginiae butanolidas (mostrados na Tabela 8). Com a -butirolactona 54a foi realizada a formação do enol-fosfato 55a, utilizando dietil-clorofosfato como agente de fosforilação (reação mostrada no Esquema 23). Com este composto foram realizadas reações de ozonólise, utilizando boro-hidreto de sódio ou sulfeto de dimetila para a clivagem do ozonídeo, porém em nenhuma dessas tentativas foram obtidos resultados satisfatórios (reação mostrada no Esquema 24). Outras tentativas foram realizadas com intuito de obter derivados do cyclophostin utilizando outros materiais de partidas, porém todas as tentativas falharam, seja na etapa de ozonólise ou na etapa de ciclização para a formação do esqueleto de enol-fosfato cíclico presente no cyclophostin. Apesar dos resultados insatisfatórios descritos acima, alguns intermediários obtidos foram submetidos a um ensaio biológico em que foi monitorada a produção do antibiótico nigericina em culturas de actinobactérias do gênero Streptomyces. Nesse ensaio biológico foram obtidos resultados satisfatórios, sendo que alguns compostos estimularam a produção do antibiótico nigericina, outros inibiram e outros não mostraram efeitos significativos, indicando a existência de uma relação estrutura-atividade dos compostos testados. / Bacteria of the genus Streptomyces produce many kinds of butyrolactones; e.g., cyclophostin, compounds belonging to the cyclipostin family, and -butyrolactones autoregulators. Cyclophostin is a potent inhibitor of the enzyme acetylcholinesterase, the compounds of the cyclipostin family inhibit lipases, and -butyrolactones autoregulators stimulate antibiotics production in bacterial cultures of the genus Streptomyces. This work aimed to obtain cyclophostin derivatives and -butyrolactones autoregulators derivatives via two proposed synthesis designs as illustrated in schemes 8 and 10 (Section: III. Synthetic Planning). The key step in the design shown in scheme 8 consisted of a Barbier reaction between butenolide 43, several aldehydes, and a metal (zinc or indium), in aqueous medium. Although this reaction has long been known, the tests performed here did not afford any of the target compounds. The main product was compound 56, arising from the reduction of butenolide 43. An explanation for the results was proposed on the basis of possible mechanisms for the Barbier reaction and of comparison with similar compounds of butenolide 43, which have been successfully used in the Barbier reaction. Studies carried out according to the synthesis design presented in scheme 10 provided satisfactory results. The reaction between butadiene monoxide and various -ketoesters furnished 2,3-disubstituted--butyrolactones as a single diastereoisomer and 2,4-disubstituted--butyrolactones as a mixture of diastereoisomers (shown in Table 7). NOEDiff-NMR analysis together with literature data and computer calculations of coupling constants helped to determine the relative configuration of the 2,3-disubstituted--butyrolactones substituent groups as trans. Three 2,3-disubstituted--butyrolactones ozonolysis reactions were conducted by reductive cleavage of the ozonide with sodium borohydride, which afforded three compounds as diastereoisomers mixtures bearing structures analogous to those of IM-2 and virginiae butanolides (shown in Table 8). Reaction of -butyrolactone 54a with diethyl chlorophosphate as phosphorylating agent produced the enol-phosphate 55a (reaction shown in Scheme 23). Ozonolysis reactions of this compound using sodium borohydride or dimethyl sulfide to cleave the ozonide did not provide satisfactory results (reaction shown in Scheme 24). Other attempts to achieve cyclophostin derivatives using different starting materials failed during the ozonolysis step or the cyclization to form the cyclic enol-phosphate skeleton present in cyclophostin. Despite the poor results described above, some of the intermediates were submitted to a biological assay to monitor production of the antibiotic nigericin in Streptomyces actinomycetes cultures. Some of the tested compounds stimulated, others inhibited, and others did not affect nigericin production, indicating existence of a structure-activity relationship.

Submitted by Anderson Silva (avargas@icict.fiocruz.br) on 2012-10-26T17:48:32Z No. of bitstreams: 1 clarissa_c_menezes_ioc_bcm_0054_2011.pdf: 2530597 bytes, checksum: 62f04a75c90de18a85463693ba14fb9b (MD5) / Made available in DSpace on 2012-10-26T17:48:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 clarissa_c_menezes_ioc_bcm_0054_2011.pdf: 2530597 bytes, checksum: 62f04a75c90de18a85463693ba14fb9b (MD5) Previous issue date: 2011 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. / A bactéria Pseudomonas aeruginosa (PA) é um dos principais agentes etiológicos de pneumonias nosocomiais, cujo tratamento é dificultado por sua resistência a antibióticos e pela secreção de fatores de virulência. Novas alternativas para o tratamento destas infecções incluem manipular o sistema de comunicação bacteriano conhecido como quorum sensing (QS), reduzindo a expressão destes fatores de virulência e prevenindo seus efeitos deletérios em células e sistemas eucariotos. Os efeitos do componente de QS de PA 3-oxo dodecanoil homoserina lactona (3-oxo C12 HSL) nos pulmões não são conhecidos; portanto, a primeira etapa de nosso trabalho consistiu na caracterização dos efeitos desta molécula no ambiente pulmonar. Para isso, camundongos swiss desafiados com 3-oxo C12 HSL por via intratraqueal tiveram amostras de sangue, lavado bronco-alveolar (BAL) e tecido pulmonar e coletadas seis horas após o procedimento. Nossos resultados demonstram que inflamação pulmonar causada por 3-oxo C12 HSL se caracteriza pela migração de células mononucleares e neutrófilos para o espaço alveolar, níveis elevados de atividade mieloperoxidase no tecido pulmonar e formação de edema. A resposta inflamatória causada por 3-oxo C12 HSL não alterou os níveis de TNF-α, MIF, IL- 10 e IL-12 no tempo analisado. Foram observados aumentos nos níveis de IL-6, CCL2/MCP-1, CXCL1/KC e LTB4 no BAL de animais desafiados, sendo o aumento deste eicosanóide acompanhado por uma indução de corpúsculos lipídicos. Evidências in vitro relatam o envolvimento do receptor nuclear PPARγ nos efeitos pró-inflamatórios atribuídos a 3-oxo C12 HSL; portanto, decidimos estudar os efeitos do tratamento com o agonista de PPARγ rosiglitazona no modelo de inflamação pulmonar causado por este componente de QS. Nós observamos que o tratamento com rosiglitazona (0,5 mg/kg) uma hora após o estímulo diminuiu a formação de corpúsculos lipídicos e de edema pulmonar, causando também uma redução na migração de células mononucleares e neutrófilos e uma menor atividade mieloperoxidase no pulmão dos animais tratados. A redução da migração de células mononucleares parece estar associada à uma redução dos níveis de CCL2/MCP-1, enquanto o decréscimo nos neutrófilos parece envolver a modulação de CXCL1/KC. A instilação com 3-oxo C12 HSL diminuiu a expressão da enzima paraoxonase (PON) no tecido pulmonar, fenômeno que não foi revertido pelo tratamento com rosiglitazona nesta dose. Estudos demonstram que o PPARγ está envolvido na expressão de PON e que a superexpressão desta enzima é capaz de proteger animais da mortalidade por PA em função de sua atividade lactonase; por este motivo, decidimos testar uma dose maior de rosiglitazona (5 mg/kg) para alcançar mais um benefício nesta proposta terapêutica. O tratamento com rosiglitazona nesta dose foi capaz de reverter a redução da expressão de paraoxonase causada por 3-oxo C12 HSL, diminuindo a formação de edema, a migração de neutrófilos e os níveis de atividade mieloperoxidase no pulmão de animais desafiados. O número de células mononucleares recuperado no BAL de animais estimulados e tratados com a droga não foi reduzido, bem como os níveis de CCL2/MCP-1. De fato, a droga por si só causou um aumento de CCL2/MCP-1 que parece ter contribuído para a indução de corpúsculos lipídicos observada. Devido ao envolvimento de macrófagos e da quimiocina CCL2/MCP-1 no processo de eliminação bacteriana, estudos em modelos de pneumonia por PA precisam ser conduzidos para melhor avaliar esta dose de rosiglitazona e validar esta droga como uma estratégia terapêutica no combate à esta bactéria. / Pseudomonas aeruginosa (PA) is a major pathogen involved in nosocomial pneumonia. These infections are difficult to manage due bacterial antibiotic resistance and secretion of virulence factors; therefore, current approaches to treat PA infections now focus on manipulating the bacteria communication system known as quorum sensing in order to reduce the production of those virulence factors and mitigate their deleterious effects to the host. Since there are no reports about the effects of the PA main quorum sensing component 3-oxo dodecanoyl homoserine lactone (3-oxo C12 HSL) in the lung the first step of our work consisted in investigating the host pulmonary response to this molecule in a mouse model. In order to do so, swiss mice submitted to intratracheal instillation with 3- oxo C12 HSL had blood, BAL and lung tissue samples collected six hours after the procedure. Our results show that the inflammatory response elicited by 3-oxo C12 HSL is characterized by the migration of both mononuclear cells and neutrophils to the alveolar space, together with high levels of myeloperoxidase activity in lung tissue and development of pulmonary edema. We found that the levels of TNF-α, MIF, IL-10 and IL-12 were not altered, while there was a significant increase in IL-6 CCL2/MCP-1 and CXCL1/KC in BAL. The increase in LTB4 levels in the BAL of defied animal was accompanied by an induction of lipid bodies. In vitro evidences report the involvement of the nuclear receptor PPARγ in the inflammatory events ascribed to 3-oxo C12 HSL; therefore, we decided to study the effects of PPARγ agonist rosiglitazone in the pulmonary inflammation caused by this quorum sensing component. We observed that rosiglitazone administration (0,5 mg/kg) one hour after stimulation was able to reduce the formation of lipid bodies and pulmonary edema, besides decreasing the migration of mononuclear cells, neutrophils and myeloperoxidase activity in the lung of defied animals. This reduction in the migration of mononuclear cells seems to be due to a decrease in the levels of CCL2/MCP-1, while the impairment in neutrophil migration seems to involve the modulation of CXCL1/KC. 3-oxo C12 HSL instillation also decreased paraoxonase (PON) expression in lung tissue, which was not reverted by rosiglitazone treatment at this dose. Since it was reported that PPARγ is able to regulate PON expression and that the overexpression of this enzyme seems to protect animals from PA mortality due its lactonase activity we searched to modulate this enzyme with a higher dose of rosiglitazone (5 mg/kg) in order to achieve this extra benefit in our proposal. We observed that this dose was able to revert the decrease in PON expression caused by 3-oxo C12 HSL, reducing the pulmonary edema, neutrophil migration and myeloperoxidase activity in defied animals. There was no reduction in the number of mononuclear cells recovered from the BAL of stimulated animals, which was also observed for CCL2/MCP-1 levels. In fact, the drug itself at his dose caused an increase in CCL2/MCP-1 that possibly accounted for the induction of lipid bodies. Because macrophages and CCL2/MCP-1 have a crucial role in the clearance of bacteria, this dose of rosiglitazone has to be tested in a PA pneumonia model so the effects observed in our investigation can be validate rosiglitazone as an therapeutic approach to the treatment of these infections.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:35:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_8852_Roberta Cecilia Vettoraci Cesar.pdf: 3633730 bytes, checksum: 5355e4be25799d6f296a2c8b47351e47 (MD5) Previous issue date: 2015-04-30 / CAPES / FAPES / As α-metileno-γ-butirolactonas e γ-butirolactonas estão presentes em um grande número de compostos naturais que apresentam diversas atividades biológicas já comprovadas. Nesse trabalho, utilizou-se a (R)-(-)-carvona como material de partida no desenvolvimento de metodologia visando a oxigenação de átomos de carbono da carvona com o objetivo de produzir um novo sínton para construção de derivados de butirolactonas. A rota sintética desenvolvida aplica transformações funcionais bem conhecidas e de relativa simplicidade, como reações de redução, oxidação, proteção de grupos funcionais, dentre outras. No geral, as reações desenvolvidas foram de simples execução, fornecendo rendimentos satisfatórios e todas com excelente controle na quimio-, régio- e estereosseletividade. Dentre as transformações funcionais aplicadas podemos destacar a adaptação da metodologia de proteção da hidroxila do epóxi-álcool (64) visando a preparação do benziloxi (65), que se mostrou de extrema importância para se melhorar o rendimento desse passo reacional. A hidrólise do grupo acetato do composto (64) durante a proteção da hidroxila foi uma surpresa, mas que auxiliou em reduzir uma etapa na sequência reacional previamente programada. Assim, a rota sintética planejada e executada possibilitou a síntese do intermediário oxigenado (67), que servirá como um novo sínton para as lactonas. Desta forma será possível vislumbrar uma real possibilidade de aplicação da rota desenvolvida nesse trabalho para a preparação de síntons mais complexos visando a construção de derivados -metileno--butirolactonas ou -butirolactonas monoterpênicas. / The lactone function is present in a large number of natural compounds that presents biological activities. Within the lactone functionality, the α-methylene-γ-butyrolactone and the y-butyrolactone have already known diverse biological activities. In this paper was used the (R)-(-) carvone as the start material, a variety of methodologies was tested to develop and create a methodological sequence of carbon atoms oxygenation to produce a new synthon to build butyrolactone derivatives. The synthetic route developed applies classic functional transformations of relative simplicity, such as reduction reactions, oxidation, and functional group protections, among others. In general the reactions were of simple execution and the outcomes were significant, however the purification processes were not always sufficient. Among the reaction processes the methodology adaptation of the hydroxyl of the epoxy alcohol (64) protection stands out, looking for the preparation of the benzyloxy (65), that has been extremely important to improve the outcome of this reaction step. Besides the acetate group of the compound (64) hydrolysis was a surprise, one that helped reduce a step in the previous planned reaction sequence. Thus the planned synthetic route enabled the oxygenated intermediate (67) with 28,5% of outcome that will serve as a new synthon. Yet it will be possible to see a real possibility of application of the route developed in this work to prepare more complex synthons looking for the construction of monoterpeness -methyl-y-butyrolactone and the ybutyrolactone derivates.

A presente tese de doutorado descreve a integração de metodologias sintéticas da química de organoteluretos desenvolvidas nos últimos anos pelo grupo. Especialmente a hidroteluração de cetonas α,β-insaturadas, a resolução cinética enzimática de hidróxi-teluretos e a reação de troca Te/Li. Tais metodologias, empregadas em sequência, possibilitaram a obtenção de blocos sintéticos versáteis na preparação de reagentes organometálicos funcionalizados e enantiomericamente enriquecidos. Esse protocolo mostrou-se eficiente na preparação de uma variedade de produtos naturais, como por exemplo, feromônios de insetos-praga e butirolactonas com atividades biológicas relevantes. O trabalho foi dividido em duas partes. Estudou-se a reatividade e o emprego de organoteluretos alquílicos (sp3) e vinílicos (sp2) O-funcionalizados, na síntese dos produtos naturais citados acima. Na primeira parte do trabalho estudou-se a utilização de organoteluretos vinílicos. Esta classe de compostos foi preparada a partir da hidroteluração de alquinonas, os intermediários carbonílicos foram reduzidos com NaBH4, fornecendo uma mistura racêmica de hidróxi-teluretos vinílicos. Esses compostos foram submetidos à resolução cinética enzimática, empregando a lipase, disponível comercialmente, Novozyme® 435. Os resultados, quanto à excessos enantioméricos e rendimentos foram bons, possibilitando a obtenção de hidróxi-teluretos vinílicos enantiomericamente enriquecidos em até 96% e.e. Na etapa seguinte, efetuou-se a reação de troca Te/Li, gerando um reagente organometálico funcionalizado, denominado 1,4-(C,O) diânion vinílico de lítio. Pela eletronegatividade do átomo de lítio possibilitar vários tipos de transmetalações, esse intermediário é de grande valia em síntese orgânica. Na presença de eletrófilos, como CO2, esse diânion apresentou boa reatividade, gerando α-alquil-γ-butenolidas, após hidrólise em meio ácido. Tais butenolidas, constituíram-se como esqueleto avançado na síntese da (+)-Blastimicinona, (-)-Blastimicinolactol, (+)-Antimicinona, (-)-NFX-2 e todos os isômeros da Acaterina, em bons rendimentos globais. Esses compostos apresentam atividades antifúngicas, antitumorais e inibitórias de enzimas relacionadas à Arteriosclerose, respectivamente. Na segunda parte do trabalho estudou-se a utilização de um organotelureto alquílico em particular. Obtido a partir da hidroteluração da metil-vinil-cetona e redução in situ, do intermediário carbonílico. A mistura racêmica obtida foi resolvida através de resolução cinética enzimática, empregando a lipase, disponível comercialmente, Novozyme® 435. Os resultados, quanto a excessos enantioméricos e rendimentos foram bons, possibilitando a obtenção dos dois enantiômeros do respectivo hidróxi-telureto alquílico em excessos enantioméricos de até 99%. Na etapa seguinte, efetuou-se a reação de troca Te/Li, gerando um reagente organometálico funcionalizado, denominado 1,4-(C,O) diânion alquílico de lítio que foi transmetalado para uma série organocupratos. Ao reagi-lo com tosilatos específicos e realizar work-up com Ac2O, obteve-se uma série de feromônios de insetos-praga (C. pisi, M. destructor e D. mulleri) em bons rendimentos. / This PhD thesis describes the integration of synthetic methodologies involving organotellurides chemistry developed in recent years by the group, especially hydrotelluration of α,β-unsaturated ketones, enzymatic kinetic resolution of hydroxytellurides and Te/Li exchange reaction. These methods, used together, made it possible to obtain versatile synthetic blocks which were used in the preparation of functionalized and enantiomerically enriched organometallic reagents, featuring a synthetic key step in preparing a variety of natural products, such as Insect Pheromones and Butyrolactones with relevant biological activities. This work was divided into two parts. We studied the reactivity and the application of alkyl (sp3) and vinyl (sp2) O-functionalized organotellurides, in the synthesis of natural products cited above. In the first part of the work we studied the use of vinyl organotellurides. This class of compounds was prepared from hydrotelluration of alkynones, carbonyl intermediates were reduced with NaBH4 giving a racemic mixture of hydroxy-vinyl tellurides. These compounds were subjected to enzymatic kinetic resolution, using the lipase NovozymeTM 435. The results, as the yields and enantiomeric excesses were good yielding hydroxy-vinylic tellurides with enantiomeric excesses up to 96%. In the next step we performed the Te/Li exchange reaction, generating a functionalized organometallic reagent, known as lithium 1,4-(C,O) vinyl dianion. According to the characteristics of the electronegative atom of lithium, this intermediate is of great value in organic synthesis. In the presence of electrophiles such as CO2 showed good reactivity generating α-alkyl-γ-butenolides after acid hydrolysis. Such Butyrolactones constituted themselves as a skeleton for the synthesis of advanced (+)-Blastmycinone, (-)-Blastmycinolactol, (+)-Antimycinone, (-)-NFX-2 and all isomers of Acaterin in good overall yields. These compounds have antifungal and antitumor activity and inhibitory enzymes related to arteriosclerosis, respectively. In the second part of the work we studied the use of a specific alkyl organotelluride obtained by hydrotelluration of methyl vinyl ketone and in situ reduction of carbonyl intermediate by NaBH4. The racemic mixture was submitted to enzymatic kinetic resolution using the lipase NovozymeTM 435. The results, as the yields and enantiomeric excesses were good, allowing to obtain the two enantiomers of the corresponding hydroxy-alkyl telluride with enantiomeric excess of up to 99%. In the next step we performed the Te/Li exchange reaction, generating a functionalized organometallic reagent, known as lithium 1,4- (C,O) alkyl dianion that was used for the transmetallation for several organocuprate which when reacted with tosylates and perform specific work-up provided a number of pheromones of pest insects (C. pisi, M. destructor and D. mulleri) in good yields.

A presente tese de doutorado descreve a integração de metodologias sintéticas da química de organoteluretos desenvolvidas nos últimos anos pelo grupo. Especialmente a hidroteluração de cetonas α,β-insaturadas, a resolução cinética enzimática de hidróxi-teluretos e a reação de troca Te/Li. Tais metodologias, empregadas em sequência, possibilitaram a obtenção de blocos sintéticos versáteis na preparação de reagentes organometálicos funcionalizados e enantiomericamente enriquecidos. Esse protocolo mostrou-se eficiente na preparação de uma variedade de produtos naturais, como por exemplo, feromônios de insetos-praga e butirolactonas com atividades biológicas relevantes. O trabalho foi dividido em duas partes. Estudou-se a reatividade e o emprego de organoteluretos alquílicos (sp3) e vinílicos (sp2) O-funcionalizados, na síntese dos produtos naturais citados acima. Na primeira parte do trabalho estudou-se a utilização de organoteluretos vinílicos. Esta classe de compostos foi preparada a partir da hidroteluração de alquinonas, os intermediários carbonílicos foram reduzidos com NaBH4, fornecendo uma mistura racêmica de hidróxi-teluretos vinílicos. Esses compostos foram submetidos à resolução cinética enzimática, empregando a lipase, disponível comercialmente, Novozyme® 435. Os resultados, quanto à excessos enantioméricos e rendimentos foram bons, possibilitando a obtenção de hidróxi-teluretos vinílicos enantiomericamente enriquecidos em até 96% e.e. Na etapa seguinte, efetuou-se a reação de troca Te/Li, gerando um reagente organometálico funcionalizado, denominado 1,4-(C,O) diânion vinílico de lítio. Pela eletronegatividade do átomo de lítio possibilitar vários tipos de transmetalações, esse intermediário é de grande valia em síntese orgânica. Na presença de eletrófilos, como CO2, esse diânion apresentou boa reatividade, gerando α-alquil-γ-butenolidas, após hidrólise em meio ácido. Tais butenolidas, constituíram-se como esqueleto avançado na síntese da (+)-Blastimicinona, (-)-Blastimicinolactol, (+)-Antimicinona, (-)-NFX-2 e todos os isômeros da Acaterina, em bons rendimentos globais. Esses compostos apresentam atividades antifúngicas, antitumorais e inibitórias de enzimas relacionadas à Arteriosclerose, respectivamente. Na segunda parte do trabalho estudou-se a utilização de um organotelureto alquílico em particular. Obtido a partir da hidroteluração da metil-vinil-cetona e redução in situ, do intermediário carbonílico. A mistura racêmica obtida foi resolvida através de resolução cinética enzimática, empregando a lipase, disponível comercialmente, Novozyme® 435. Os resultados, quanto a excessos enantioméricos e rendimentos foram bons, possibilitando a obtenção dos dois enantiômeros do respectivo hidróxi-telureto alquílico em excessos enantioméricos de até 99%. Na etapa seguinte, efetuou-se a reação de troca Te/Li, gerando um reagente organometálico funcionalizado, denominado 1,4-(C,O) diânion alquílico de lítio que foi transmetalado para uma série organocupratos. Ao reagi-lo com tosilatos específicos e realizar work-up com Ac2O, obteve-se uma série de feromônios de insetos-praga (C. pisi, M. destructor e D. mulleri) em bons rendimentos. / This PhD thesis describes the integration of synthetic methodologies involving organotellurides chemistry developed in recent years by the group, especially hydrotelluration of α,β-unsaturated ketones, enzymatic kinetic resolution of hydroxytellurides and Te/Li exchange reaction. These methods, used together, made it possible to obtain versatile synthetic blocks which were used in the preparation of functionalized and enantiomerically enriched organometallic reagents, featuring a synthetic key step in preparing a variety of natural products, such as Insect Pheromones and Butyrolactones with relevant biological activities. This work was divided into two parts. We studied the reactivity and the application of alkyl (sp3) and vinyl (sp2) O-functionalized organotellurides, in the synthesis of natural products cited above. In the first part of the work we studied the use of vinyl organotellurides. This class of compounds was prepared from hydrotelluration of alkynones, carbonyl intermediates were reduced with NaBH4 giving a racemic mixture of hydroxy-vinyl tellurides. These compounds were subjected to enzymatic kinetic resolution, using the lipase NovozymeTM 435. The results, as the yields and enantiomeric excesses were good yielding hydroxy-vinylic tellurides with enantiomeric excesses up to 96%. In the next step we performed the Te/Li exchange reaction, generating a functionalized organometallic reagent, known as lithium 1,4-(C,O) vinyl dianion. According to the characteristics of the electronegative atom of lithium, this intermediate is of great value in organic synthesis. In the presence of electrophiles such as CO2 showed good reactivity generating α-alkyl-γ-butenolides after acid hydrolysis. Such Butyrolactones constituted themselves as a skeleton for the synthesis of advanced (+)-Blastmycinone, (-)-Blastmycinolactol, (+)-Antimycinone, (-)-NFX-2 and all isomers of Acaterin in good overall yields. These compounds have antifungal and antitumor activity and inhibitory enzymes related to arteriosclerosis, respectively. In the second part of the work we studied the use of a specific alkyl organotelluride obtained by hydrotelluration of methyl vinyl ketone and in situ reduction of carbonyl intermediate by NaBH4. The racemic mixture was submitted to enzymatic kinetic resolution using the lipase NovozymeTM 435. The results, as the yields and enantiomeric excesses were good, allowing to obtain the two enantiomers of the corresponding hydroxy-alkyl telluride with enantiomeric excess of up to 99%. In the next step we performed the Te/Li exchange reaction, generating a functionalized organometallic reagent, known as lithium 1,4- (C,O) alkyl dianion that was used for the transmetallation for several organocuprate which when reacted with tosylates and perform specific work-up provided a number of pheromones of pest insects (C. pisi, M. destructor and D. mulleri) in good yields.