A piplartina é um alcaloide natural conhecido por apresentar diversas atividades biológicas, onde se destaca a ação anticancerígena. Esse produto natural apresentou atividade seletiva frente a vários tipos de células cancerígenas, sendo assim considerado promissor para o desenvolvimento de fármacos. O conhecimento do metabolismo de produtos naturais bioativos é uma importante e necessária etapa para avaliar a eficácia e segurança dessas substâncias. Os micro-organismos são amplamente utilizados em estudos de metabolismo, uma vez que catalisam reações quimio-, régio-, e estereoespecíficas, que muitas vezes são semelhantes às catalisadas pelos seres humanos. Nesse contexto, esse trabalho teve o objetivo de estudar o metabolismo microbiano da piplartina pelos fungos endofíticos Papulaspora immersa SS13 e Penicillium crustosum VR4, de solo Mucor rouxii NRRL 1894, e de coleção comercial Cunninghamella echinulata ATCC 8688a e Beauveria bassiana ATCC 7159. Os experimentos de biotransformação foram monitorados por UPLC-DAD-MS e UPLC-DAD-MS/MS. Todos os fungos utilizados biotransformaram a piplartina, sendo que 14 substâncias majoritárias foram identificadas como produtos de biotransformação nos experimentos em pequena escala. A piplartina e seus derivados apresentaram fragmentações características em IES-EM/EM que foram explicadas utilizando cálculos computacionais. O estudo dessas fragmentações permitiu a identificação e proposição das alterações estruturais que ocorreram nos metabólitos formados. Os fungos P. crustosum VR4 e B. bassiana ATCC 7159 foram selecionados para realizar os experimentos de biotransformação em escala ampliada, pois foram capazes de formar a maior diversidade de derivados da piplartina. Cinco substâncias foram isoladas e identificadas por RMN de 1H, RMN de 13C, HMQC, HMBC, COSY e HRESIMS. Essas substâncias não tinham sido obtidas por biotransformação microbiana anteriormente, sendo que uma ainda não foi descrita na literatura. Foram identificados principalmente produtos formados a partir de reações semelhantes às do metabolismo humano de fase I, como reduções, hidroxilações e hidrólises. Dessa forma, podemos concluir que as culturas microbianas são uma ferramenta útil para estudos preliminares de metabolismo, e para obter padrões de metabólitos que podem ser formados pelo metabolismo humano. / Piplartine is a natural alkaloid recognized by its biological properties, especially the anticancer activity. This natural product showed selective activity against several cancer cells lines, thus being considered a promising hit for drug development. Studies of bioactive natural products metabolism are an important and necessary step for the evaluation of their efficacy and safety. Microorganisms have been widely employed in metabolism studies, since they may catalyze chemo-, regio- and stereospecific reactions that are similar to human metabolism. This work aimed to study the microbial metabolism of piplartine by different fungal strains: the endophytes Penicillium crustosum VR4 and Papulaspora immersa SS13, the soil strain Mucor rouxii NRRL 1894, and the commercial collection strains Cunninghamella echinulata ATCC 8688a and Beauveria bassiana ATCC 7159. Biotransformation experiments were monitored by UPLC-DAD-MS and UPLC-DADMS/ MS. All the screened fungi were able to biotransform piplartine, and 14 compounds were identified as major biotransformation products in the small scale experiments. Piplartine and its derivatives showed characteristics fragmentations on ESI-MS/MS, which were explained using computer calculations. These fragmentation studies allowed the identification and structural proposition of piplartine metabolites. The fungi P. crustosum VR4 and B. bassiana ATCC 7159 were selected to perform the large scale biotransformation experiments, since they were capable to produce a large diversity of piplartine derivatives. Five compounds were isolated and identified by 1H NMR, 13C NMR, HMQC, HMBC, COSY and HRESIMS data. The isolated products had never been previously identified by microbial biotransformation, and one of them was found to be novel in the literature. All the identified and isolated compounds have been produced by reactions similar to those that occur in phase I of human metabolism, such as reduction, hydroxylation and hydrolysis reactions. Thus, we can conclude that the microbial cultures are useful tools for preliminary metabolism studies, and to obtain chemical standards similar to those produced by human metabolism

Furanoeliangolidos são produtos naturais bioativos com peculiar estrutura macrocíclica. A síntese orgânica destes compostos tem despertado grande interesse por parte de vários pesquisadores. Particularmente, há alguns anos, o nosso grupo de pesquisa vem se dedicando, entre outras atividades, ao estudo de métodos sintéticos para a preparação do esqueleto estrutural dos furanoeliangolidos, mais especificamente do goiazensolido. A estrutura simplificada deste produto natural corresponde a um sistema 7-oxabiciclo[6.2.1]undecano. Este produto natural possui as seguintes atividades biológicas: esquistossomicida, citotóxica e antiinflamatória. Nossa metodologia utiliza, como etapa chave, a reação de Diels-Alder. Após a preparação do sistema policíclico, a clivagem da ligação interna dos anéis poderia fornecer o macrociclo desejado. Neste trabalho, foram estudadas três rotas sintéticas para preparação do núcleo básico dos furanoeliangolidos. Na proposta sintética inicial, a reação de Diels-Alder realizada entre o 2-metil-furano e o 3-bromopropiolato de metila, apresentou um aspecto surpreendente, uma alta regiosselevidade. A reação de anelação para formação do sistema policíclico foi investigada com três compostos diferentes. Todavia, nenhuma destas reações forneceu o produto desejado, mas sim resultaram em misturas complexas de produtos. Estes resultados revelaram a dificuldade em se realizar reações de anelação em compostos deste tipo. Outros substratos poderiam ser usados, mas considerando esses resultados insatisfatórios, nós preferimos iniciar o estudo de uma nova rota sintética. Na segunda rota, tentamos introduzir um grupo contendo três carbonos para formar o anel de seis membros, a partir de modificação na parte ?superior? da molécula (éster metílico). O aldeído intermediário pôde ser obtido com bom rendimento, mas o produto resultante da condensação aldólica deste composto com a acetona, é muito instável. A hidrólise de cetais deste tipo, conforme verificamos em experimentos com um cetal mais simples, requer tratamento com ácido forte. O produto obtido da reação aldólica, portanto não poderia resistir a essas condições, então abandonamos a rota. Na terceira rota sintética, a metodologia consistiu na construção do sistema policíclico através de duas reações de Diels-Alder e utilizando uma reação de ozonólise para clivar a dupla ligação central. A estereoquímica do aduto obtido na segunda reação de Diels-Alder foi confirmada por estudos de RMN. A ozonólise deste composto deu origem ao macrociclo desejado, contendo o núcleo estrutural dos furanoeliangolidos. Como o grupo imida presente neste macrociclo é muito resistente à hidrólise e outras reações, nós também desenvolvemos uma modificação que produz um produto mais tratável. O dieno utilizado nesta segunda reação de Diels-Alder não fornece aduto com anidrido maleico, mas ele reage bem com o acetilenodicarboxilato de dimetila dando o aduto correspondente. As duas duplas ligações deste composto são suficientemente diferentes uma da outra para permitir a ozonólise seletiva da dupla ligação central, mais nucleofílica. Nesta última rota sintética, dois macrociclos foram preparados em sete etapas, envolvendo duas reações de Diels-Alder, com rendimento total de 36,3% e 42,1%, respectivamente. / Furanoheliangolides are bioactive natural products containing a peculiar macrocyclic structure. The synthesis of these compounds has been a matter of considerable interest to several researchers. In the last few years, our research group has dedicated some efforts to develop synthetic methods for the preparation of the core structure of the furanoheliangolides, particularly goyazensolide. The core structure of this natural product corresponds to the 7- oxabicyclo[6.2.1]undecane system. This natural product has several biological activities, such as schistosomicidal, cytotoxic and anti-inflammatory. Our methodology uses, as a key step, the Diels-Alder reaction. After the preparation of the polycyclic system, the cleavage of the internal bond of the rings should furnish the desired macrocycle. In this work, three synthetic routes to the preparation of the core structure of the furanoheliangolides were studied. In the first route, the Diels-Alder reaction between 2-methylfuran and methyl 3-bromopropiolate, occurred with unusually high regioselectivity The cyclization reaction for the formation of the polycyclic system was investigated with three different compounds. However, none of these reactions furnished the desired product, but resulted instead in complex mixtures of products. These results showed the difficulty to perform cyclization reactions in compounds of this type. Other substrates could have been used, but considering these discouraging initial results, we preferred to start the studies of a new synthetic route. In the second route we were still attempting to introduce a three-carbon group to form the new six-membered ring; the main modification was that we would now start from the other side of the molecule. The aldehyde could be obtained in good yield, but the aldol reaction product of this aldehyde with the ketone is very unstable. As we have found in experiments with a simple ketal, the hydrolysis of ketals of this type require rather strong acidic treatment. Therefore, the aldol product would not withstand these conditions, so we abandoned these studies. In the third synthetic route, the methodology consisted of building the polycyclic system through two Diels-Alder reactions followed by an ozonolysis reaction to cleave the central double bond. The stereochemistry of the addut obtained in the second Diels-Alder reaction was confirmed by NMR studies. The ozonolysis of this product produced the desired core of the furanoheliangolides. As the imide group of this macrocycle is very resistant to hydrolysis and other reactions, we have also developed a modification that produces a more treatable product. The diene used in this second Diels-Alder reaction does not give Diels-Alder adduct with maleic anhydride, but it reacts well with dimethyl acetylenedicarboxylate to give correspondent addut. The two double bonds of this addut are sufficiently different from each other to permit the selective ozonolysis of the more nucleophilic central bond. In this last synthetic route, two macrocycles were prepared in seven steps, involving two Diels-Alder reactions, with overall yields of 36.3% and 42.1%, respectively.

Furanoeliangolidos são produtos naturais bioativos com peculiar estrutura macrocíclica. A síntese orgânica destes compostos tem despertado grande interesse por parte de vários pesquisadores. Particularmente, há alguns anos, o nosso grupo de pesquisa vem se dedicando, entre outras atividades, ao estudo de métodos sintéticos para a preparação do esqueleto estrutural dos furanoeliangolidos, mais especificamente do goiazensolido. A estrutura simplificada deste produto natural corresponde a um sistema 7-oxabiciclo[6.2.1]undecano. Este produto natural possui as seguintes atividades biológicas: esquistossomicida, citotóxica e antiinflamatória. Nossa metodologia utiliza, como etapa chave, a reação de Diels-Alder. Após a preparação do sistema policíclico, a clivagem da ligação interna dos anéis poderia fornecer o macrociclo desejado. Neste trabalho, foram estudadas três rotas sintéticas para preparação do núcleo básico dos furanoeliangolidos. Na proposta sintética inicial, a reação de Diels-Alder realizada entre o 2-metil-furano e o 3-bromopropiolato de metila, apresentou um aspecto surpreendente, uma alta regiosselevidade. A reação de anelação para formação do sistema policíclico foi investigada com três compostos diferentes. Todavia, nenhuma destas reações forneceu o produto desejado, mas sim resultaram em misturas complexas de produtos. Estes resultados revelaram a dificuldade em se realizar reações de anelação em compostos deste tipo. Outros substratos poderiam ser usados, mas considerando esses resultados insatisfatórios, nós preferimos iniciar o estudo de uma nova rota sintética. Na segunda rota, tentamos introduzir um grupo contendo três carbonos para formar o anel de seis membros, a partir de modificação na parte ?superior? da molécula (éster metílico). O aldeído intermediário pôde ser obtido com bom rendimento, mas o produto resultante da condensação aldólica deste composto com a acetona, é muito instável. A hidrólise de cetais deste tipo, conforme verificamos em experimentos com um cetal mais simples, requer tratamento com ácido forte. O produto obtido da reação aldólica, portanto não poderia resistir a essas condições, então abandonamos a rota. Na terceira rota sintética, a metodologia consistiu na construção do sistema policíclico através de duas reações de Diels-Alder e utilizando uma reação de ozonólise para clivar a dupla ligação central. A estereoquímica do aduto obtido na segunda reação de Diels-Alder foi confirmada por estudos de RMN. A ozonólise deste composto deu origem ao macrociclo desejado, contendo o núcleo estrutural dos furanoeliangolidos. Como o grupo imida presente neste macrociclo é muito resistente à hidrólise e outras reações, nós também desenvolvemos uma modificação que produz um produto mais tratável. O dieno utilizado nesta segunda reação de Diels-Alder não fornece aduto com anidrido maleico, mas ele reage bem com o acetilenodicarboxilato de dimetila dando o aduto correspondente. As duas duplas ligações deste composto são suficientemente diferentes uma da outra para permitir a ozonólise seletiva da dupla ligação central, mais nucleofílica. Nesta última rota sintética, dois macrociclos foram preparados em sete etapas, envolvendo duas reações de Diels-Alder, com rendimento total de 36,3% e 42,1%, respectivamente. / Furanoheliangolides are bioactive natural products containing a peculiar macrocyclic structure. The synthesis of these compounds has been a matter of considerable interest to several researchers. In the last few years, our research group has dedicated some efforts to develop synthetic methods for the preparation of the core structure of the furanoheliangolides, particularly goyazensolide. The core structure of this natural product corresponds to the 7- oxabicyclo[6.2.1]undecane system. This natural product has several biological activities, such as schistosomicidal, cytotoxic and anti-inflammatory. Our methodology uses, as a key step, the Diels-Alder reaction. After the preparation of the polycyclic system, the cleavage of the internal bond of the rings should furnish the desired macrocycle. In this work, three synthetic routes to the preparation of the core structure of the furanoheliangolides were studied. In the first route, the Diels-Alder reaction between 2-methylfuran and methyl 3-bromopropiolate, occurred with unusually high regioselectivity The cyclization reaction for the formation of the polycyclic system was investigated with three different compounds. However, none of these reactions furnished the desired product, but resulted instead in complex mixtures of products. These results showed the difficulty to perform cyclization reactions in compounds of this type. Other substrates could have been used, but considering these discouraging initial results, we preferred to start the studies of a new synthetic route. In the second route we were still attempting to introduce a three-carbon group to form the new six-membered ring; the main modification was that we would now start from the other side of the molecule. The aldehyde could be obtained in good yield, but the aldol reaction product of this aldehyde with the ketone is very unstable. As we have found in experiments with a simple ketal, the hydrolysis of ketals of this type require rather strong acidic treatment. Therefore, the aldol product would not withstand these conditions, so we abandoned these studies. In the third synthetic route, the methodology consisted of building the polycyclic system through two Diels-Alder reactions followed by an ozonolysis reaction to cleave the central double bond. The stereochemistry of the addut obtained in the second Diels-Alder reaction was confirmed by NMR studies. The ozonolysis of this product produced the desired core of the furanoheliangolides. As the imide group of this macrocycle is very resistant to hydrolysis and other reactions, we have also developed a modification that produces a more treatable product. The diene used in this second Diels-Alder reaction does not give Diels-Alder adduct with maleic anhydride, but it reacts well with dimethyl acetylenedicarboxylate to give correspondent addut. The two double bonds of this addut are sufficiently different from each other to permit the selective ozonolysis of the more nucleophilic central bond. In this last synthetic route, two macrocycles were prepared in seven steps, involving two Diels-Alder reactions, with overall yields of 36.3% and 42.1%, respectively.

A piplartina é um alcaloide natural conhecido por apresentar diversas atividades biológicas, onde se destaca a ação anticancerígena. Esse produto natural apresentou atividade seletiva frente a vários tipos de células cancerígenas, sendo assim considerado promissor para o desenvolvimento de fármacos. O conhecimento do metabolismo de produtos naturais bioativos é uma importante e necessária etapa para avaliar a eficácia e segurança dessas substâncias. Os micro-organismos são amplamente utilizados em estudos de metabolismo, uma vez que catalisam reações quimio-, régio-, e estereoespecíficas, que muitas vezes são semelhantes às catalisadas pelos seres humanos. Nesse contexto, esse trabalho teve o objetivo de estudar o metabolismo microbiano da piplartina pelos fungos endofíticos Papulaspora immersa SS13 e Penicillium crustosum VR4, de solo Mucor rouxii NRRL 1894, e de coleção comercial Cunninghamella echinulata ATCC 8688a e Beauveria bassiana ATCC 7159. Os experimentos de biotransformação foram monitorados por UPLC-DAD-MS e UPLC-DAD-MS/MS. Todos os fungos utilizados biotransformaram a piplartina, sendo que 14 substâncias majoritárias foram identificadas como produtos de biotransformação nos experimentos em pequena escala. A piplartina e seus derivados apresentaram fragmentações características em IES-EM/EM que foram explicadas utilizando cálculos computacionais. O estudo dessas fragmentações permitiu a identificação e proposição das alterações estruturais que ocorreram nos metabólitos formados. Os fungos P. crustosum VR4 e B. bassiana ATCC 7159 foram selecionados para realizar os experimentos de biotransformação em escala ampliada, pois foram capazes de formar a maior diversidade de derivados da piplartina. Cinco substâncias foram isoladas e identificadas por RMN de 1H, RMN de 13C, HMQC, HMBC, COSY e HRESIMS. Essas substâncias não tinham sido obtidas por biotransformação microbiana anteriormente, sendo que uma ainda não foi descrita na literatura. Foram identificados principalmente produtos formados a partir de reações semelhantes às do metabolismo humano de fase I, como reduções, hidroxilações e hidrólises. Dessa forma, podemos concluir que as culturas microbianas são uma ferramenta útil para estudos preliminares de metabolismo, e para obter padrões de metabólitos que podem ser formados pelo metabolismo humano. / Piplartine is a natural alkaloid recognized by its biological properties, especially the anticancer activity. This natural product showed selective activity against several cancer cells lines, thus being considered a promising hit for drug development. Studies of bioactive natural products metabolism are an important and necessary step for the evaluation of their efficacy and safety. Microorganisms have been widely employed in metabolism studies, since they may catalyze chemo-, regio- and stereospecific reactions that are similar to human metabolism. This work aimed to study the microbial metabolism of piplartine by different fungal strains: the endophytes Penicillium crustosum VR4 and Papulaspora immersa SS13, the soil strain Mucor rouxii NRRL 1894, and the commercial collection strains Cunninghamella echinulata ATCC 8688a and Beauveria bassiana ATCC 7159. Biotransformation experiments were monitored by UPLC-DAD-MS and UPLC-DADMS/ MS. All the screened fungi were able to biotransform piplartine, and 14 compounds were identified as major biotransformation products in the small scale experiments. Piplartine and its derivatives showed characteristics fragmentations on ESI-MS/MS, which were explained using computer calculations. These fragmentation studies allowed the identification and structural proposition of piplartine metabolites. The fungi P. crustosum VR4 and B. bassiana ATCC 7159 were selected to perform the large scale biotransformation experiments, since they were capable to produce a large diversity of piplartine derivatives. Five compounds were isolated and identified by 1H NMR, 13C NMR, HMQC, HMBC, COSY and HRESIMS data. The isolated products had never been previously identified by microbial biotransformation, and one of them was found to be novel in the literature. All the identified and isolated compounds have been produced by reactions similar to those that occur in phase I of human metabolism, such as reduction, hydroxylation and hydrolysis reactions. Thus, we can conclude that the microbial cultures are useful tools for preliminary metabolism studies, and to obtain chemical standards similar to those produced by human metabolism