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dc.contributor.advisor1Luiz Claudio de Almeida Barbosapt_BR
dc.contributor.referee1Sergio Pinheiropt_BR
dc.contributor.referee2Julio Cezar Pastrept_BR
dc.contributor.referee3Diogo Montes Vidalpt_BR
dc.contributor.referee4Ricardo Jose Alvespt_BR
dc.creatorJaime Alejandro Martínez Acostapt_BR
dc.date.accessioned2019-08-12T13:38:50Z-
dc.date.available2019-08-12T13:38:50Z-
dc.date.issued2018-09-24pt_BR
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/1843/SFSA-B5MRE8-
dc.description.abstractButenolides represent a large family of -lactones, having a common furan-2(5H)-one subunit that is highly diversified in natural products. These lactones are found in several naturally-occurring sources and are associated with a wide range of biological activities, including, antibiotic, anti-inflammatory, anticancer, phytotoxic, insecticidal, among other properties. In addition to this, these compounds are employed as models for synthetic materials displaying pharmacological and industrial potential. Rubrolides are a butenolide sub-family of natural products occurring in marine species. These compounds are constituted by a polysubstituited 4-aryl-5-benzylidenefuran-2(5H)-one structure. Numerous total synthesis and biological activity studies have been described in literature, including cytotoxic, bactericidal, and photosynthesis inhibition reports. The first part of this work presents aconcise and efficient synthesis of two of these natural products, rubrolides B and K. The main steps include: (i) synthesis of 4-arylfuran-2(5H)-one via selective Suzuki-Miyaura cross-coupling; (ii) vinylogous aldol condensation between silyloxyfuran derivatives and aldehydes; and (iii) regioselective bromination/demethylation, leading to the functionalization of the aromatic rings. The methodology developed allowed the total synthesis of rubrolides B and K in three to four steps with 41% and 37% global yield, respectively. Additionally, another type of butenolide, known as tetronamides, has attracted much synthetic interest. Its structure is characterized by a 4-aminofuran-2(5H)-one moiety and was used as a model in the development of agrochemicalsand wide-range antibacterials. Basidalin is the first and only natural tetronamide reported, this compound of fungal origin is a derivate of (Z)-4-amino-5-(formylmethylene)furan-2(5H)-one and has antibiotic and antitumor activities. Its structure is simple, but richly functionalized, leading to various synthetic approaches, but so far with littlesuccessful synthesis. Therefore, the second part of this work describes the first successful total synthesis of basidalin. The main steps of synthesis include: (i) regio and stereocontrolled vinylogous aldol condensation forming key intermediate (Z)-4-bromo-5-((1,3-dithiane-2-yl)methylene)butenolide startingwith 2-formyl-1,3-dithiane and 4-bromo-2-triisopropylsilyloxyfuran, (ii) addition of the 4-amino group using an Aza-Michael addition/elimination reaction, and (iii) thioacetal removal as the last step. Basidalin synthesis was completed in five steps with 39% global yield. Enhygrolides are a class of novel, highly substituted antibiotic butenolides found in the obligate marine myxobacterium, Enhygromyxa salina, their structureis related to the biologically-active compounds, nostoclides and cadiolides; whose synthesis were amply described in literature. The third chapter of the present work will describe the first synthesis of scarce enhygrolide A. The key steps include (i) addition of [alfa]-benzyl group through organocatalytic reductive alkylation, (ii) introduction of ß-alkyl substituent by efficient and green ironcatalyzed sp2-sp3 cross-coupling with Grignard reagents, and (iii) typical stereoselective vinylogous aldol condensation reaction to stablish characteristic (Z)-y-benzylidenefuran-2(5H)-one scaffold. Aside from its brevity and reliance on environmentally sustainable processes, the synthesis demonstrates the serviceability of butenolide pivalates in cross-coupling reactions. This process was achieved in five steps and 54% overall yield.Natural and synthetic rubrolides and tetronamides are a relevant class ofhighly biologically-active butenolides, giving rise to the development of diverse derivatives with important properties ranging from herbicidal to anticancer. In the last chapter of this work, the procedures involved in the synthesis and study of herbicide and cyanobactericide activities of ß-azarubrolide analogs or y-alkylidenetetronamides, are described. The main steps of the synthesis include: (i) syn diastereospecific aldol condensation protocol yielding aldolic addition tetronamide products, starting from N-arylbutenolides and aromatic aldehydes and (ii) optimized dehydration reaction to get the y-alkylidene derivatives.However only three y-benzylidene derivatives with no substituted and with simple aromatic substituents as 2-Cl and 3-NO2 yielded satisfactory result. Nevertheless, cyanobacterial and photosynthesis inhibition assays of all precursors and the final unsaturated derivatives were developed. y-Alkylidene molecules did not render good results giving IC50 >180 µ M and >150 M, respectively. On the contrary, itsprecursors showed more promising results, mainly when possess biphenyl group, showed a moderate IC50 = 58.4 µM for herbicidal activity and an important cyanobatericidal activity, with IC50 = 2.8 M. In this manner, a total of 20 4-amino-5-(hydroxy(aryl)methyl)furan-2(5H)-one analogs were produced in 51%-100% yield and dr(syn:anti) from 56:44 to >99:1. Later, on these compounds for the same activities were tested. Herbicide activity were moderate, differently to the cyanobactericide, where 5 biphenyl analogs gave the best activity with IC50 = 1.3- 5.1 µM. Since aldolic addition products are obtained as racemic mixture, an enantioselective synthetic approach for these tetronamides was described. This was done by means of two steps: (i) oxidation of addition aldolic products and (ii) optimized asymmetric hydrogen transfer protocol with Ru tethered catalyst (Ruteth-cat). Initial N-aryltetronamide analog tested for the oxidation showed to be an instable product. Then, more robust -pyrrolidinebutenolides were employed. This, in turn, rendered excellent yields for the production of specific tetronamide syn-enantiomers with yield of 96% and ee = 87% using (R,R)-Ru-teth-cat and yield of 89% and ee = 80% using (S,S)-Ru-teth-cat for the dextrorotatory and levorotatory species, respectively.pt_BR
dc.description.resumoOs butenolídeos representam uma grande família de y-lactonas, as quais têm uma subunidade comum conhecida como furan-2(5H)-ona a qual é muito diversificada em produtos naturais. Essas lactonas são encontradas em muitas fontes naturais e estão associadas com uma grande variedade de atividades biológicas, incluindo antibiótica, anti-inflamatória, anticâncer, fitotóxica, inseticida, entre outras. Além disso, esses compostos são muito usados como modelos de outros materiais sintéticos apresentando potencial farmacológico e industrial. Os rubrolídeos são uma subfamília dos butenolídeos de origem marinha. Esses compostos estão constituídos por uma estrutura 4-aril-5-benzilidenofuran2(5H)-ona poli substituída. Diversas sínteses totais e estudos de atividade biológica têm sido descritos na literatura, incluindo trabalhos sobre rubrolídeos citotóxicos, bactericidas e inibidores da fotossíntese. A primeira parte desse trabalho apresenta a síntese concisa e eficiente de dois desses produtos naturais, os rubrolídeos B e K. As principais etapas da síntese incluem: (i) síntese do 4-arilfuran-2(5H)-ona por meio de um acoplamento cruzado de Suzuki-Miyaura; (ii) condensanção aldólica viníloga entre os derivados sililoxifuranos e aldeídos; e (iii) bromação/desmetilação regiosseletiva, levando à funcionalização dos anéis aromáticos. A metodologia desenvolvida permitiu a síntese dos rubrolídeos B e K em três a quatro etapas com 41% e 37% de rendimento global, respetivamente. Adicionalmente, outro tipo de butenolídeo, conhecido como tetronamida, tem adquirido muito interesse sintético. Sua estrutura central caracterizada pela 4-aminofuran-2(5H)-ona, e esta é muito usada como modelo no desenvolvimento de agroquímicos e antibacterianos de amplo espectro. A basidalina é a primeira e a única tetronamidas de origem natural reportada. Esse composto de origem fúngico é derivado do (Z)-4-amino-5- (formilmetilen)furan-2(5H)-ona, e possui atividades antitumorais e antibióticas. Essa estrutura é simples, mas muito funcionalizada, o que tem levado a diversas tentativas de síntese, mas até então, nenhuma havia obtido total sucesso. Portanto, a segunda parte desse trabalho descreve a primeira síntese total da basidalina. A principais etapas incluem: (i) condensação aldólica viníloga régio e estéreocontrolada, formando o intermediário chave (Z)-4-bromo-5-((1,3-ditiano2-il)metilen)butenolídeo, e iniciando do 2-formil-1,3-ditiano e do 4-bromo-2- triisopropolsililoxifurano; (ii) adição do grupo 4-amino por meio da reação de adição/eliminação aza-Michael; e (iii) remoção do grupo tioacetal como etapa final. A síntese da basidalina foi concluída em cinco etapas com 39% de rendimento global. Os enhygrolídeos são uma nova classe de butenolídeos polifuncionalizados, encontrados na mixobactéria marinha Enhygromyxa salina. Sua estrutura está muito relacionada com os compostos biologicamente ativos, nostoclídeos e cadiolídeos, cujas sínteses foram largamente reportadas. A terceira parte desse trabalho mostra a primeira síntese do escasso enhygrolídeo A. As principais etapas incluem (i) adição do grupo [alfa]-benzila por meio de alquilação redutiva organocatalítica, (ii) introdução do substituinte ß-alquila através de uma metodologia eficiente e verde de acoplamento cruzado sp2-sp3 catalisada por ferro junto com reagentes de Grignard; e (iii) condensação aldólica viníloga para obter a característica estrutura (Z)-y-benzilidenfuran-2(5H)-ona. Além da brevidade e a confiabilidade desse processo ambientalmente seguro, essa síntese demonstrou a capacidade dos pivalatos de butenolídeos em reações de acoplamento cruzado. Essa síntese foi realizada em cinco etapas e 54% de rendimento global. Rubrolídeos e tetronamidas naturais e sintéticas são uma classe relevante de butenolídeos biologicamente ativos, permitindo o desenvolvimento de diversos derivados com propriedades importantes incluindo herbicida e anticâncer. No capítulo final desse trabalho são descritos os procedimentos que envolvem a síntese e o estudo das atividades herbicidas e cianobactericidas de análogos ß-azarubrolídeos ou y-alquilidentetronamidas. As etapas mais importantes incluem: (i) protocolo de reação aldólica syn-diasteroespecífica levando a tetronamidas de adição aldólica, iniciando de N-arilbutenolídeos e aldeídos aromáticos; e (ii) reação de desidratação otimizada para obter os derivados y-alquilidenbutenolídeos. Contudo, somente três derivados y- benzilidenos não substituídos e com substituição simples no anel aromático tais como 2-Cl e 3-NO2 forneceram resultados satisfatórios. Apesar disso, os ensaios de inibição da fotossíntese e do crescimento de cianobactéria de todos os produtos finais e precursores foram realizados. Os derivados insaturados não apresentaram bons resultados, obtendo IC50 >180 µM e >150 µM, respetivamente. Todo o contrário com os seus precursores, os quais mostraram resultados mais promissores, principalmente quando possuíam grupos bifenilas na sua estrutura, mostrando um moderado IC50 = 58.4 µM para a atividade herbicida e uma importante atividade cianobactericida com IC50 = 2.8 µM. Por conseguinte, um total de 20 análogos de 4-amino-5-(hidroxi(aril)metil)furan2(5H)-onas foram produzidos em 51%-100% de rendimento com dr(syn:anti) de 56:44 até >99:1. Posteriormente, esses foram testados para as mesmas atividades. A atividade herbicida foi moderada, diferentemente da cianobactericida que mostrou que 5 derivados das bifenilas possuíam excelente IC50 = 1.3 - 5.1 µM. Uma vez que os produtos de adição aldólica são obtidos como misturas racêmicas, foi realizado uma abordagem sintética enantioseletiva para esse tipo de tetronamidas. Esse foi realizado mediante dois etapas: (i) oxidação dos produtos de adição; e (ii) um protocolo de transferência de hidrogênio assimétrica usando um catalisador de rutênio "atado" (Ru-teth-cat). Inicialmente, o análogo N-arilbutenolídeo testado na reação de oxidação não ofereceu um produto estável. Por sua vez, o uso de ß-pirrolidinbutenolídeos mais robustos renderam melhores resultados, produzindo os enantiômeros syn de tetronamidas aldólicas com rendimentos de 96% e ee = 87% usando o (R,R)-Ru-teth-cat e 89% e ee = 80% usando o (S,S)-Ru-teth-cat, para as espécies dexorotatórias e levorotatórias, respetivamente. pt_BR
dc.languagePortuguêspt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Geraispt_BR
dc.publisher.initialsUFMGpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectatividades antitumorais e antibióticaspt_BR
dc.subjectEnhygromyxa salinapt_BR
dc.subjectprodutos naturaispt_BR
dc.subjectatividade biológicapt_BR
dc.subjectantibacterianospt_BR
dc.subjectlactonaspt_BR
dc.subjectrubrolídeospt_BR
dc.subjectcondensação aldólicapt_BR
dc.subjectcatalisador de rutêniopt_BR
dc.subjectButenolídeospt_BR
dc.subject.otherHerbicidaspt_BR
dc.subject.otherReações de adiçãopt_BR
dc.subject.otherQuímica orgânicapt_BR
dc.subject.otherAldeidospt_BR
dc.subject.otherLactonaspt_BR
dc.subject.otherFuranospt_BR
dc.subject.otherProdutos de ação antimicrobianapt_BR
dc.subject.otherProdutos naturaispt_BR
dc.subject.otherMecanismos de reações organicaspt_BR
dc.titleSynthesis of natural butenolides and analogspt_BR
dc.typeTese de Doutoradopt_BR
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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