JBCS

INTRODUÇAO

Palavras como "química verde" e "ambientalmente amigável" vem sendo utilizadas com mais frequência em todas as áreas da química.¹ Na síntese orgânica, a busca por novos métodos que envolvem temperatura ambiente, tempo reacional baixo, utilizaçao mínima de solventes orgânicos (ou solventes eco-amigáveis) ou utilizaçao de água nas reaçoes sao considerados parâmetros que contribuem para este conceito.^1-4

Derivados halogenados sao importantes devido a sua aplicabilidade, como na síntese de pestiscidas, fármacos, etc, e por serem intermediários úteis para formaçao de uma nova ligaçao carbono-carbono via reaçoes de acoplamento.^1,4-6

Nas reaçoes de halogenaçao que sao consideradas sustentáveis, há a utilizaçao de halogênios formados in situ, ou que estejam ligados a outros elementos na forma de N-halocompostos (NIS, NBS).^1,7-9 Uma outra alternativa de ser considerada ambientalmente amigável utiliza solventes como a água ou solventes orgânicos em quantidades mínimas.⁴

A quercetina [2-(3,4-dihidroxifenil)-3,5,7-trihidroxicromen-4-ona], é um flavonoide abundante no reino vegetal e possui muitas atividades biológicas,^10-14 e é alvo de muitos estudos.¹⁴ Seus derivados, como por exemplo, a 3,7,3',4'-tetrametoxi-quercetina (retusin) (1), já foi utilizado como substrato em reaçoes de halogenaçao, em especial com bromo e iodo.^7-9,15 A síntese desses compostos geralmente resulta em halogênios nas posiçoes C-6 ou C-8, pois sao os dois sítios propícios à substituiçao eletrofílica na estrutura da quercetina.^7-9,15

Nesse trabalho é mostrado um estudo de regiosseletividade da iodaçao do retusin baseado em quatro metodologias prévias diferentes, contemplando modificaçoes que utilizam métodos acessíveis e que sao ambientalmente amigáveis. Houve a necessidade de uso de HPLC para uma quantificaçao mais eficaz, uma vez que a cromatografia em coluna nao permitia a adequada separaçao e quantificaçao dos resultados.

 

PARTE EXPERIMENTAL

Materiais e reagentes

Todos os solventes e reagentes foram obtidos em grau P.A. Hexano, acetato de etila, diclorometano, metanol e o reagente carbonato de potássio marca Dinâmica; acetonitrila grau HPLC Biosolve; ácido acético Proquímios; HCl, DMF, KOH e LiOH Vetec; NIS, DIH, triton B e dicloroiodato de benziltrimetilamônio Sigma-Aldrich; Etanol P.A. Exodo científica; H₂SO₄ da NEON; Na₂S₂O₃ da Cromato Produtos Químicos.

Equipamento e condiçoes cromatográficas

As reaçoes foram acompanhadas por CCDA de sílica gel (F₂₅₄-Merck) e foi utilizado como fase móvel diversas proporçoes com os solventes diclorometano, hexano, acetato de etila, metanol e ácido acético. As placas de CCDA foram reveladas usando lâmpada ultravioleta (λ = 254 nm ou λ = 365 nm).

Purificaçao dos compostos

Os compostos 8-iodo-retusin (3) e 6,8-diiodo-retusin (4) foram purificados via cromatografia em coluna utilizando como fase estacionária sílica gel 60 (Merck, 230-400 Mesh) podendo ser suspensao de hexano ou a própria fase móvel, que consistiu em um sistema gradiente de Hex:AcOEt e Hex:DCM, respectivamente.

O 6-iodo-retusin (2) foi purificado via cromatografia em coluna de média pressao (EPLC Yamazen AI-580S) utilizando sílica de fase reversa C18 e como fase móvel um sistema isocrático de ACN: H₂O (60:40). A água utilizada foi acidificada com ácido fórmico (1%).

Quantificaçao no HPLC

A análise cromatográfica foi realizada utilizando um cromatógrafo líquido de alta eficiência Accela (Thermo Scientific) com detector de arranjo de diodos (DAD). A separaçao cromatográfica foi feita com uma coluna Luna C-18 (150 mm x 4,6 mm x 5 µm, Phenomenex). Foi utilizado como fase móvel ácido fórmico 1% (Solvente A) e acetonitrila (Solvente B), com sistema de eluiçao isocrático: 80% de B por 10 minutos, fluxo de 1000,0 µL/minuto, temperatura de 40 °C, monitorado em comprimento de onda de 360 nm. Para a filtraçao das amostras foram utilizados filtros de nylon (Whatman) 0,45 µm. Na quantificaçao, foi utilizado padroes de retusin (1), 6-iodo-retusin (2), 8-iodo-retusin (3) e 6,8-diiodo-retusin (4). A curva de calibraçao utilizando padrao externo, foi realizada nas concentraçoes variando de 6,25 µg mL^-1 a 100 µg mL^-1, em triplicata. Das reaçoes foram injetadas 5 µL nas concentraçoes de 50 µg mL^-1 cada e em triplicata.

Caracterizaçao dos produtos

As determinaçoes de pontos de fusao foram realizadas no equipamento BIO SAM-PFM II. Os espectros de RMN de ¹H e ¹³C foram realizados em espectrômetro do tipo Varian Mercury, a 300 MHz de frequência, e como referencial interno foi utilizado o tetrametilsilano (TMS). O solvente utilizado na dissoluçao das substâncias foi o CDCl₃. Os valores de deslocamento químico (δ) estao expressos em partes por milhao (ppm) e as constantes de acoplamento (J) em Hertz (Hz). Os espectros de infravermelho (IV) foram obtidos em espectrofotômetro FT-IR BOMEM MB-Series 100, utilizando pastilhas de KBr.

Caracterizaçao no LC-MS

Os experimentos analíticos de LC-MS foram realizados utilizando um cromatógrafo líquido de ultra eficiência ACQUITY UPLC H-Class (Waters Corporation, Milford, MA, EUA), acoplado a um espectrômetro de massas Quadrupolo-Tof (Xevo G2-XS QTof, Waters, EUA) com ionizaçao por eletrospray (ESI). As separaçoes cromatográficas foram realizadas utilizando uma coluna ACQUITY UPLC^TM BEH C18 (2,1 x 50 mm, 1,7 µm, Waters, EUA) a 40 °C. A fase móvel binária consistiu de água com 0,1% de ácido fórmico (fase móvel A) e acetonitrila 0,1% de ácido fórmico (fase móvel B). O fluxo foi de 0,4 mL/min e o volume de injeçao foi de 10,0 µL. O gradiente de eluiçao utilizado foi: 0.0 a 6.0 min 10% - 90% de B. O espectrômetro de massas foi operado em modo positivo de ionizaçao (ESI⁺) no modo sensibilidade. A detecçao foi implementada no modo centróide MSE em uma faixa de massa de 100-1200 Da. A voltagem do capilar foi ajustada em -0,8 kV para ESI. O gás de dessolvataçao (N₂) foi entregue em 1000 L/h e 600 °C. A taxa de fluxo de gás do cone foi fixada em 50 L/h e a fonte de temperatura foi ajustada para 140 °C. A voltagem do capilar foi definida como 6 V, a do cone 40 V e a energia de colisao foi utilizada uma rampa em relaçao à alta energia de 10 a 30 eV.

Procedimentos reacionais

Reaçao com solvente polar prótico (Tabela 1, entrada 1,5-8,13-14,17-19)

 

 

Entrada 1, exemplificada: Adicionou o retusin (0,100 g, 0,2793 mmol) numa soluçao de KOH (0,187 g, 3,3516 mmol) em MeOH (0,5 mL), seguido da adiçao em pequenas porçoes da soluçao do I₂ (0,078 g, 0,3072 mmol) previamente dissolvido em MeOH (2 mL). Ao término da reaçao (3 h), neutralizou-se a reaçao com soluçao 10% de HCl. O sólido foi solubilizado em CH₂Cl₂ e lavado com Na₂S₂O₃ (2 x 10 mL) para remover o excesso de iodo na reaçao. A fase orgânica foi seca com Na₂SO₄ anidro e o solvente foi removido em evaporador rotativo.

Reaçao com solvente polar aprótico (Tabela 1, entrada 2,9,15)

Entrada 9, exemplificada: Foi solubilizado o retusin (0,358 g, 1 mmol) em 4 mL de DMF e em seguida, adicionou-se NIS (0,270 g, 1,2 mmol) pouco a pouco. Ao término da reaçao (10 h) adicionou-se 20 mL de CH₂Cl₂ a fim de diluir o meio reacional. Ainda foi adicionado 10 mL de uma soluçao saturada de NaHCO₃ e a reaçao foi lavada com H₂O destilada. A fase orgânica foi seca com Na₂SO₄ anidro e o solvente foi removido em evaporador rotativo.

Reaçao sem solvente (entrada 3-4,10-12,16,20-21)

Entrada 10, exemplificada: Adiçao do NIS (0,027 g, 0,12 mmol) pouco a pouco ao retusin (0,035 g, 0,1 mmol), e posterior homogeneizaçao dos dois sólidos. Quando necessário, foi adicionado 1 mL de CH₂Cl₂. Ao término da reaçao (5 min), o bruto reacional foi purificado em coluna cromatográfica em silica gel.

 

RESULTADOS E DISCUSSAO

Os resultados obtidos envolveram a utilizaçao de quatro metodologias que utilizam diferentes reagentes iodantes (Tabela 1).^8,15-18 A partir das condiçoes iniciais propostas nos métodos, foram realizadas algumas modificaçoes nos mesmos a fim de observar o comportamento e a regiosseletividade da reaçao. Essas modificaçoes envolveram a influência do solvente e a basicidade da reaçao.

Todas as reaçoes foram acompanhadas por placa CCDA (Silica gel 60 0,25 mm, Merck GF₂₅₄) utilizando como fase móvel um sistema de n-hexanos (64 mL): diclorometano (21 mL): acetato de etila (15 mL): e metanol (4 gotas): ácido acético (3 gotas).

Inicialmente foi utilizado iodo molecular, base alcalina e solvente (Entrada 1, Tabela 1). E a partir dessa condiçao foram avaliados três parâmetros para observar a influência da regiosseletividade: o solvente (Entrada 1-4, Tabela 1), o tamanho do contra-íon metálico da base alcalina e a ordem de adiçao dos reagentes (Entrada 1,5-6, Tabela 1). Muitas das reaçoes foram quantificadas por HPLC (veja Material Suplementar). Na reaçao com o solvente polar prótico (Entrada 1, Tabela 1) houve uma seletividade para 8-iodo-retusin (3), enquanto que as reaçoes com o solvente polar aprótico (Entrada 2, Tabela 1) e sem solvente (Entradas 3-4, Tabela 1) houve uma seletividade para o 6-iodo-retusin (2). A explicaçao para esse comportamento está na interaçao do solvente no meio reacional.¹⁹ O metanol tem capacidade de fazer ligaçoes de hidrogênio com o íon fenolato. Apesar disso, o meio rico em solvente prótico aparentemente permite a aproximaçao do cátion ao íon fenolato (ânion), bloqueando a posiçao 6, favorecendo assim o composto 3. Com o DMF, um solvente polar aprótico, que tem a capacidade de formar um complexo com o cátion, afastando-o do íon fenolato, esta separaçao deixa a posiçao 6 mais livre, e consequentemente, a reaçao passa a favorecer o composto 2.¹⁹ Nas reaçoes sem solvente (Entrada 3-4, Tabela 1) adicionando o iodo antes da base, o retusin estará previamente em contato com reagente iodante e isso faz com que, ao adicionar a base, nao tenha tempo suficiente para a formaçao em grande quantidade do 8-iodo-retusin (3).

Quando se tratou do tamanho do contra-íon foram observados a influência do raio iônico dos metais (Li, K e Cs) e do relativo caráter covalente da ligaçao destes metais com o oxigênio (Entrada 1, 5-6, Tabela 1). Quando a reaçao é feita com o LiOH (Entrada 5, Tabela 1), o íon de lítio possui o raio iônico menor dentre os três íons estudados, e a ligaçao com o oxigênio terá um caráter covalente maior do que os demais. Este caráter covalente permitirá a formaçao de um par iônico íntimo (Li⁺ e ArO^-), proporcionando uma maior regiosseletividade da reaçao em C-8. Como esse caráter covalente decresce à medida que aumenta o raio iônico, é esperado que a reaçao com o Cs₂CO₃ seja menos regiosseletiva. Ambas as reaçoes aconteceram como esperado, e podemos observar, pela quantificaçao no HPLC (ver Material Suplementar), o aumento percentual para o composto 3, enquanto que a porcentagem do composto 4 diminui à medida que aumenta o caráter covalente do metal com o oxigênio. A reaçao com triton B (Entrada 7, Tabela 1) também mostrou menos regiosseletividade do que as reaçoes com KOH e Cs₂CO₃ (Entrada 1,5, Tabela 1). Pensando em trazer alternativas para obtençao do composto 4, ainda foi repetido a primeira condiçao reacional (Entrada 1, Tabela 1) dobrando a quantidade de I₂ (1,5 para 3 eq.). E foi observado que, por se tratar de uma reaçao que favorece a posiçao 8, nao foi obtido um bom resultado. Para conseguir o resultado esperado foi utilizado o composto 2 ao invés do retusin; e assim, foi obtido o composto 4 com rendimento de 56% (Entrada 8, Tabela 1). Com essas condiçoes (Entrada 1-8, Tabela 1) foi observado que todas as reaçoes em meio básico e com solvente prótico houve regiosseletividade para o 8-iodo-retusin (3), enquanto que as reaçoes sem solvente e com solvente polar aprótico favoreceu o composto 2.

Motivados por esse resultado, buscamos utilizar outros reagentes iodantes, a começar pelo N-iodo-succinimida (NIS) (Entrada 9-12, Tabela 1).⁸ A utilizaçao desse reagente permite um meio neutro na reaçao, tornando-a diferente das entradas anteriores. Todas as reaçoes favoreceram a formaçao do composto 2 (Entrada 9 e 10, Tabela 1), mas a reaçao sem solvente mostrou-se mais eficiente devido à diminuiçao da formaçao do composto 4 e a diminuiçao no tempo reacional (Entrada 10, Tabela 1). As reaçoes que utilizaram NIS em excesso permitiram a formaçao do composto 4 (Entrada 11,12, Tabela 1).

Com o objetivo de contrastar os meios básicos e neutros, buscou-se a utilizaçao de um reagente de iodaçao em meio ácido, o dicloroiodato de potássio (KICl₂ 2N) (Entrada 13,18, Tabela 1).¹⁶ Nestas condiçoes, o nucleófilo nao é mais a base conjugada fenóxido, mas o fenol, do anel A, que por ser menos nucleofílico, e assim menos reativo, deverá possuir um comportamento diferente da iodaçao em meio básico. Essa suposiçao foi comprovada pela análise no HPLC, que mostra um equilíbrio maior entre os dois regioisômeros (ver cromatograma no Material Suplementar). Quando se utiliza excesso do KICl₂, a reaçao forma em maior quantidade o composto 4 (Entrada 18, Tabela 1). Ainda foram realizadas reaçoes com o dicloroiodato de benziltrimetilamônio, DCIBTMA (Entrada 14-16, Tabela 1) com diferentes solventes. A ideia estava em saber se a alteraçao no tamanho do contra-íon iria influenciar na regiosseletividade. O que foi observado é que, mesmo deixando por 24 h, ainda tinha o retusin (1) em grande quantidade (Entrada 14,15, Tabela 1). Apenas em uma dessas tentativas foi possível observar uma regiosseletividade para o composto 2, que manteve as condiçoes com a ausência de solvente (Entrada 16, Tabela 1). Quando foram adicionados uma base e MeOH no DCIBTMA, observou-se novamente a regiosseletividade para o composto 3 (Entrada 17, Tabela 1).

Semelhante ao NIS, ainda foi utilizado a 1,3-di-iodo-5,5-dimetilhidantoína (DIH), que possui igual ou melhor habilidade halogenante, e por possuir duas ligaçoes N-I, pode ser mais econômico comparado ao NIS (Entrada 19-21, Tabela 1).^17,18 Foi observado que quando utiliza um solvente prótico, houve regiosseletividade para o composto 3 (Entrada 19, Tabela 1), enquanto que, sem solvente, houve regiosseletividade para o composto 2 (Entrada 20, Tabela 1), e que quando utiliza excesso de DIH, houve favorecimento para a formaçao do composto 4 (Entrada 21, Tabela 1).

 

CONCLUSAO

Nesse estudo de regiosseletividade da iodaçao do retusin (1) foi possível ter novas alternativas para obter os isômeros 6-iodo-retusin (2) e 8-iodo-retusin (3), além da obtençao do 6,8-diiodo-retusin (4) com materiais mais acessíveis e menos agressivos ao ambiente. As reaçoes sem solventes e com solvente polar aprótico favorecem o isômero C-6 (2), enquanto as reaçoes com solvente polar prótico favorecem a obtençao do isômero C-8 (3). Quando usa excesso de reagente iodante as reaçoes favorecem o composto diiodado 4.

 

MATERIAL SUPLEMENTAR

Todos os cromatogramas, tabelas da quantificaçao das reaçoes no HPLC, os espectros de RMN ¹H, ¹³C, IV e massas, além dos dados dos deslocamentos químicos e das contantes de acoplamento (J) dos compostos 6-iodo-retusin, 8-iodo-retusin e 6,8-retusin obtidos neste trabalho estao disponíveis em http://quimicanova.sbq.org.br , na forma de arquivo PDF, com acesso livre.

 

AGRADECIMENTOS

Ao CENAPESQ da UFRPE e à central analítica da UFPE pelas análises dos espectros de RMN, IV e massas. A CAPES, ao CNPQ e à FACEPE pelo apoio financeiro.

 

REFERENCIAS

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