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Este projeto se justifica pelos seguintes pontos chave:
1. Prospecção e síntese de análogos selenados de fármacos estabelecidos no mercado, com destaque para Fluoxetina, Tamoxifeno, Vortioxetina, Viloxazina, Trimetobenzamida, Propanolol e Nimesulida;
2. Utilização potencial desses compostos em ensaios biológicos, visando sua aplicação como fármacos;
3. Contribuição decisiva para a formação de profissionais altamente qualificados em níveis de doutorado, mestrado e graduação, com um foco particular em responsabilidade social;
4. Fortalecimento e inserção internacional dos Grupos de Pesquisa em Síntese Orgânica da UFPel;
5. Publicação de pelo menos 15 artigos científicos em periódicos de elevado prestígio editorial;
6. Consolidação contínua e busca pela excelência no Programa de Pós-Graduação em Química da UFPel.
Estes objetivos refletem nosso compromisso com o avanço do conhecimento científico e tecnológico, oferecendo soluções inovadoras que possam impactar positivamente não apenas o cenário nacional, mas também contribuir para o desenvolvimento global na área síntese orgânica sustentável, química medicinal e saúde humana.

3. METODOLOGIA E ESTRATÉGIA DE AÇÃO

3.1. Estudos in silico
O processo de planejamento de novo compostos contendo selênio terá como ponto de partida moléculas com propriedades farmacológicas conhecidas, como: fluoxetina, tamoxifeno, vortioxetina, viloxazina, trimetobenzamida, propranolol e nimesulida. Estes compostos análogos serão submetidos à estudos in sílico de propriedades farmacocinéticas e de toxicidade visando identificar características farmacológicas e perfis limitantes de continuidade das próximas etapas.

3.1.1. Estudos teóricos DFTs e planejamentos de novas moléculas
Em estudos preliminares as estruturas serão submetidas à análise conformacional pelo método robusto DFT á nível B3LYP com o conjunto de base 6-31+ G** empregado na otimização de geometria, para obtenção de estruturas de menor energia e mais estáveis e parâmetros teóricos relevantes para o estudo da relação entre estrutura e atividade quantitativa (QSAR) molecular.33 Os cálculos de propriedades eletrônicas tais como orbital molecular ocupado de maior energia (HOMO). Orbital molecular desocupado de menor energia (LUMO), será calculada usando os pacotes Gaussview e Gaussian 2009,34 no nível B3LYP35 com o conjunto de base 6-31+ G**.36
Para nossos estudos serão verificadas os seguintes descritores disponíveis dentro do HyperChem e do PM3: Energia Total (eV); Energia de Ligação (eV), Energia Eletrônica (eV); Energia de Hidratação (kcal mol-1); Calor de Formação (kcal mol-1); Volume (Å3); Área (Å2); Refratividade; Polarizabilidade Molecular (a.u.); Momento de Dipolo (D); Coeficiente de partição (LogP) Orbital de fronteria mais alto ocupado (HOMO) (eV); Orbital de fronteira mais baixo desocupado (LUMO) (eV); Dureza (Hardness) (eV); Eletronegatividade de Mullikan (eV); Ângulos diedros e cargas líquidas sobre átomos.37
Será realizado um estudo de predição das propriedades farmacocinéticas dos derivados planejados que serão obtidas por meio da ferramenta computacional PreADMET (http://preadmet.bmdrc.org/). Este servidor utiliza plataformas metodológicas que calculam propriedades farmacocinéticas como: Absorção Intestinal Humano (AIH), Permeabilidade das células Caco2, ligação às proteínas plasmáticas (LPP) e penetração da barreira hematoencefálica (PBH: Ccérebro/Csangue), interação com o transportador Glicoproteína-P (Pgp) e metabolismo (fase I e fase II).38
Realizaremos uma avaliação preditiva da toxicidade potencial dos derivados foi por meio do software Estimativa Dedutiva do Risco de Conhecimento Existente (DEREK) 10.0.2.39 O software calcula a probabilidade de toxicidade gerada pela aplicação de regras de conhecimento especializado em toxicologia aos dados retornados de bases de informações, por meio de interface com o referido programa computacional utilizado. A padronização da estrutura no programa usa um conjunto de regras de transformação incluindo, mas não limitado, a percepção de aromaticidade, transformando nitrogênios pentavalentes e removendo a estereoquímica específica. O objetivo da padronização é interpretar as estruturas com mais precisão, a fim de otimizar as previsões.40

3.1.2. Abordagem SBDD (Structure Based Drug Design): Docking e dinâmica molecular baseados na estrutura do ligante
Os estudos de docking proteína-ligante serão realizados com base nas estruturas cristalinas de proteínas de acordo com seus respectivos alvos, serão extraídas do PDB as estruturas de interesse. O estudo de docking molecular será realizado com o auxílio do programa AutoDock Vina,41 e a interface gráfica PyRx.42 O AutoDock é um conjunto de ferramentas que permitem a predição da interação entre ligante-macromolécula. Para identificar as possíveis combinações ligante-macromolécula, o programa possui 3 opções de algoritmos: SA (Simulated Annealing), GA (Genetic Algorithm) e LGA (Lamarckian Genetic Algorithm). Nesse trabalho, o algoritmo de busca utilizado será o Algoritmo Genético Lamarckiano (LGA), que apresenta os melhores resultados na busca do mínimo global.43
Simulações de dinâmica molecular (DM) são metodologias de mecânica molecular que buscam aproximações simples baseadas na física Newtoniana para simular movimentos atômicos reduzindo, assim, a complexidade computacional. A DM proporciona a obtenção de modelos moleculares bastante similares a realidade biológica, visto que, podem descrever características como a flexibilidade molecular e simular o efeito da temperatura.44

3.2 Síntese e caracterização das moléculas mais promissoras nos estudos in silico

Os diferentes grupos de moléculas contendo átomos de selênio em sua estrutura, em consonância com os melhores resultados obtidos na docagem molecular, poderão ser sintetizados pelo nosso grupo de pesquisa empregando condições e etapas de reação já descritas na literatura para outras classes de compostos. Conforme mostrado nas Figuras 4-6, os grupos de moléculas propostas estão divididos em 7 tipos, sendo estes: Se-Fluoxetina 1, Se-Tamoxifeno 2, Se-Vortioxetina 3, Se-Viloxazina 4, Se-Trimetobenzamida 5, Se-Propanolol 6 e Se-Nimesulida 7. Abaixo encontram-se as estratégias de síntese para cada um dos 7 grupos propostos.
3.2.1. Grupo 1: Síntese dos análogos selenilados da Fluoxetina 1
Para a proposta de síntese de análogos da Fluoxetina contendo selênio, baseou-se na primeira síntese da Fluoxetina descrita em uma patente pelos pesquisadores da Lilly Research Laboratories.45 Assim, a primeira reação consiste em uma reação de Mannich com a acetofenona 8, metanal e dimetilamina para gerar o intermediário β-dimetilaminopropiofenona 9. Em seguida, o intermediário pode reagir com diborana em THF para a formação do composto 3-(dimetilamino)-1-fenilpropan-1-ol 10, onde este pode ser convertido no intermediário 3-cloro-N,N-dimetil-3-fenilpropan-1-amina 11 através da utilização de ácido clorídrico, clorofórmio e cloreto de tionila. Na sequência, propõem-se uma selenilação com disselenetos de diarila 12, hidróxido de sódio e metanol para formação selanil-amina 13. As próximas duas etapas consistem na N-desmetilação da selanil-amina 13, em que pode ser adicionado um grupamento ciano ao nitrogênio formando o intermediário 14, para sua posterior eliminação formando os análogos selenilados da fluoxetina 1 (Esquema 1).


Esquema 1. Rota sintética dos análogos selenilados da fluoxetina 1

Desta forma, caso obtenhamos êxito na síntese proposta, uma variedade de análogos selenilados da fluoxetina 1 contendo diferentes padrões de substituição poderá ser sintetizada, incluindo a própria Se-fluoxetina (Figura 7).


Figura 7. Alguns análogos selenilados da fluoxetina 1 possíveis de sintetizar.


3.2.2. Grupo 2: Síntese dos análogos selenilados do Tamoxifeno 2
A síntese do análogo com selênio do tamoxifeno 2 pode ser realizada via acoplamento entre iodetos de arila, alquinos internos e ácido arilborônicos através da catálise de paládio. Para prosseguir para uma rota plausível, inicialmente há a necessidade de sintetizar o disseleneto de N,N-dimetiletilamina 17. Baseando-se no trabalho de Melnyk e colaboradores,46 a síntese do disseleneto desejado ocorre através da reação entre 2-cloro-N,N-dimetiletilamina 15 e selenocianato de potássio, gerando o intermediário amino-selenocianato 16. Após tratamento com hidróxido de sódio no meio reacional, é possível obter o produto 17 (Esquema 2).


Esquema 2. Rota sintética para a obtenção do disseleneto de N,N-dimetiletilamina 17

Baseando-se no trabalho de Larock e Zhou,47 será possível realizar a síntese do intermediário vinílico 21 através do acoplamento catalisado por paládio dos reagentes 18, 19 e 20. Através de métodos tradicionais para clivagem e substituição de disselenetos alifáticos em haletos arílicos,48 é possível chegar ao produto selenilado análogo ao tamoxifeno 2 (Esquema 3). Desta forma, não somente o análogo selenilado do tamoxifeno 2 poderá ser sintetizado, mas sim uma variedade de moléculas contendo diferentes substituintes R, que podem ser substituintes doadores e retiradores de elétrons, podendo-se então obter uma grande variedade de moléculas (Esquema 3).

Esquema 3. Rota sintética dos análogos selenilados do tamoxifeno 2

3.2.3. Grupo 3: Síntese dos análogos selenilados da Vortioxetina 3
Para a síntese de análogos selenilados da vortioxetina 3, pensou-se em três rotas sintéticas distintas. A primeira proposta consiste na reação de acoplamento entre disselenetos de diarila 12 com a 2-iodoanilina 22 para formar a selanil-anilina 23.49 Esse intermediário 23 pode ser submetido a uma substituição seguida de ciclização intramolecular com a bis(2-cloroetil)amina 24 em N-metil-2-pirrolidona (NMP) e tolueno para a formação do produto desejado 3 (Esquema 4).50


Esquema 4. 1º Rota sintética dos análogos selenilados da vortioxetina 3

A segunda rota sintética proposta consiste em realizar a diazotação da 2-iodoanilina 22, sob condições já descritas anteriormente,51 seguida da substituição do NH2 pelo grupo orgânico de selênio gerando o intermediário selanil-iodobenzeno 25. Por fim, através de um acoplamento com a piperazina, o intermediário formado anteriormente leva ao produto desejado 3 (Esquema 5).


Esquema 5. 2º Rota sintética dos análogos selenilados da vortioxetina 3

A terceira rota sintética proposta consiste na reação da piperazina com o 1-cloro-2-nitrobenzeno 26 para a formação do intermediário 1-(2-nitrofenil)piperazina 27.52 Em seguida esse intermediário pode sofrer uma reação de redução do grupamento NO2 para NH2, gerando o intermediário 2-(piperazin-1-il)anilina 28, o qual após uma diazotação pode sofrer a inserção do grupamento orgânico de selênio para formar o produto de interesse 3 (Esquema 6).53


Esquema 6. 3º Rota sintética dos análogos selenilados da vortioxetina 3

Desta forma, poderemos sintetizar uma variedade de análogos selenilados da vortioxetina 3, podendo variar diferentes substituintes R na porção orgânica de selênio (substituintes doadores e retiradores de elétrons), obtendo-se uma grande variedade de moléculas, incluindo a próp

O Brasil é extremamente dependente da importação de insumos para uso farmacêutico e agropecuário e o desenvolvimento de novas moléculas orgânicas, especialmente em escala industrial e com aplicabilidade imediata como medicamentos, herbicidas, fungicidas, inseticidas é de grande relevância. A produção desses insumos no país, além de desenvolver uma área de ponta, com alta tecnologia em Química Fina e Biotecnologia, evitaria os inúmeros problemas decorrentes da dependência de importação destes materiais e poderia tornar o Brasil um exportador de produtos acabados e com alto valor agregado. Desta forma, tornam-se necessários investimentos em pesquisas para síntese de novas moléculas orgânicas que possuam propriedades farmacológicas. Assim, em termos de resultados, acreditamos que o conhecimento gerado com esta proposta possa contribuir tanto para uma maior consciência na produção de insumos para uso farmacêutico, quanto para o desenvolvimento de artigos científicos e produtos patenteáveis e comercializáveis, contribuindo para o avanço da tecnologia e ciência no país.
Conforme mencionado nos objetivos propostos no presente plano de trabalho, estão planejados estudos de prospecção e síntese de análogos selenilados de fármacos comercialmente disponíveis. O projeto é bastante amplo e flexível, onde sete diferentes frentes de atuação podem ser distinguidas, dentro da ideia geral da preparação destes compostos. Essas sete frentes de atuação estão subdivididas em prospecção e síntese de análogos selenilados da fluoxetina, tamoxifeno, vortioxetina, viloxazina, trimetobenzamida, propranolol e nimesulida.
Como em todo projeto de pesquisa, algumas dificuldades são esperadas, entretanto existem bons precedentes na literatura para a preparação dos intermediários presentes nas rotas sintéticas propostas. Cabe ainda salientar que as estratégias de síntese delineadas são flexíveis, e modificações e/ou aperfeiçoamentos podem vir a serem feitas, na medida em que elas sejam necessárias.
Para a execução deste projeto será necessária a efetiva participação de estudantes de pós-graduação (doutorado e mestrado) e iniciação científica, que podem adquirir habilidades suficientes para executarem os experimentos, uma vez que em geral, não são necessárias técnicas muito complexas para a condução dos trabalhos. Pretendemos, ao longo do período de desenvolvimento do projeto, concluir a orientação de 3 alunos de doutorado, 2 alunos de mestrado e 5 alunos de iniciação científica dos cursos de graduação em química da UFPel, bem como orientar trabalhos de conclusão de curso (estágio). Os estudantes terão a oportunidade de se envolver em um projeto de drug-discovery, que envolve desde a docagem molecular, passando pela síntese das moléculas propostas, até o acompanhamento inicial dos testes in vitro. Esta experiência levará a uma formação diferenciada dos estudantes envolvidos, com um caráter multidisciplinar.
Cabe salientar que alguns dos reagentes necessários para algumas das etapas de síntese podem ser obtidos com Grupos de Pesquisa de outras Instituições, estabelecendo assim colaborações neste projeto. A identificação dos compostos será feita através de análise dos espectros de Infravermelho, Massas, Massas de Alta Resolução, Análise Elementar e Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio e Carbono-13, em colaboração com laboratórios especializados, localizados na Universidade Federal de Santa Maria, Universidade Federal do Rio Grande do Sul e na Universidade de Caxias do Sul.
Em termos de resultados, espera-se que o projeto propicie uma formação de alto nível aos estudantes envolvidos na sua execução. Espera-se também que os resultados obtidos sejam de impacto internacional, uma vez que o tema de atuação da proposta é em uma área de pesquisa de ponta no cenário internacional, portanto almeja-se que os resultados parciais obtidos sejam divulgados em congressos da área e os resultados de cada metodologia originem publicações relevantes, em periódicos de prestígio e bom fator de impacto. Espera-se também que ao menos uma molécula referente a cada classe proposta neste plano de trabalho, apresente bons resultados frente aos ensaios biológicos que serão realizados pelos grupos colaboradores. Aspira-se que estas moléculas devam apresentar atividades farmacológicas, tais como anti-inflamatória, antidepressiva, anti-hipertensiva, anticancerígena, propiciando a geração de patentes e consequentemente de produtos para comercialização.
Ainda, pretende-se realizar atividades de extensão com o objetivo de divulgação da proposta e consequentemente da Ciência no ambiente escolar, contribuindo com o compartilhamento de saberes entre a comunidade acadêmica e a sociedade. Para a comunidade em geral, pretendemos criar perfis nas plataformas de redes sociais (Instagram®, Facebook®, X e Youtube®), de forma que todos os resultados e as atividades desenvolvidas serão veiculados e promovidos na Internet por meio destes instrumentos de divulgação.
Neste sentido, a concessão deste auxílio irá contribuir, de maneira efetiva, para o desenvolvimento das atividades de pesquisa em Química na UFPel, subsidiando as diferentes demandas geradas no projeto. Assim, o presente projeto se justifica pelos seguintes pontos principais:
1. Prospecção e síntese de análogos selenilados de fármacos comercialmente disponíveis, destacando-se os fármacos fluoxetina, tamoxifeno, vortioxetina, viloxazina, trimetobenzamida, propranolol e nimesulida;
2. Uma futura utilização dos compostos obtidos neste projeto, em ensaios biológicos, sendo estes compostos potenciais candidatos a fármacos;
3. A contribuição decisiva para a formação de profissionais altamente qualificados a nível de doutorado, mestrado e de graduação, com um perfil diferenciado em relação à sua responsabilidade social;
4. Fortalecimento e Inserção Internacional do Grupo de Pesquisa em Síntese Orgânica da UFPel;
5. Consolidação e busca de Excelência do Programa de Pós-Graduação em Química da UFPel.