Nome do Projeto
Síntese de compostos organocalcogênios utilizando meios reacionais e fontes de energias alternativas
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/09/2022 - 31/08/2026
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Exatas e da Terra
Resumo
Estudos relacionados à síntese de compostos organocalcogênios (S, Se, Te) estão cada vez mais sendo explorados em química orgânica. Este fato ocorre devido à importância destas moléculas, principalmente no que diz respeito as suas aplicações na área farmacológica. Moléculas orgânicas contendo estes átomos na sua estrutura são, por exemplo, relacionadas à atividade anticâncer, ansiolítica e antidepressiva. Desta forma, nosso grupo de pesquisa se empenha na síntese de novas moléculas contendo calcogênios seguindo a linha da busca por métodos verdes. Para isso, são aplicadas fontes de energias alternativas, tais como a luz visível, micro-ondas e ultrassom, as quais são usadas como alternativas aos métodos convencionais de síntese, com o intuito de diminuir o tempo do processo e garantir que o método seja mais brando. Concomitantemente, o emprego de reagentes alternativos, considerados ambientalmente amigáveis, é uma área de pesquisa em desenvolvimento. Neste sentido, podemos destacar o agente oxidante comercializado como Oxone®, sendo este considerado de baixo custo e atóxico. Nos últimos anos, nosso grupo de pesquisa vem estudando a utilização deste reagente para a geração de espécies eletrofílicas e/ou radicalares de calcogênios. Estas espécies estão sendo empregadas em diversas reações como, por exemplo, reações de ciclização e na funcionalização de compostos heterocíclicos. Ainda, novos estudos relacionados à utilização de solventes verdes estão sendo realizados. Desta forma, solventes como polietilenoglicol-400 (PEG-400) e glicerol ganham destaque devido as suas propriedades físico-químicas, consideradas sustentáveis. Assim, diante da importância biológica/farmacológica de compostos organocalcogênios, aliada a necessidade do desenvolvimento de métodos verdes, este projeto visa preparar estes compostos através do uso de fontes alternativas de energias, reagentes ambientalmente amigáveis e solventes verdes. Os compostos organocalcogênios serão obtidos utilizando estratégias sintéticas como: reações de ciclização eletrofílica, oxidação, expansão de anel, reações de adição, rearranjos, funcionalização de heterociclos, dentre outras. Além disso, serão realizados estudos de mecanismos utilizando técnicas de RMN e Espectroscopia de Massas, bem como será avaliado a reatividade observada com as espécies nucleofílicas e eletrofílicas de organocalcogênios, quando utilizamos PEG e/ou energias alternativas. As novas substâncias sintetizadas serão avaliadas por grupos de pesquisa com os quais mantemos colaboração, buscando possíveis atividades farmacológicas.

Objetivo Geral

Considerando a importância dos compostos organocalcogênios (S, Se, Te) no campo biológico e na ciência dos materiais, bem como a necessidade de desenvolver métodos mais eficientes e mais limpos, este projeto visa desenvolver metodologias sintéticas para a obtenção destas moléculas utilizando energias alternativas (fotoquímica, sonoquímica ou uso de micro-ondas), reagentes seguros (Oxone®) e/ou solventes verdes (PEG-400, glicerol, etanol). Assim, novos compostos orgânicos contendo átomos de selênio, telúrio ou enxofre serão preparados abrangendo alguns dos princípios da química verde e sustentável. Além disso, conforme os resultados obtidos na proposta anterior, relacionados aos estudos de mecanismos utilizando técnicas de RMN e Espectroscopia de Massas e na diferença de reatividade observada com as espécies nucleofílicas e eletrofílicas de organocalcogênios, quando utilizamos PEG e/ou energias alternativas, estamos propondo os objetivos descritos a seguir. Por fim, com a colaboração de grupos de pesquisa parceiros, serão avaliadas possíveis atividades farmacológicas (por ex. anti-oxidante, antinociceptiva, antidepressiva ou anti-inflamatória) relacionadas aos compostos obtidos nesse projeto.

Justificativa

O presente projeto se justifica pelos seguintes pontos principais:
1. Domínio de novas tecnologias para obtenção de compostos bioativos derivados de organocalcogênios com potencial aplicação na indústria farmacêutica.
2. Ampliar a gama de compostos organocalcogênios obtidos sinteticamente.
3. Ampliar os estudos de mecanismo reacionais envolvendo a química dos organocalcogênios utilizando técnicas de RMN e Espectroscopia de Massas.
4. Ampliar os conhecimentos científicos na área da química sustentável, através da geração de novos processos mais limpos e transferência de tecnologia.
5. Consolidar o nível de Doutorado no programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal de Pelotas - PPGQ, que iniciou suas atividades no primeiro semestre de 2011.

Metodologia

O presente projeto está dividido em subprojetos que irão fazer parte de Teses, Dissertações e trabalhos de Iniciação Científica, que resumidamente serão realizados da seguinte forma:
6.1. Aplicação de energias alternativas para a obtenção de compostos organocalcogênios
6.1.1. A síntese de 2-organosselanilbenzo[b]calcogenofenos será realizada através da exposição dos substratos (E)-1-bromo-1-arilselenoalquenos orto-substituídos com grupos organocalcogenila a luz visível.
6.1.2. Os tioésteres α-selanil-α,β-insaturados serão obtidos através do rearranjo do tipo Meyer-Schuster de propargiltioalquinos utilizando dicalcogenetos de diorganoíla na presença de luz visível.
6.1.3. A síntese de 1-organil-2-(organocalcogenil)-3H-benzo[f]cromenos será realizada através de uma ciclização/rearranjo do tipo Claisen de éteres aril-propargílicos utilizando dicalcogenetos de diorganoíla na presença de luz visível.
6.1.4. Será realizada a síntese de derivados de tiocromonas contendo grupos organocalcogênios. O estudo ocorrerá através das reações entre diferentes 3-organil-1-[2-(alquiltio)fenil]prop-2-in-1-onas e dicalcogenetos de diorganoíla na presença de luz visível.
6.1.5. Os derivados de tieno[2,3-b]piridinas funcionalizadas com organocalcogênios serão realizadas reações entre diferentes 3-(organiletinil)-2-(alquiltio)piridinas e disselenetos de diorganoíla na presença de luz visível.
6.1.6. A síntese de 2H-benzo[4,5]imidazo[2,1-b][1,3]tiazinas será realizada através das reações entre 2-[(3-organilprop-2-in-1-il)tio]-1H-benzo[d]imidazol e dicalcogenetos de diorganoíla, na presença de luz visível.
6.1.7. A obtenção dos compostos mono- ou bis(organosselanil)-1H-pirróis será realizada através das reações multicomponentes entre aminas primárias, 2,5-hexanodiona e disselenetos de diorganoíla, utilizando micro-ondas como fonte alternativa de energia e Oxone® como oxidante verde.
6.1.8. As 3-(organocalcogenil)quinolinas serão obtidas através das reações entre N-fenil-1,3-di-organilprop-2-in-1-iminas e dicalcogenetos de diorganoíla na presença de um oxidante verde e empregando o ultrassom como fonte de energia alternativa.
6.1.9. A obtenção de 3,4-(dihidronaftalen-2-il)-organocalcogenilas será realizada através das reações entre but-1-ino-1,4-diildibenzeno e dicalcogenetos de diorganoíla, utilizando um oxidante verde e irradiação ultrassônica.
6.1.10. O uso do ultrassom também será empregado nas reações entre 1,5-diorganilpenta-1,4-diin-3-ol, dicalcogenetos de diorganoíla e Oxone®, levando a obtenção dos produtos de interesse 4-(organilcalcogenil)calcogenofen-2-il)organonas.
6.1.11. A síntese de 3-(organilcalcogenil)-4H-calcogenocromenos será realizada através das reações entre 2-[2-(butilselanil)fenil]-4-organilbut-3-in-2-óis e dicalcogenetos de diorganoíla, utilizando um oxidante verde e irradiação ultrassônica.
6.1.12. Com o intuito de conectar o potencial farmacológico das cromenonas a compostos organocalcogênios, pretende-se realizar um estudo entre 3-organilpropiolato de fenila e dicalcogenetos de diorganoíla na presença de um oxidante verde e irradiação ultrassônica.
6.1.13. A síntese de 3,4-bis(organilcalcogenil)-2,5-dihidrofuranos ocorrerá através das reações entre 2,5-dimetilhex-3-ino-2,5-diol e dicalcogenetos de diorganoíla na presença de um oxidante verde e irradiação ultrassônica.
6.1.14. A obtenção dos compostos 4-(organocalcogenil)isoquinolin-2-ium-2-il)(tosil)amidas ocorrerá a partir das reações de ciclização entre 4-metil-N'-(2-(organiletinil)benzilideno)benzenosulfonohidrazida e dicalcogenetos de diorganoíla, promovida por ultrassom e um oxidante verde.
6.1.15. A síntese de calcogenofenos 3-substituídos será realizada através das reações entre 2-(butilselanil)-1-(organiletinil)ciclohexan-1-óis e dicalcogenetos de diorganoíla na presença de um oxidante verde e irradiação ultrassônica.
6.2. Uso de reagentes seguros na obtenção e aplicação de compostos organocalcogênios
6.2.1. Objetivando a potencialização das propriedades dos cromenos, será realizado um estudo reacional entre éteres aril-propargílicos substituídos com grupo naftila e dicalcogenetos de diorganoíla na presença de Oxone®, para a obtenção de 1-organil-2-(organocalcogenil)-3H-benzo[f]cromenos.
6.2.2. A síntese de 6-(organocalcogenil)-5H-dibenzo[a,c][7]anulen-5-onas será realizada a partir da ciclização de alquinonas e dicalcogenetos de diorganoíla na presença de Oxone®.
6.2.3. Pretende-se realizar reações entre oximas e dicalcogenetos de diorganoíla utilizando Oxone® para obtenção destes compostos.
6.2.4. A síntese de calcogenoésteres α-calcogenil-α,β-insaturados a partir do rearranjo do tipo Meyer-Schuster também será realizada através de uma reação promovida por Oxone®. O estudo reacional será realizado entre propargilcalcogenoalquinos e dicalcogenetos de diorganoíla.
6.2.5. A obtenção de tiocromonas a partir da ciclização de 3-organil-1-[2-(alquiltio)fenil]prop-2-in-1-onas e dicalcogenetos de diorganoíla também será realizada na presença de Oxone®.
6.2.6. Considerando a importância de ambos os núcleos, pretende-se realizar um estudo reacional entre diinos e dicalcogenetos de diorganoíla na presença de Oxone®, para a obtenção de benzocromenos fundidos a calcogenofenos.
6.2.7. O Oxone® também será empregado na síntese de furanos 3-substituídos através das reações entre 2-(organiletinil)ciclohex-2-en-2-onas e dicalcogenetos de diorganoíla.
6.2.8. A síntese de 3-(organocalcogenil)-2H-tiocromenos será realizada a partir da ciclização de fenil(3-fenil-1,1-di-organilprop-2-in-1-il)sulfetos e dicalcogenetos de diorganoíla na presença de Oxone®.
6.2.9. A síntese de 3,4,4'-tris(organocalcogenil)-5H-espiro[furan-2,1'-isocromena] será realizada a partir da dupla ciclização entre 4-hidroxi-4-metil-1-[2-(feniletinil)fenil]pent-2-in-1-onas e dicalcogenetos de diorganoíla promovida por Oxone®.
6.2.10. A obtenção de 10aH-benzo[4,5]oxazolo[2,3-b][1,3]tiazinas a partir das reações de ciclização entre 2-[(3-organilprop-2-in-1-il)tio]benzo[d]oxazóis e dicalcogenetos de diorganoíla será realizada na presença de Oxone®.
6.2.11. Pretende-se realizar as reações entre 1-isociano-2-(organiletinil)benzenos e dicalcogenetos de diorganoíla utilizando Oxone® para síntese destes compostos.
6.2.12. Pretende-se realizar a síntese de 11-(organilselanil)benzo[4,5]calcogeno[2,3-b]quinolinas a partir das reações entre {2-[(2-isocianofenil)etinil]fenil}(organil)calcogenetos e dicalcogenetos de diorganoíla na presença de Oxone®.
6.2.13. A síntese de 6-fenil-5-(organilcalcogenil)benzo[b]nafto[2,1-d]calcogenofenos será realizada a partir da dupla ciclização entre diinos e dicalcogenetos de diorganoíla promovida por Oxone®.
6.2.14. A síntese de 3-(organilcalcogenil)indolin-2-onas será realizada a partir da ciclização de 1-metil-3-(organil)-1H-indóis e dicalcogenetos de diorganoíla na presença de água e Oxone®.
6.2.15. A obtenção das 3-(organilcalcogenil)-1H-indol-2-aminas será realizada através de reações multicomponentes entre 1-metil-1H-indol, 4-metil-N,N-di-organilbenzenosulfonamidas e dicalcogenetos de diorganoíla, utilizando Oxone® como oxidante verde.
6.2.16. A obtenção das 4-(organilcalcogenil)isoquinolin-1(2H)-onas será realizada através das reações multicomponentes entre 2-(organiletinil)benzaldeídos, aminas primárias e dicalcogenetos de diorganoíla, na presença de Oxone®.
6.2.17. Com o intuito de obter heterociclos fundido ao núcleo indol serão realizadas reações entre diferentes indóis funcionalizados e dicalcogenetos de diorganoíla, na presença de Oxone®.
6.2.18. A síntese de 2-(organilcalcogenil)(etil)metanossulfonamidas será realizada a partir das reações de adição de sulfonamidas e dicalcogenetos de diorganoíla a alquenos na presença de Oxone®.
6.2.19. A obtenção de 2-fenil-2-[(organilcalcogenil)metil]ciclopentan-1-ones será realizada através das reações entre alquenilcicloálcoois, dicalcogenetos de diorganoíla e Oxone®.
6.2.20 A obtenção de aldeídos será realizada através da oxidação de álcoois na presença do sistema catalítico dicalcogeneto de diorganoíla/Oxone®.
6.2.21. A obtenção de amidas será realizada utilizando benzaldeído e aminas secundárias, utilizando os disselenetos de diorganoíla/Oxone® como sistema catalítico.
6.3. Aplicação de solventes verdes na síntese de compostos organocalcogênios
6.3.1. Para a síntese destes compostos, pretende-se realizar um estudo entre 2-naftol e ácidos organocalcogenínicos previamente sintetizados, utilizando glicerol como solvente verde.
6.3.2. A obtenção de 2,4-organilbenzo[b][1,4]calcogenazepinas será realizada através das reações entre N-(2-clorofenil)-1,3-difenilprop-2-in-1-iminas, calcogênio elementar, NaBH4 e PEG-400 como solvente verde.
6.3.3. O sistema calcogênio elementar/PEG-400/NaBH4 também será utilizado nas reações com cloretos alquílicos e arílicos para a síntese de calcogenetos simétricos.
6.3.4. Considerando a importância dos calcogenofenos, estes serão sintetizados a partir de reações entre 1-cloro-2-(organiletinil)benzenos, calcogênio elementar, NaBH4 e PEG-400.
6.4. Síntese e avaliação biológica de compostos organocalcogênios
Considerando a importância biológica dos compostos heterocíclicos, em especial dos compostos 1,3-tiazina-2-tionas, isoquinolinas, isoquinolinonas e calcogenazóis, pretende-se realizar a ativação das ligações C-H destes núcleos. Serão utilizados núcleos heterocíclicos com uma posição C-H ativa para que ocorra a formação da ligação C-calcogênio. Para a obtenção dos produtos de interesse serão testados dois métodos verdes (dicalcogenetos de diorganoíla/Oxone® ou ácidos organocalcogenínicos e glicerol como solvente). Após a obtenção desses produtos será feita a avaliação biológica.

Indicadores, Metas e Resultados

O presente projeto tem o objetivo de aplicar os princípios da química verde na preparação de novas moléculas orgânicas contendo átomos de calcogênio (S, Se, Te). Para isto, serão aplicadas fontes alternativas de energia, tais como a luz visível, micro-ondas e ultrassom visando diminuir o tempo de reação e garantir que o método seja mais brando. Ainda, será avaliado o emprego de reagentes alternativos, como o agente oxidante comercializado como Oxone®, sendo este considerado de baixo custo, atóxico e capaz de gerar de espécies eletrofílicas in situ, as quais serão aplicadas na funcionalização de compostos orgânicos com átomos de selênio e telúrio. Alternativamente, será avaliado o uso de solventes verdes, como o polietilenoglicol-400 (PEG-400) e o glicerol, que se destacam pelas suas propriedades físico-químicas, consideradas ambientalmente amigáveis. As novas substâncias sintetizadas serão avaliadas por grupos de pesquisa com os quais mantemos colaboração, buscando possíveis atividades farmacológicas.
Durante a execução deste projeto, serão desenvolvidas novas tecnologias para obtenção de compostos bioativos derivados de organocalcogênios com potencial aplicação na indústria farmacêutica. Será ampliada a biblioteca de moléculas contendo calcogênios em estudos sintéticos. Serão realizados estudos de mecanismo reacionais envolvendo a química dos organocalcogênios utilizando técnicas de RMN e Espectroscopia de Massas. Haverá a ampliação dos conhecimentos científicos na área da química sustentável, através da geração de novos processos mais limpos e transferência de tecnologia. Adicionalmente, a execução deste projeto irá contribuir para consolidar o nível de Doutorado no programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal de Pelotas – PPGQ, que iniciou suas atividades no primeiro semestre de 2011. Resultará na formação de recursos humanos qualificados, tanto na Graduação quanto na Pós-Graduação, com domínio na área de síntese orgânica, compostos organocalcogênios e dentro da filosofia da química verde.
Através da realização deste projeto pretendemos atingir as seguintes metas:
1. Publicar pelo menos 10 artigos sobre os estudos e aplicações de energias alternativas.
2. Publicar pelo menos 13 artigos dos estudos sobre reagentes seguros e uso do sistema catalítico (RY)2/Oxone®.
3. Publicar pelo menos 2 artigos dos estudos sobre solventes verdes.
4. Publicar pelo menos 3 artigos envolvendo a avaliação biológica.
Por fim, pretendemos obter os seguintes resultados:
1. Publicar artigos sobre a aplicação de energias alternativas para a obtenção de compostos organocalcogênios.
2. Publicar artigos sobre o uso de reagentes seguros na obtenção e aplicação de compostos organocalcogênios.
3. Publicar artigos sobre a aplicação de solventes verdes na síntese de compostos organocalcogênios.
4. Publicar artigos sobre a síntese e a avaliação biológica de compostos organocalcogênios.
5. Depositar pedidos de registro de patentes no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI).
6. Orientar alunos de Iniciação Científica com bolsa FAPERGS, CNPq e/ou UFPel.
7. Orientar alunos de Mestrado do PPGQ.
8. Orientar alunos de Doutorado do PPGQ.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
BRUNA RAFAELA PIZZI
DANIELA HARTWIG DE OLIVEIRA1
DIEGO DA SILVA ALVES1
EDER JOAO LENARDAO1
GELSON PERIN12
HELEN AFONSO GOULART
JONATAN DOS SANTOS GUEDES
KRIGOR BASTOS SILVA
MÁRCIO SANTOS DA SILVA1
PAOLA DOS SANTOS HELLWIG
RAQUEL GUIMARAES JACOB1
RICARDO HELLWIG BARTZ

Fontes Financiadoras

Sigla / NomeValorAdministrador
CNPq / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoR$ 52.800,00Coordenador
FAPERGS / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado Rio Grande do SulR$ 50.000,00Coordenador

Plano de Aplicação de Despesas

DescriçãoValor
339030 - Material de ConsumoR$ 90.000,00
339014 - Diária Pessoa CivilR$ 6.000,00
339039 - Outros Serviços de Terceiro - Pessoa JurídicaR$ 6.800,00

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