A Microwave Assisted Optimization of New Spiroindolin-3-one(thio)barbiturates

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Soeiro, Pedro António Fantini
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.6/9683
Resumo: Medicinal Chemistry is a scientific area centered in the discovery and development of new bioactivated chemical entities. In recent years, a high interest in the synthesis of C5-substituted barbiturates, with various biological activities, has been shown. 5-(Benzisoxazol-3-ylidene) (thio)barbiturates, owning a 2,1-benzisoxazole, are one of these examples. 2,1-Benzisoxazoles are a class of compounds mainly known as precursors of other bioactive molecules such as quinolines, acridines, quinazolines and benzodiazepines. These transformations may be due to thermal cleavage of the N-O bond of the isoxazole nucleus, where the formation of a spiro, more precisely a spiroindolin-3-one, was postulated as an intermediate. Spiro compounds are composed of two or more cyclic structures fused to a single carbon. The tetrahedral nature of this carbon allows the formation of a perpendicular angle between the rings, which provides a unique rigid and three-dimensional conformation for these compounds, presenting different implications in various biological activities. In the present work, novel spiroindolin-3-one(thio)barbiturates have been developed. Their synthesis was subjected to an optimization of reactional conditions, varying the temperature and the solvent used, and using different methods of heating (oil bath, muffle, heating lamp and microwave). All compounds were synthetized with very good yields (70-85%) and were structurally characterized by nuclear magnetic resonance and infrared spectroscopy. Additionally, their effect in cell viability and xanthine oxidase inhibitory activity was evaluated, and, for a better understanding of the in vitro results, in silico studies were also realized. Generally, none spiroindolin-3-one(thio)barbiturates showed relevant cytotoxicity in the studied cell lines nor any relevant xanthine oxidase inhibitory activity. Further synthesis of new analogues is highly important for an optimization of the biological results, and for a better understanding of their respective structure-activity relationship. It is also of great importance the synthesis of new asymmetric spiroindolin-3-one(thio)barbiturates, as well as the separation of their enantiomers, to determine the individual biological activity of each one.
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spelling A Microwave Assisted Optimization of New Spiroindolin-3-one(thio)barbituratesSynthesis, biological and computational evaluationAvaliação BiológicaCaraterização EstruturalEspiroindolin-3-Ona(Tio)BarbituratosEstudos Computacionais.Síntese Por Micro-OndasDomínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências QuímicasMedicinal Chemistry is a scientific area centered in the discovery and development of new bioactivated chemical entities. In recent years, a high interest in the synthesis of C5-substituted barbiturates, with various biological activities, has been shown. 5-(Benzisoxazol-3-ylidene) (thio)barbiturates, owning a 2,1-benzisoxazole, are one of these examples. 2,1-Benzisoxazoles are a class of compounds mainly known as precursors of other bioactive molecules such as quinolines, acridines, quinazolines and benzodiazepines. These transformations may be due to thermal cleavage of the N-O bond of the isoxazole nucleus, where the formation of a spiro, more precisely a spiroindolin-3-one, was postulated as an intermediate. Spiro compounds are composed of two or more cyclic structures fused to a single carbon. The tetrahedral nature of this carbon allows the formation of a perpendicular angle between the rings, which provides a unique rigid and three-dimensional conformation for these compounds, presenting different implications in various biological activities. In the present work, novel spiroindolin-3-one(thio)barbiturates have been developed. Their synthesis was subjected to an optimization of reactional conditions, varying the temperature and the solvent used, and using different methods of heating (oil bath, muffle, heating lamp and microwave). All compounds were synthetized with very good yields (70-85%) and were structurally characterized by nuclear magnetic resonance and infrared spectroscopy. Additionally, their effect in cell viability and xanthine oxidase inhibitory activity was evaluated, and, for a better understanding of the in vitro results, in silico studies were also realized. Generally, none spiroindolin-3-one(thio)barbiturates showed relevant cytotoxicity in the studied cell lines nor any relevant xanthine oxidase inhibitory activity. Further synthesis of new analogues is highly important for an optimization of the biological results, and for a better understanding of their respective structure-activity relationship. It is also of great importance the synthesis of new asymmetric spiroindolin-3-one(thio)barbiturates, as well as the separation of their enantiomers, to determine the individual biological activity of each one.A Química Medicinal é uma área científica que se dedica à descoberta e desenvolvimento de novos compostos químicos, com o objetivo de identificar a sua atividade biológica, efeitos secundários, metabolismo e interpretação das relações estrutura-atividade com os seus recetores. A descoberta e desenvolvimento de fármacos pode ser dividida em duas fases distintas: uma primeira fase de estudos pré-clínicos onde é desenvolvido um candidato a fármaco, e uma segunda fase de estudos clínicos onde este candidato é avaliado ao nível da sua tolerância, eficácia e segurança em seres humanos, antes de ser comercializado. Os barbituratos pertencem a uma classe relevante de compostos químicos devido à sua, já conhecida, ampla gama de atividades biológicas. Estes compostos têm sido utilizados como depressores do sistema nervoso central, podendo atuar como ansiolíticos, sedativos, hipnóticos, anestésicos e anticonvulsivantes, mas também podem ser utilizados como agentes antibacterianos, anticancerígenos, antiangiogénicos, imunomoduladores, antifúngicos e antioxidantes. O ácido barbitúrico, por si só, não apresenta atividade biológica relevante, mas, alterações na sua estrutura, principalmente na posição C5, podem potenciar um efeito farmacológico mais promissor. Face a isso, nos últimos anos, testemunhou-se um elevado interesse na síntese de barbituratos substituídos nessa mesma posição, com diversas atividades biológicas. De entre os inúmeros exemplos, são de destacar os 5-(benzisoxazol-3-ilideno)(tio)barbituratos, com atividade inibitória da produção de ácido úrico, inibindo a enzima xantina oxidase. Estes 5-(benzisoxazol-3-ilideno)(tio)barbituratos, têm na sua constituição um ácido (tio)barbitúrico substituído em C5 por um anel 2,1-benzisoxazole. Os 2,1-benzisoxazois são heterocíclicos aromáticos constituídos por um isoxazole fundido com um anel de benzeno, sendo conhecidos como precursores de outras moléculas bioativas, nomeadamente quinolinas, acridinas, quinazolinas e benzodiazepinas. Este interesse sintético deve-se principalmente à facilidade de clivagem térmica da ligação N-O do núcleo isoxazole, tendo sido descrita a formação de compostos espiros como intermediários, mais precisamente de uma espiroindolin-3-ona. Neste contexto, é de referir que compostos espiro são constituídos por duas ou mais estruturas cíclicas fundidas num único átomo de carbono. A natureza tetraédrica desse carbono permite a formação de um ângulo perpendicular entre os anéis, o que leva a uma conformação rígida e tridimensional única para estes compostos, podendo apresentar diferentes propriedades farmacológicas. No presente trabalho, foram desenvolvidos novos espiroindolin-3-ona(tio)barbituratos, utilizando como precursores (tio)ureias 1,3-dissubstituídas e, sequencialmente, os seus respetivos ácidos (tio)barbitúricos 1,3-dissubstituídos, 5-(2-nitrobenzilideno)pirimidinas e 5-(benzisoxazol-3-ilideno)pirimidinas. A síntese dos espiroindolin-3-ona(tio)barbituratos foi sujeita a um processo de otimização das condições reacionais, fazendo-se variar a temperatura e o solvente utilizado, e utilizando-se diferentes tipos de aquecimento (banho de óleo, mufla, lâmpada de aquecimento e micro-ondas). Todos os compostos obtidos foram devidamente caracterizados por determinação dos seus pontos de fusão, espectroscopia de infravermelho e de ressonância magnética nuclear de protão e carbono. Todos os espiroindolin-3-ona(tio)barbituratos simétricos sintetizados foram avaliados biologicamente, analisando os seus efeitos na viabilidade celular, tendo sido também determinada a sua atividade inibitória para com a xantina oxidase. Os estudos de viabilidade celular foram realizados em fibroblastos normais da derme humana e em células de cancro da mama. Num screening inicial, as células foram expostas aos compostos sintetizados, numa concentração de 30 µM durante 72 horas, tendo sido utilizado o 5-fluorouracilo como controlo positivo. A determinação da proliferação celular foi realizada mediante ensaio do brometo de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difenil-tetrazólio. Para os compostos que apresentaram a maior ação antiproliferativa nos fibroblastos normais da derme humana, procederam-se a ensaios para determinar a curva concentração-resposta. Para tal, os compostos foram incubados com as células, em seis concentrações distintas (0,1, 1, 10, 30, 50 e 100 µM) no mesmo período de 72 horas, e os valores de IC50 foram calculados por um ajuste sigmoidal, considerando-se um intervalo de confiança de 95%. A atividade inibitória na xantina oxidase para com os espiroindolin-3-ona(tio)barbituratos sintetizados foi determinada espectrofotometricamente quantificando-se a quantidade de ácido úrico formado a partir da xantina ao longo do tempo. Utilizando o alopurinol como controlo positivo, realizou-se igualmente um screening dos espiroindolin-3-ona(tio)barbituratos, utilizando-se uma suspensão de xantina oxidase. A reação enzimática foi iniciada após a adição de xantina e posterior incubação a 37°C durante 10 minutos, e as leituras das absorvâncias foram realizadas a 295 nm ao fim de cada minuto. Para os compostos que demonstraram uma maior ação inibitória, procederam-se a ensaios para determinar a curva concentração-resposta. Para tal, incubaram-se novamente os compostos com a enzima em seis concentrações distintas (0,01, 0,1, 1, 7,5, 15 and 30 µM) e os valores de IC50 foram calculados por um ajuste sigmoidal dos resultados obtidos, considerando-se um intervalo de confiança de 95%. Adicionalmente, estudos de docking molecular foram realizados de modo a obter informação relativa à orientação espacial dos ligandos na enzima, permitindo assim uma melhor perceção dos resultados obtidos in vitro. Foram também realizadas previsões das propriedades farmacocinéticas e de toxicidade dos espiroindolin-3-ona(tio)barbituratos sintetizados, a partir do software online pkCSM. A nível da síntese química, todos os compostos obtidos foram sintetizados com rendimentos globais razoáveis. Com a otimização da síntese dos espiroindolin-3-ona(tio)barbituratos, foi possível obtê-los mediante irradiação micro-ondas em dimetilformamida a 100ºC, com rendimentos entre 70-85%. Neste trabalho foram igualmente avaliadas as atividades dos espiroindolin-3-ona(tio)barbituratos como agentes antiproliferativos e inibidores da xantina oxidase. Quanto à viabilidade celular, nenhum dos compostos apresentou citotoxicidade significativa nas linhas celulares estudadas. No estudo da inibição da xantina oxidase, o 1',3'-diphenyl-2'-thioxo-2',3'-dihydro-4'H-spiro[indoline-2,5'-pyrimidine]-3,4',6'(1'H)-trione foi o composto que demonstrou maior atividade mas, contudo, esta foi inferior ao controlo positivo do alopurinol. Nos resultados obtidos para o docking molecular é de realçar que, alguns dos espiroindolin-3-ona(tio)barbituratos, mostraram afinidades muito próximas às do alopurinol com a xantina oxidase, contudo esses resultados não se refletiram nos resultados obtidos in vitro. Em relação às previsões de propriedades farmacocinéticas e de toxicidade, todos os compostos cumpriram as regras de Lipinski, bem como a maioria dos critérios farmacocinéticos e de toxicidade previstos. Como trabalho futuro, propõe-se estudos para melhorar não só a potência e seletividade dos espiroindolin-3-ona(tio)barbituratos como também a sua farmacocinética. Será de igual forma importante continuar a síntese de mais derivados destes compostos, variando os substituintes no seu esqueleto molecular de modo a otimizar os resultados biológicos obtidos e a sua relação estrutura-atividade. Também é de grande importância continuar a síntese de novos espiroindolin-3-ona(tio)barbituratos assimétricos, bem como a separação de seus enantiómeros para determinar a atividade biológica individual de cada um.Almeida, Paulo Jorge da SilvaBoto, Renato Emanuel FelixuBibliorumSoeiro, Pedro António Fantini2020-10-08T00:30:14Z2018-10-312018-10-82018-10-31T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.6/9683TID:202357716enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-12-15T09:50:55Zoai:ubibliorum.ubi.pt:10400.6/9683Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T00:49:47.269532Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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description Medicinal Chemistry is a scientific area centered in the discovery and development of new bioactivated chemical entities. In recent years, a high interest in the synthesis of C5-substituted barbiturates, with various biological activities, has been shown. 5-(Benzisoxazol-3-ylidene) (thio)barbiturates, owning a 2,1-benzisoxazole, are one of these examples. 2,1-Benzisoxazoles are a class of compounds mainly known as precursors of other bioactive molecules such as quinolines, acridines, quinazolines and benzodiazepines. These transformations may be due to thermal cleavage of the N-O bond of the isoxazole nucleus, where the formation of a spiro, more precisely a spiroindolin-3-one, was postulated as an intermediate. Spiro compounds are composed of two or more cyclic structures fused to a single carbon. The tetrahedral nature of this carbon allows the formation of a perpendicular angle between the rings, which provides a unique rigid and three-dimensional conformation for these compounds, presenting different implications in various biological activities. In the present work, novel spiroindolin-3-one(thio)barbiturates have been developed. Their synthesis was subjected to an optimization of reactional conditions, varying the temperature and the solvent used, and using different methods of heating (oil bath, muffle, heating lamp and microwave). All compounds were synthetized with very good yields (70-85%) and were structurally characterized by nuclear magnetic resonance and infrared spectroscopy. Additionally, their effect in cell viability and xanthine oxidase inhibitory activity was evaluated, and, for a better understanding of the in vitro results, in silico studies were also realized. Generally, none spiroindolin-3-one(thio)barbiturates showed relevant cytotoxicity in the studied cell lines nor any relevant xanthine oxidase inhibitory activity. Further synthesis of new analogues is highly important for an optimization of the biological results, and for a better understanding of their respective structure-activity relationship. It is also of great importance the synthesis of new asymmetric spiroindolin-3-one(thio)barbiturates, as well as the separation of their enantiomers, to determine the individual biological activity of each one.
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