Síntese multicomponente e a formação de complexos de inclusão entre dihidropirimidinona e β-ciclodextrina e avaliação do seu potencial biológico em testes in vitro
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Universidade Federal de Lavras
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Programa de Pós-Graduação em Agroquímica
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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
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Meio ambiente
Saúde
Tecnologia e produção
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Tecnologia e produção
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ODS 3: Saúde e bem-estar
ODS 8: Trabalho decente e crescimento econômico
ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
ODS 12: Consumo e produção responsáveis
ODS 17: Parcerias e meios de implementação
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ODS 12: Consumo e produção responsáveis
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Dados abertos
Resumo
As reações multicomponentes (RMCs) ocorrem quando três ou mais reagentes são colocados em um único frasco reacional, para geração de uma molécula maior, sem a necessidade de purificação de cada intermediário. Um exemplo disso, são as dihidropirimidinonas (DHPM), que foi descrita pelo italiano Pietro Biginelli, partindo-se de um aldeído, ureia e acetoacetato de etila. Essa classe de compostos vem sendo muito explorada, devido as suas atividades farmacológicas, como atividade antimalárica, antituberculose e atividade citotóxica. Porém, muitas das vezes esses compostos, apresentam baixa solubilidade em água, e com isso, utilizam- se as ciclodextrinas (CDs), para melhorar tal característica. As CDs são estruturas com um formato de cone truncado, compostas por vários monômeros de glicose. Elas são utilizadas para abrigar diversas moléculas em sua cavidade, formando-se então os complexos de inclusão (CI). O objetivo deste trabalho, é obter o CI entre a DHPM e a β-ciclodextrina (β-CD), pelo método da liofilização. Para isso, a síntese da molécula utilizou-se um sistema de refluxo a uma temperatura de 80 oC, por um período de 1,5h. Para a caracterização dos CI, foram utilizadas técnicas espectroscópicas como espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) de 1H, calorimetria exploratória de varredura (DSC) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O ensaio de isotermas de solubilidade foi usado para determinar a constante de associação (Ka), permitindo avaliar o comportamento e a mudança de solubilidade do sistema (DHPM + β-CD), mediante ao aumento da concentração da molécula hospedeira. Ensaios de dissolução in vitro, foram realizados, para estabelecer a relação entre o tempo e a porcentagem de DHPM dissolvida. Propôs também analisar o potencial biológico dos CI e a molécula obtida do produto de síntese, avaliando a toxicidade aos efeitos na germinação, utilizando modelo vegetal Lactuca sativa L. (alface). Como resultados obtidos, a DHPM foi caracterizada pelas técnicas de FTIR e RMN de 1H, confirmando sua obtenção. No ensaio de solubilidade em solução aquosa, foi observado que a solubilidade aumentou 1,73; 1,53 e 1,43 vezes nas temperaturas de 25, 35 e 45 oC, respectivamente, com o aumento na concentração de ciclodextrina. As análises espectroscópicas, térmicas e microscópicas puderam confirmar a formação dos complexos de inclusão. Ensaios de dissolução in vitro mostraram que os complexos de inclusão melhoraram significativamente a solubilidade da DHPM em água e sua taxa de dissolução, indicando potenciais benéficos para liberação controlada e biodisponibilidade. No ensaio utilizando o modelo vegetal, os CI e a molécula não apresentaram toxicidade nas sementes de alface, na concentração testada. Adicionalmente, estudos como por exemplo, Biologia Molecular, podem ser necessários para investigar potenciais efeitos citogenetóxicos e os mecanismos de ação que estas substâncias podem causar em células vegetais. Ainda, por se tratar de um composto relacionado a área farmacêutica, testes in vivo são de extrema importância e devem ser realizados pois confirmam a biodisponibilidade do fármaco, garantindo ao mesmo tempo a segurança toxicológica antes de considerar sua aplicação clínica e terapêutica.
Abstract
Multicomponent reactions (MCRs) occur when three or more reactants are placed in a single reaction vessel to generate a larger molecule, without the need to purify each intermediate. An example of this is the dihydropyrimidinones (DHPMs), described by the Italian scientist Pietro Biginelli, starting from an aldehyde, urea, and ethyl acetoacetate. This class of compounds has been extensively explored due to their pharmacological activities, including antimalarial, antitubercular, and cytotoxic activities. However, these compounds often present low water solubility, which is why cyclodextrins (CDs) are used to improve this characteristic. CDs are structures with a truncated cone shape, composed of multiple glucose monomers. They are used to encapsulate various molecules in their cavity, thus forming inclusion complexes (ICs). The objective of this work is to obtain the IC between DHPM and β-cyclodextrin (β-CD) via the lyophilization method. For this, the synthesis of the molecule utilized a reflux system at 80 oC for a period of 1.5 hours. To characterize the ICs, spectroscopic techniques such as Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, proton nuclear magnetic resonance (1H NMR) spectroscopy, differential scanning calorimetry (DSC), and scanning electron microscopy (SEM) were used. Solubility isotherm assays were used to determine the association constant (Ka), allowing the evaluation of the system's (DHPM + β-CD) solubility behavior and changes in response to increased host molecule concentration. In vitro dissolution assays were performed to establish the relationship between time and the percentage of DHPM dissolved. Additionally, this study proposed analyzing the biological potential of the ICs and the synthesized product, evaluating toxicity effects on germination using the plant model Lactuca sativa L. (lettuce). As for the results, DHPM was characterized using FTIR and 1H NMR techniques, confirming its synthesis. In the solubility assay in an aqueous solution, solubility increased by 1.73, 1.53, and 1.43 times at 25, 35, and 45 oC, respectively, with increased cyclodextrin concentration. Spectroscopic, thermal, and microscopic analyses confirmed the formation of inclusion complexes. In vitro dissolution assays showed that inclusion complexes significantly improved DHPM’s solubility in water and its dissolution rate, indicating potential benefits for controlled release and bioavailability. In the plant model assay, the ICs and the molecule showed no toxicity at the tested concentration on lettuce seeds. Additionally, studies such as Molecular Biology may be necessary to investigate potential cytogenotoxic effects and the mechanisms of action that these substances might exert on plant cells. Furthermore, as this is a compound related to the pharmaceutical field, in vivo tests are extremely important and should be conducted to confirm drug bioavailability, ensuring toxicological safety before considering clinical and therapeutic applications.
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SILVA, Marcos Vinicios da. Síntese multicomponente e a formação de complexos de inclusão entre dihidropirimidinona e β-ciclodextrina e avaliação do seu potencial biológico em testes in vitro. 2024. 104 p. Dissertação (Mestrado em Agroquímica) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2024.
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