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Synthesis of 5-methylene(thio)ureas (thio)barbiturates as potential xanthine oxidase inhibitors
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Ciências Químicas | por |
| dc.contributor.advisor | Silvestre, Samuel Martins | |
| dc.contributor.advisor | Moreira, Vânia | |
| dc.contributor.author | Cavalheiro, Eunice Cerdeira Soares | |
| dc.date.accessioned | 2019-12-16T16:49:30Z | |
| dc.date.available | 2019-12-16T16:49:30Z | |
| dc.date.issued | 2017-03-10 | |
| dc.date.submitted | 2017-02-15 | |
| dc.description.abstract | Barbituric acids have an important role on the development of new drugs due to their various biological effects. Nowadays, these derivatives can be used as sedatives, hypnotics, anticonvulsants and anesthetics. Moreover, they possess antibacterial, antioxidant and anticancer activities. Most of these pharmacological properties are generally due to different side groups attached on C5 of the pyrimidine ring. By means of their general chemical and physical properties, barbituric acid and its thio-analogue are great precursors for the synthesis of several heterocyclic bioactive compounds. Some studies indicate that barbiturate derivatives can also inhibit xanthine oxidase (XO). This enzyme plays an important role in purines metabolism by transforming hypoxanthine to xanthine and then to uric acid. As the overproduction of uric acid is linked to gout disease, it is of high interest to inhibit XO. In this context, during the attempts to synthetize pyrimido [4,5-d]pyrimidine-5,7-diones and 7-thione analogues using (thio)barbituric acid and their 1,3-diphenyl and dimethyl analogues, new 5-methylene(thio)urea (thio)barbiturate compounds were prepared by one-pot reaction with ureas or thioureas and trialkyl ortho-formates in acetic acid. 5-(2-Nitro)benzilidene derivatives were synthesised as well. All these precursors were structurally characterized by Infrared (IR) spectroscopy, 1H, 13C NMR, HMBC and HSQC and MS-analysis. Antioxidant evaluation though the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) method was performed in all synthesised compounds, however no promising antioxidant activity was revealed. These derivatives were also tested as XO inhibitors, revealing insignificant inhibitory activity towards this enzyme, excepting 1,3-dimethyl-5-[(2-nitrophenyl)methylidene]-1,3-diazinane-2,4,6-trione which revealed 60% of inhibitory activity at 30µM. In addition, a cell proliferation assay in breast cancer cell line (MCF-7) through the colorimetric 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) method showed that these derivatives do not have relevant cytotoxic effects.Additionally, it was performed molecular docking studies in order to predict the binding energies and possible interactions with XO enzyme verifying that 5-methylenethiourea thiobarbiturates presented the lowest binding energy among the other synthesised compounds. | eng |
| dc.description.abstract | Os ácidos barbitúricos apresentam um papel muito importante na descoberta de novos fármacos devido ao enorme espetro de atividades biológicas que os seus derivados possuem. Quimicamente, estes compostos são pirimidino-2,4,6-trionas contendo cinco átomos (três oxigénios e dois azotos) com afinidade para estabelecer ligações não-covalentes e com o ião metálico dos locais ativos de vários alvos biológicos tornando-os ligandos polifuncionais versáteis. Contudo, as atividades farmacológicas dependem principalmente do grupo substituinte ligado no carbono 5 do anel pirimidínico da molécula. Nexte contexto, o metileno do anel pirimidínico é um grupo ativado, tendo capacidade para perder um dos seus dois protões gerando diversas formas de ressonância quando desprotonado. Estes compostos exibem dois tipos de tautomerismo, ceto-enol e lactama-lactim, através da transferência de átomos de hidrogénio, tanto do grupo metileno como do grupo imino, para os átomos de oxigénio. O método mais usado na preparação de ácidos barbitúricos consiste numa condensação entre ureias e malonatos. O Barbital é um hipnótico e foi o primeiro ácido barbitúrico a ser comercializado. Após o lançamento deste fármaco clínico, o interesse em sintetizar novos derivados barbitúricos cresceu exponencialmente, o que levou à descoberta de outros fármacos não só com ação hipnótica, mas também com ação antiepilética e anestésica. Atualmente existem compostos barbitúricos com propriedades anticancerígenas, antibacterianas, antioxidantes entre outras. Devido às propriedades gerais acima referidas, muito comuns em pirimidinas, os ácidos barbitúricos podem ser utilizados na síntese de diversos derivados e de vários compostos O- e N-heterocíclicos através de diferentes métodos sintéticos, envolvendo nomeadamente a adição de Michael e de reações de Manich, Knoevenagel, Biginelli e de Hantzch. A xantina oxidase (XO) é uma oxidoreductase envolvida no processo metabólico de uma grande variedade de purinas, pirimidinas, entre outros. Através de reações de hidroxilação, esta enzima transforma a hipoxantina em xantina, seguida da sua oxidação em ácido úrico. A produção excessiva deste último metabolito e consequente acumulação e deposição sob a forma de cristais em determinados locais do organismo leva a um tipo de inflamação denominado gota. Neste âmbito, a XO é o alvo terapêutico mais comum no tratamento da gota sendo importante a sua inibição. O alopurinol, um análogo purínico, é um fármaco que inibe esta enzima. Contudo, este apresenta vários efeitos secundários, sendo necessário o desenvolvimento de inibidores seletivos e potentes. No desenvolvimento de novos compostos surgiram duas classes de inibidores: análogos purínicos e não-purínicos. Dentro da primeira classe foram sintetizados vários análogos de adeninas, guaninas, pirimidinas, pteridonas e xantinas. Embora se registassem bons resultados inibitórios, estes análogos não mostraram boa seletividade, podendo interferir com outras enzimas do organismo. Assim, nasceu a necessidade de desenvolver novos compostos não-purínicos seletivos, sendo que, atualmente, se conhece uma extensa variedade de inibidores reportados como, por exemplo, derivados pirazole-carboxílicos, flavonoides e flavonas. O fármaco febuxostat é um inibidor não-purínico da XO, tendo maior potência e seletividade que o alopurinol. A síntese de moléculas híbridas através do rearranjo do core de dois derivados inibidores de classes químicas diferentes permitiu obter compostos com uma boa ação inibitória da XO. Neste contexto, este trabalho visa a síntese de derivados de ácido barbitúrico e tiobarbituricos e sua avaliação como potenciais inibidores da XO. Nesta dissertação são apresentados os resultados da síntese de derivados (tio)barbitúricos 5-metileno(tio)ureias e de (tio)barbituricos 5-(2-nitro)benzilidenos, precursores de pirimido [4,5-d]pirimidinas, os produtos finais desejados. Sabendo que alguns derivados de ácidos barbitúricos possuem efeitos inibitórios da XO, foi estudada a ação inibitória da XO, a atividade antioxidante e os efeitos na proliferação celular. Adicionalmente, foi realizado o estudo de docking molecular visando a previsão das energias de ligação e as possíveis interações dos compostos obtidos com o local ativo da XO. O processo de obtenção dos novos barbitúricos 5-metilenoureias e seus tio-análogos baseou-se numa síntese de um só passo (one-pot), pela mistura de ácido barbitúrico ou os seus tio- e N,N-análogos, trialquil orto-formato e ureia ou tioureia em ácido acético em refluxo. Relativamente à preparação de (tio)barbituricos 5-(2-nitro)benzilidenos, esta sucedeu-se reagindo o respetivo ácido barbitúrico com 2-nitroaldeido em água. Todos os compostos sintetizados foram estruturalmente caracterizados por espectrometria infravermelho, ressonância magnética nuclear (RMN) de protão e de carbono, HSQC (Heteronuclear Single Quantum Coherence) e HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Correlation), análise de massa e determinou-se igualmente os pontos de fusão dos compostos. O teste da atividade antioxidante das moléculas obtidas foi realizado utilizando o método 2,2-difenil-1-picrilidrazil (DPPH). Os resultados demonstraram que tanto as (tio)barbitúricos metileno(tio)ureas tanto os (tio)barbitúricos 5-(2-nitro)benzilidenos não apresentaram bom poder redutor concluindo que estes derivados barbitúricos pouca atividade antioxidante. Dentro dos compostos testados, o [(4,6-dioxo-1,3-difenil-2-sulfanilideno-1,3-diazinano-5-ilideno)metil]tioureia e o [(1,3-dimetil-2,4,6-trioxo-1,3-diazinano-5-ilideno)metil]tioureia apresentaram alguma atividade antioxidante. No ensaio enzimático de screening, utilizando XO de bovino, verificou-se que os compostos sintetizados aparentemente muito pouca atividade inibitória, visto que os resultados mostraram valores de inibição extremamente baixos, à exceção do 1,3-dimetil-5-[[2-nitrofenil)metilideno]-1,3-difenil-2-sulfanilideno-1,3-diazinano-4,6-dione que revelou uma inibição de cerca de 60%. A avaliação do efeito anti proliferativo foi realizada através do método colorimétrico do brometo de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolio (MTT) após a cultura celular da linha celular humana do cancro da mama (MCF-7). Os compostos sintetizados não mostraram atividade citotóxica relevante verificando-se valores de viabilidade celular bastante elevados. Relativamente ao estudo computacional, após a realização do docking das moléculas sintetizadas, verificou-se que as energias de ligação no sítio ativo da enzima XO encontravam-se próximas das energias dos compostos de referência (alopurinol e febuxoxtat). Dentro da serie de compostos produzidos, aquele que demonstrou menor energia de ligação foi o composto [(4,6-dioxo-1,3-difenil-2-sulfanilideno-1,3-diazinan-5-ilideno)metil]urea. | por |
| dc.identifier.tid | 202337677 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.6/7881 | |
| dc.language.iso | eng | por |
| dc.subject | Ácidos 5-Metileno(Tio)Ureias (Tio)Barbitúricos | por |
| dc.subject | Antioxidantes | por |
| dc.subject | Atividade Antiproliferativa | por |
| dc.subject | Docking Molecular | por |
| dc.subject | Inibidores da Xantina Oxidase | por |
| dc.title | Synthesis of 5-methylene(thio)ureas (thio)barbiturates as potential xanthine oxidase inhibitors | por |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | por |
| rcaap.type | masterThesis | por |
| thesis.degree.name | 2º Ciclo em Química Medicinal | por |
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