Utilização do D-manitol em síntese orgânica

D-Mannitol in Organic Synthesis

mannitol; carbohydrate; synthesis

REVISÃO

Utilização do D-manitol em síntese orgânica

D-Mannitol in Organic Synthesis

Pedro S. M. de Oliveira^I; Vitor F. Ferreira^I,*; Marcus Vinicius N. de Souza^II

^IDepartamento de Química Orgânica, Instituto de Química, Universidade Federal Fluminense, Outeiro de S. João Batista, s/n, 24020-141 Niterói - RJ, Brasil

^IIInstituto de Tecnologia em Fármacos-Far Manguinhos, Fundação Oswaldo Cruz, 21041-250 Rio de Janeiro - RJ, Brasil

ABSTRACT

D-mannitol is used in several fields including food, pharmaceuticals, cosmetics and textiles being an important carbohydrate found widespread in nature. Due to its chirality, it is largely used in organic synthesis with several applications, such as ligands, polymers, chiral pool, for preparation of small chiral building blocks, key intermediates in total synthesis. In this context, the aim of this review is to highlights recent applications of D-mannitol, especially in total synthesis.

Keywords: mannitol; carbohydrate; synthesis.

INTRODUÇÃO

O D-Manitol é um carboidrato natural encontrado em diversos vegetais, como beterraba, cebola, aipo, figo e azeitonas (Figura 1).¹ Além disso, está presente em alguns exsudatos de árvores e algas marinhas, dos quais pode ser obtido por meio de extração com álcool a quente. O maná² obtido da Fraximus ornus (Fam. Oleaceae) pode conter de 60 a 90% deste carboidrato.³

Este carboidrato não pode ser considerado como abundante na natureza e sua distribuição taxonômica é limitada. Portanto, sua extração comercial de fontes naturais não é economicamente viável. Entretanto, ele é facilmente obtido industrialmente a partir da mistura de D-sorbitol/D-manitol (Esquema 1), que é obtida pela hidrogenação do açúcar invertido (mistura comercial de D-glicose e D-frutose derivada da D-sacarose).

O D-Manitol é uma substância encontrada sob a forma de pó branco, que ao cristalizar adquire a forma de prismas ortorrômbicos e, às vezes, aglomerados de agulhas finas. Seu sabor é levemente doce, inodoro e provoca certo frescor ao entrar em contato com nosso paladar. Seu ponto de fusão é entre 165-168 ºC, sua densidade é aproximadamente 1,52 g/mL a 20 ºC e é altamente solúvel em água e piridina, bem como em álcool a quente. É pouco solúvel em álcool a frio e insolúvel em éter etílico.⁴ Sua solução aquosa mostra-se inativa ou levemente levógira.⁵

Por ser uma matéria-prima de baixo custo, é bastante utilizada para os mais diversos fins comerciais e científicos. A importância e a aplicabilidade desta matéria-prima quiral são motivações suficientes para periodicamente revermos os avanços que foram alcançados utilizando-a, principalmente, em síntese orgânica. O objetivo desta revisão foi apresentar as diversas aplicações do D-Manitol, em especial no que diz respeito a sua utilização e versatilidade como material de partida na síntese de ligantes e de diversas sínteses totais de produtos naturais complexos.

APLICAÇÕES GERAIS

Por ser um poliol altamente versátil apresenta diferentes aplicações, sendo utilizado para os mais diversos fins, que estão resumidos no Esquema 2. Na indústria farmacêutica, é usado como excipiente em comprimidos, especialmente aqueles destinados a se dissolverem na boca, devido à agradável sensação de doçura e frescor mencionada anteriormente. Por não ser higroscópico, é aconselhável em comprimidos contendo compostos sensíveis à umidade, tais como ácido acetilsalicílico e vitamina C, além de possuir excelentes propriedades de compressão mecânica. É um carboidrato incapaz de ser absorvido no trato gastrointestinal, sendo eliminado com facilidade por filtração glomerular. Dessa forma, o D-Manitol encontra aplicação na medicina⁶ como um diurético osmótico, sendo utilizado em neuroanestesia e neurorreanimação⁷ para diminuir o volume e edema cerebrais em pacientes com traumatismo craniano⁸ e a pressão intraocular. Também é útil como agente de diagnóstico em provas de função renal e no tratamento e prevenção de falência aguda renal, reduzindo o acúmulo excessivo de fluido celular e, assim, aumentando a excreção urinária. O mecanismo pelo qual o D-Manitol atua como um diurético osmótico reside no fato de ser uma molécula grande, que permanece no espaço vascular corporal. Esse fenômeno cria um gradiente osmótico entre o tecido e o espaço intravascular, o que resulta em um movimento de líquido do primeiro para o último.

Por sua característica edulcorante, torna-se bastante atraente do ponto de vista da indústria alimentícia dietética, pois é um carboidrato que possui valor calórico reduzido, uma vez que é absorvido apenas parcialmente no intestino delgado. O restante é metabolizado por bactérias presentes no intestino grosso. Além disso, a pouca quantidade que é absorvida não depende da insulina para ser metabolizada.

D-MANITOL EM SÍNTESE ORGÂNICA

Do ponto de vista estrutural, o D-Manitol possui eixo de simetria C₂ e 4 centros estereogênicos. Essas características, aliada ao baixo custo, permitiram que fosse utilizado amplamente na síntese de diversos ligantes quirais com o objetivo de serem aplicados em reações de catálise assimétrica.⁹ Para demonstrar a importância dos ligantes quirais baseados no D-manitol, foram selecionados os ligantes 1-3 (Esquema 3) e as reações em que foram aplicados como indutores de quiralidade.

Zhang e colaboradores prepararam o ligante 1, uma substância do tipo difosfolano, que foi testado em reações de hidrogenação assimétrica de deidroaminoácidos pró-quirais, visando a obtenção de α-aminoácidos quirais. O complexo Rh[(COD)₂]PF₆ foi utilizado como catalisador não quiral nestas reações de hidrogenação para formar in situ um complexo com o ligante 1 que efetivamente catalisasse a reação. Os resultados obtidos demonstraram que o catalisador é bastante eficiente, levando a excelentes resultados¹⁰ de enantiosseletividade (Esquema 4).

A síntese do ligante 1 iniciou-se a partir da proteção das hidroxilas do D-manitol seguida de hidrólise seletiva das hidroxilas 1, 2, 5 e 6, obtendo-se o monoacetonídeo 4. Posteriormente, a proteção seletiva das hidroxilas primárias 1 e 6 com cloreto de p-toluenossulfonila seguido de uma S_N2 intramolecular em meio básico forneceu o bis-epóxido 5, que foi convertido ao seu derivado dialquilado através de reação com CH₃CH₂MgBr e, em seguida, convertido ao seu sulfato cíclico 6 através de uma reação de esterificação com cloreto de tionila (SOCl₂) seguida de uma oxidação com cloreto de rutênio III (RuCl₃) e periodato de sódio (NaIO₄). O ataque nucleofílico de fenil-1,2-difosfina ao sulfato 6, na presença de n-butil-lítio, permitiu obter-se o composto 7 que, em seguida, foi submetido a uma reação de hidrólise branda dos grupos isopropilideno em presença de ácido metanossulfônico para obtenção do ligante 1 (Esquema 5).

Outro ligante quiral derivado do D-Manitol e utilizado com sucesso na reação de hidrogenação foi a substância ManniPhos (2) preparada por Huang e colaboradores¹¹ que se mostrou altamente enantiosseletiva para obtenção de acetoaminas quirais a partir da redução assimétrica de enamidas (Esquema 6).

A síntese do ligante ManniPhos¹² se iniciou pela transformação do D-Manitol em seu derivado 1,3:4,6-Di-O-benzilideno-D-Manitol 8.^13,14 Em seguida, alquilou-se seletivamente uma das hidroxilas restantes obtendo-se 9 que após reação com tricloreto de fósforo (PCl₃), seguida da adição de trietilamina e 1,1'-bi-2-naftol (BINOL) forneceu 2 (Esquema 7).

Chan e colaboradores sintetizaram o ligante DIMOP (3) também para ser utilizado como ligante quiral no complexo Rh[(COD)₂]BF₄. Dos ligantes apresentados anteriormente este é o mais simples do ponto de vista estrutural e o mais fácil de ser preparado. A reação modelo utilizada para testar a eficiência de 3 como indutor de quiralidade foi a reação de hidrogenação do ácido (Z)-acetamidocinâmico e seus análogos amido-acrilatos, que produziram derivados de α-aminoácidos com excelentes excessos enantioméricos,¹⁵ com seletividade para o enantiômero R (Esquema 8).

O ligante DIMOP (3) foi preparado a partir da reação entre o derivado 1,2,5,6-Di-O-isopropilideno-D-manitol 10 e dois equivalentes de diclorofenilfosfina em tetraidrofurano (THF) seco, trietilamina como base e quantidade catalítica de 4-(N,N-dimetilamino)piridina (DMAP) (Esquema 9).

As sínteses e os usos dos ligantes quirais 1-3, que foram mostradas nos parágrafos precedentes, demonstram o quanto de importância tem o D-manitol para a síntese assimétrica. Porém, sua utilidade em síntese orgânica ultrapassa em muito apenas este aspecto. Do ponto de vista da síntese orgânica, o D-manitol é um excelente material de partida para síntese de blocos de construção quirais (chiral building blocks)¹⁶ úteis na obtenção de diversos compostos enantiomericamente puros e biologicamente ativos (Esquema 10). No que diz respeito à síntese de produtos naturais, o D-manitol já foi extensivamente utilizado para obtenção de substâncias bastante complexas. Neste contexto, serão apresentadas a seguir, sínteses totais recentes de produtos naturais, com estrutura complexa, utilizando o D-manitol como substrato quiral de partida (Figura 2).

(+)-Goniopipirona

A (+)-Goniopipirona, (+)-Goniofufurona e (+)-7-epi-Goniofufurona são γ-lactonas obtidas espécies do gênero Goniothalamus pertencentes à família Annonaceae (Figura 3). Estas lactonas estão presentes em diversas espécies de arbustos e árvores presentes na Ásia.¹⁷ A medicinal tradicional tem utilizado o extrato de folhas e raízes destas plantas no tratamento de edemas, reumatismos, como repelente de mosquitos e abortivo. Devido a sua importância farmacológica, diversos estudos têm sido realizados com o objetivo de identificar seus constituintes, suas atividades biológicas, bem como realizar suas respectivas sínteses.^18,19

Yadav e Agrawal desenvolveram rotas sintéticas para estas três γ-lactonas naturais (Figura 3) utilizando o D-manitol como material de partida.²⁰ No entanto, para exemplificar, destacaremos somente o planejamento e a síntese da γ-lactona Goniopipirona, que apresenta promissoras propriedades antitumorais (Esquema 12).

O planejamento elaborado para a obtenção destas γ-lactonas racionalizado por Yadav e Agrawal foi baseado em três intermediários chaves, 13, 14 e 15, tendo como reações fundamentais a formação de anéis de sete membros por metátese de olefinas²¹ e uma reação de ciclização intramolecular (Esquema 11).

Para a obtenção do primeiro intermediário-chave 15 foram necessárias seis etapas reacionais a partir do D-manitol. Primeiramente, ele foi convertido no seu respectivo triacetonídeo 16 utilizando-se acetona e ácido sulfúrico em quantidade catalítica. A mono-desproteção regiosseletiva das hidroxilas terminais em meio ácido do triacetonídeo 16, seguida de uma reação utilizando trifenilfosfina, iodo e imidazol,²² forneceu o derivado olefínico 17. Esse derivado após clivagem oxidativa do diol para um aldeído utilizando-se tetraacetato de chumbo (IV) e o emprego do reagente de Grignard brometo de fenilmagnésio forneceu uma mistura de produtos em proporção diastereoisomérica de 1,5:1 que após cromatografia em coluna forneceu o intermediário chave 15 com configuração S. Posteriormente, a partir desse intermediário 15, a substância 18 foi sintetizada primeiramente protegendo-se a hidroxila secundária com p-metóxi-benzil (PMB), seguido da desproteção do diol e, finalmente, proteção regiosseletiva da hidroxila primária com o reagente cloreto de t-butildifenilsilil (TBDPSCl). Após esterificação do intermediário 18 utilizando-se o ácido vinil acético, diciclo-hexilcarbodiimida (DCC) e N,N-dimetilaminopiridina (DMAP) como catalisador foi obtido o derivado 19. A próxima etapa sintética consistiu na obtenção da lactona de sete membros 20, que foi realizada utilizando a reação de metátese de olefinas em 82% de rendimento. Em seguida foram realizadas as reações de desproteção dos dois grupos protetores fornecendo, assim, a lactona 21, que em presença de ácido m-cloroperbenzóico (m-CPBA) sofreu oxidação fornecendo a lactona chave 13 em 80% de rendimento e numa proporção de 5:1 em relação ao seu estereoisômero. Finalmente, a reação de ciclização intramolecular em presença de uma base estericamente impedida, o 1,8-diazabiciclo-[5.4.0]-undec-7-eno (DBU) forneceu em excelentes condições e rendimentos (84%), a γ-lactona (+)-Goniopipirona.

Esquamostolida

A esquamostolida (squamostolide) é uma bis-lactona natural pertencente à classe das acetogeninas anonáceas (Esquema 13). A família Annonaceae possui cerca de 400 substâncias isoladas de aproximadamente 37 espécies.¹⁸ Essa classe de substâncias é encontrada em diferentes áreas tropicais e subtropicais, sendo sua estrutura básica normalmente constituída por uma cadeia carbônica variando de 9 a 34 átomos de carbono (C₉-C₃₄) e uma γ lactona terminal, apresentando um amplo espectro de atividades biológicas, como antitumoral, antimalárica, antibiótica, inseticida, dentre outras. Devido à importância da família das acetogeninas anonáceas, Quinn e colaboradores²³ sintetizaram a esquamostolida²⁴ utilizando o D-manitol como material de partida (Esquema 13). A estratégia sintética de Quinn baseou-se na síntese convergente entre os fragmentos sintons 22 e 23, tendo como etapa chave a reação de metátese de olefinas para obtenção do intermediário 30. A síntese do trieno 22 foi realizada em cinco etapas utilizando D-manitol como material de partida. Primeiramente, esse carboidrato foi convertido no dieno 24 através da bromoacetilação, eliminação redutiva e reação de saponificação. Finalmente, o trieno 22 foi sintetizado após a monobenzilação, seguido da esterificação da hidroxila do dieno 24. No que se refere à lactona 23, sua síntese foi realizada em apenas duas etapas a partir do ácido tiofenilacético 25, que após a alquilação de seu enolato com o epóxido 26, seguido da lactonização em presença de meio ácido forneceu a lactona 27. Em seguida, o triflato 28, preparado em três etapas, reação de Wittig, hidrólise seguida de redução e formação do triflato, a partir do 10-undecenal 29, foi adicionado ao enolato formado, obtendo-se o intermediário-chave 23. A etapa chave desta síntese foi baseada na reação de metátese de olefinas entre os sintons sintetizados 22 e 23. Neste contexto, Quinn e colaboradores tentaram diferentes catalisadores e condições reacionais, sendo o catalisador de Hoveyda-Grubbs o que apresentou melhor resultado para a obtenção do intermediário 30 (77% de rendimento, Esquema 14), sem a formação da lactona 31. Em seguida, o produto natural esquamostolida foi obtido em 56% de rendimentos (três etapas), após a desproteção do grupo benzila, redução da dupla ligação, oxidação do enxofre e termólise.

(+)-Nakadomarina A

A (+)-Nakadomarina A (Esquema 15) é um alcalóide pertencente à família das manzaminas e, dentre estas, a única que apresenta um anel furânico em sua estrutura.²⁵ Esse alcalóide foi isolado pela primeira vez da esponja marinha Amphimedon sp. por Kobayashi e colaboradores, em 1997, na ilha japonesa de Okinawa, apresentando promissora atividade antitumoral. A síntese total realizada por Young e Kerr²⁶ utiliza como etapa chave uma cicloadição de três componentes entre a hidroxilamina 32, o aldeído 33 e o ciclopropano 34. O intermediário-chave obtido foi a oxazina 35, que teve sua configuração absoluta determinada pela quiralidade do anel ciclopropânico 34 (Esquema 15). Este, por sua vez, é obtido opticamente puro a partir do D-manitol em 6 etapas (Esquema 16). Primeiramente, obteve-se o intermediário benzilado 36, após a proteção das hidroxilas primarias do D-manitol com 2,2-dimetoxipropano (2,2-DMP) seguida de clivagem oxidativa do diol com periodato de sódio, redução da carbonila com hidreto de boro e sódio, benzilação da hidroxila livre com cloreto de benzila (BnCl) e posterior hidrólise do grupo isopropilideno. Em seguida, este derivado foi convertido ao seu respectivo sulfato cíclico 37, que após reagir com malonato de dimetila em dimetoxietano (DME) forneceu o derivado ciclopropânico 34 desejado.^27,28

(+)-Micalamida A

A (+)-Micalamida A é um produto natural marinho que foi isolado de esponjas do gênero Mycale²⁹ nas proximidades do porto de Otago na Nova Zelândia, sendo capaz de inibir em concentrações submolares a síntese de proteínas e do DNA, possuindo a característica de atuar bloqueando a ativação de células T, apresentando promissoras atividades antitumoral, antiviral e imunossupressora.³⁰ Kagawa e colaboradores³¹ sintetizaram-na, de modo convergente, a partir dos fragmentos 38 e 39, ambos obtidos inicialmente a partir do D-manitol (Esquema 17).

Primeiramente, a construção do fragmento 38 foi iniciada a partir do intermediário 10, seguida da clivagem oxidativa deste diol para obtenção de 11³² (Esquema 18). A reação de olefinação de Horner-Wadsworth-Emmons deste derivado com 40 forneceu o intermediário 41. Posteriormente, a redução de 41 com o hidreto de diisobutilalumínio (DIBAL-H) seguida da reação de epoxidação assimétrica de Sharpless, forneceu o epóxi-álcool 42 em 88% de rendimento, que teve sua hidroxila protegida com o cloreto t-butildifenilsilil (TBDPSCl) e, em seguida, sofreu uma reação de metilação-abertura de epóxido regiosseletiva para fornecer 43 numa mistura dos regioisômeros 1,2-diol e 1,3-diol em razão de 7:1. A mesilação do intermediário 43 forneceu 44, que através reações de desproteção do grupo silil, formação e abertura do epóxido e proteção do grupo hidroxila com cloreto de p-metoxibenzila (PMBCl) permitiu obter 45. Desproteção do grupo isopropilideno do composto 45 forneceu 46. Esse diol foi então transformado na olefina 47 através de uma clivagem oxidativa seguida de uma reação de Wittig. Finalmente, utilizou-se triflato de cobre (CuOTf) para promover uma ciclopropanação intermolecular fornecendo 48 em uma mistura de diastereoisômeros na proporção 3:1. Após a remoção do grupo protetor de 48 foi realizada uma reação de lactonização com di-seleneto de di-fenila e hidreto de boro e sódio seguida da reação de Krapcho^33,34 para fornecer a lactona 49. Esta foi então convertida no enol triflato correspondente, que foi transformado no vinil estanho 38 através de procedimento também já descrito na literatura³⁵ (Esquema 18).

A síntese do fragmento direito 39, proposta pelos autores, utilizou o aldeído 51 a partir do gliceraldeído 11. Para a obtenção do intermediário 39 realizou-se uma reação do tipo aldol cruzada promovida por um ácido de Lewis entre o aldeído 51 e o metil-trimetil-silil-dimetilceteno acetal 52. Nessa reação, utilizou-se o triflato de itérbio [Yb(OTf)₃] como ácido de Lewis, obtendo-se uma mistura de dois produtos 53a e 53b que após 13 etapas levou ao fragmento 39 (Esquema 19).

Os fragmentos 38 e 39 foram facilmente acoplados via formação de carbânion de 38 com butil-lítio como base levando ao produto 54, que então foi submetido a uma série de reações de transformação de suas funções para fornecer a (+)-Micalamida A (Esquema 20).

(S)-Clavulazina

A (S)-Clavulazina é um produto natural isolado pela primeira vez do coral Clavularia viridis³⁶ por Watanabe e colaboradores, em 1988, na ilha de Okinawa no Japão. Esse alcalóide apresenta importante atividade antimicrobiana e herbicida. Em termos estruturais tem um núcleo pirânico fundido a um núcleo pirazínico possuindo apenas um centro assimétrico (Esquema 21)^.37 A sua síntese foi realizada pela primeira vez, por Nagaiah e colaboradores³⁸ a partir do D-manitol, especialmente focada no uso do derivado gliceraldeído 11 (Esquema 21). Esse intermediário foi submetido a uma reação de adição nucleofilica à carbonila com brometo de alila, obtendo-se o intermediário 55. O derivado 56 foi obtido através de uma reação de alilação da hidroxila de 55 utilizando também brometo de alila em éter. Subseqüentemente, desprotegeram-se as hidroxilas do acetonídeo 56 com solução de HCl, fornecendo o diol 57. A oxidação do diol com periodato de sódio e solução saturada de bicarbonato de sódio em diclorometano, seguida de redução da carbonila com hidreto de boro e sódio em metanol forneceu o derivado 58. O álcool 58 obtido foi em seguida reagido com cloreto de metoximetila (MOMCl) para fornecer 59. Através de uma reação de metátese de olefinas,²¹ o intermediário diênico 59 foi convertido no derivado olefínico 60, que por sua vez foi epoxidado com ácido meta-cloroperbenzóico (m-CPBA), obtendo-se a mistura dos diastereoisômeros 61 e 62 na proporção de 75:25, respectivamente. Posteriormente, foi realizada a abertura desses epóxidos com azida de sódio obtendo-se 63. Após converter a hidroxila do mesmo em um bom grupo abandonador com cloreto de mesila (MsCl), através de uma reação de S_N2, substituiu-se esse grupo novamente por azido com NaN₃. O derivado di-azido 64 foi então hidrogenado e, posteriormente, o produto de sua redução foi ciclizado com solução etanólica de glioxal 40% para fornecer o derivado 65 que, em seguida, foi aromatizado através de uma reação de desidrogenação com 2,3-dicloro-5,6-diciano-1,4-benzoquinona (DDQ) em tolueno para fornecer 66. Desproteção desse intermediário com solução de HCl 2N e THF levou à obtenção da (S)-clavulazina (Esquema 22).

(-)-Microcarpalida

A (-)-Microcarpalida é uma substância isolada de um fungo endofítico presente na casca da árvore Ficus microcarpaL. (Esquema 23), que foi isolada e caracterizada por Hemscheidt e colaboradores em 2001. Esse produto natural apresenta em sua estrutura uma lactona de dez membros, e é capaz de atuar rompendo os filamentos de actina em células musculares, constituindo-se assim uma substância potencialmente capaz de levar ao desenvolvimento de novos fármacos anticâncer.³⁹ Sua síntese total foi realizada a partir dos intermediários 67 e 68 (Esquema 24),⁴⁰ através de uma reação de esterificação utilizando dicicloexilcarbodiimida (DCC) e 4-(N,N-dimetilamino)piridina (DMAP), obtendo-se o intermediário-chave diênico 69, que foi submetido a uma reação de metátese de olefinas²¹ obtendo-se 70. Após a desproteção das hidroxilas com cloreto de titânio em diclorometano, obteve-se a (-)-microcarpalida em 42% de rendimento (Esquema 24).

A síntese do precursor 67 foi iniciada a partir de 71, o qual foi preparado de acordo com procedimento já descrito na literatura⁴¹ em uma razão diastereoisomérica de 9:1 em relação ao isômero desejado (R,S). Este álcool intermediário foi então protegido com o grupo t-butildifenilsilila (TBDPS), e submetido a uma reação de desproteção do grupo isopropilideno fornecendo 72, seguida de uma acilação seletiva da hidroxila primária, fornecendo 73 como um diastereoisômero puro, após separá-lo por cromatografia. Após a obtenção do epóxido terminal 74 em duas etapas, promoveu-se a abertura deste epóxido com cuprato de n-pentila obtendo-se 75, que foi protegido com o grupo 2-metoxietoximetila (MEM) 76. Finalmente, a dessililação deste derivado forneceu o fragmento 67 (Esquema 25).

A síntese do fragmento 68 também se iniciou a partir do D-Manitol, que foi submetido a uma reação de proteção seletiva das hidroxilas 1, 2, 5 e 6 seguida de benzilação das hidroxilas restantes 3 e 4, obtendo-se o intermediário 77,⁴² que foi desprotegido seletivamente para fornecer o derivado diol 78 (Esquema 26). Em seguida, esse diol foi clivado por periodato e submetido a uma olefinação de Wittig obtendo-se 79 na razão diastereoisomérica de E/Z: 7:3. A redução da ligação dupla desses diastereoisômeros com H₂ sobre Pd-C seguida de desproteção do acetonídeo forneceu o derivado 80. O tratamento desse derivado com trifenilfosfina, imidazol e iodo permitiu obter o éster 81, que foi saponificado ao fragmento 68 (Esquema 26).

Longimicina C

A longimicina C, assim como a esquamostolida (squamostolide) (Esquema 12), pertence à classe das acetogeninas anonáceas. Este produto natural apresenta promissoras perspectivas antitumorais e foi sintetizado por Yao e colaboradores⁴³ a partir do D-Manitol, que basearam sua estratégia em uma síntese convergente contendo quatro fragmentos chaves 82, 83, 84 e 85 a partir de malonato de dimetila, brometo de alila, L-Lactato de etila e D-Manitol (Esquema 27).

Para a preparação do primeiro intermediário-chave, a lactona 82 (Esquema 28), foi utilizada a substância 86, que é facilmente obtida a partir do malonato de dimetila (CH₂(CO₂CH₃)₂) e brometo de alila (CH₂=CH₂CH₂Br) e o lactal protegido com tetraidropirano (THP) 87, também facilmente preparado a partir da redução do L-Lactato de etila. A síntese da lactona 82 teve início com uma reação aldólica da substância 86 com 87 utilizando - se diisopropil amideto de lítio (LDA) como base em uma mistura de solventes tetraidrofurano (THF) e hexametilfosforamida (HMPA), que após reação de desproteção e lactonização em meio ácido, em uma só etapa, seguido da reação de β-eliminação forneceu o intermediário 90. Em seguida, esse intermediário 90 foi reagido com ácido meta-cloroperbenzóico (m-CPBA) para a formação do epóxido 91, que sofreu uma resolução cinética hidrolítica com o complexo (S, S)-Salen-Co(OAc), fornecendo a lactona 82 com 43% de rendimento e com um excesso diastereoisomérico de 99%de, bem como o diol 92 como outro produto da reação com 50% de rendimento (70%de).

Para a preparação do segundo intermediário-chave, o diepóxido 83, as hidroxilas primárias do D-manitol foram benzoiladas ,e em seguida, as secundárias foram protegidas com o grupo isopropilideno, utilizando-se o 2,2-dimetóxi-propano (2,2-DMP) em presença de ácido p-toluenossulfônico em quantidades catalíticas, obtendo-se assim dois acetais cíclicos que, em seguida, foram convertidos nos seus respectivos derivados desprotegidos 93 e 94. Após a desproteção em meio básico das hidroxilas primárias, os derivados 93 e 94 foram convertidos nos seus respectivos derivados clorados 95 e 96 com trifenilfosfina e tetracloreto de carbono em meio básico. A próxima etapa consistiu na síntese da substância 88, que foi baseada na reação de eliminação das substâncias 95 e 96 utilizando o LDA como base forte, produzindo-se um dialcino terminal. Essa reação ocorreu sem a presença de epimerização do grupamento diol, que foi protegido em seguida com cloreto de tributilsilil (TBSCl) obtendo-se 88 em 81% de rendimento. Posteriormente, o sinton 88 foi acoplado com o 3-bromo-prop-2-en-1-ol (89) em presença de paládio em quantidades catalíticas (reação de Sonogashira),⁴⁴ produzindoo poliol insaturado 97, após proteção das hidroxilas terminais com MOMCl (Esquema 29). Finalmente, baseado em reações de proteção e desproteção, diidroxilação assimétrica de Sharpless,⁴⁵ redução das triplas ligações e ciclização intramolecular em meio básico, os anéis tetraidropiranos e os epóxidos foram obtidos, fornecendo o intermediário chave 83. Este intermediário chave foi acoplado com o alcino 84 que, com as condições utilizadas, n-butillítio e o complexo trifluor-borano-éter etílico (BF₃.Et₂O), produziu a abertura regiosseletiva de um dos anéis oxirânicos, que após redução da ligação tripla forneceu a substância 98. Em seguida, a partir de 98, o intermediário 99 foi obtido em 83% de rendimento pela abertura do outro anel oxirânico com o alcino trimetilsilil acetileno 85, n-butil-lítio e complexo BF₃.Et₂O. Finalmente, o produto natural longimicina C foi obtido após reação de acoplamento entre o intermediário 99 com a lactona 82, redução da tripla ligação e desproteção do grupo protetor metoximetila (MOM) (Esquema 29).

(S)-2-metil-4-octanol

A partir do D-Manitol, Zarbin e colaboradores⁴⁵ realizaram uma eficiente síntese da substância (S)-2-metil-4-octanol (Esquema 30), produto natural que é um atrativo sexual produzido especificamente pelos machos da broca da cana-de-açúcar Sphenophorus levis.⁴⁶ Esta espécie é encontrada na América Latina, com 14 espécies descritas no Brasil. A síntese deste produto natural foi baseada no (R)-gliceraldeído acetonídeo 11, que após cinco etapas reacionais forneceu a molécula alvo desejada com um excesso enantiomérico de 99,5%.

(+)-Estreptazolina

(+)-Estreptazolina é um antibiótico lipofílico isolado pela primeira vez em 1981 por Drautz e Zahner a partir de culturas do Streptomyces viridochromagenes.⁴⁷ Esse tricíclico natural apresenta promissoras atividades antifúngicas e antibacterianas, sendo sintetizado por Trost e colaboradores utilizando o D-manitol como material de partida em 11 etapas⁴⁸ (Esquema 31). Sua análise retrossintética foi baseada primeiramente na formação do sistema tricíclico, que seriam as etapas finais de sua síntese, sendo baseada no intermediário-chave 105. Este diino, após reação de ciclização em presença de paládio para formar o 1,3-dieno 104, fornece a molécula alvo desejada através de uma reação de ciclização intramolecular. A construção do anel oxazolidinona 106 foi realizada nas etapas preliminares da síntese utilizando-se o diacetonídeo 10, advindo do D-Manitol.

Trost e colaboradores sintetizaram a oxazolidinona 112 (Esquema 32) através da clivagem oxidativa do diacetonídeo 10 utilizando periodato, seguido da formação da imina 109 com alilamina. Após acoplamento do alcino 110, clivagem do grupo alil, introdução da função carbamato, obteve-se 111. A desproteção em meio ácido e reação de ciclização deste derivado 111 forneceu a oxazolidinona 112 em 88% de rendimento. Esta oxazolidinona 112 foi utilizada na preparação do diino 113, sintetizado através da oxidação do álcool e reação de Grignard. Na etapa da reação de Grignard foi adicionado cloreto de zinco (II) a baixa temperatura, que forneceu uma mistura disatereoisomérica de 6:1 com 50% de rendimento em duas etapas. Em seguida, após reação de proteção, desproteção e transformação da hidroxila primária em um bom grupo abandonador (tosilação), o diino 114 foi obtido em 75% de rendimento, que é um intermediário fundamental para a obtenção do produto natural desejado. As etapas finais da síntese foram baseadas na ciclização redutiva do diino 114 em presença de paládio como catalisador, que forneceu eficientemente o biciclo 1,3-dieno 115 em 64% de rendimento. Finalmente, após ciclização intramolecular e desproteção do grupo silila, o antibiótico (+)-estreptazolina foi obtido em 11 etapas (Esquema 32).

(+)-Deacetilboronolida

Singh e colaboradores^49,50 realizaram a síntese e estudos de produtos naturais baseados no D-manitol como material de partida.^51,52 Como exemplo, pode-se mencionar a síntese de δ-lactonas α,β-insaturadas.⁵³ Neste contexto, foram realizadas as sínteses dos produtos naturais (+)-boronolida, (+)-deacetilboronolida e (+)-dideacetilboronolida (Figura 4), originárias de plantas do continente africano, que são utilizadas na medicinal tradicional de certas tribos africanas.⁵³ Esta classe de substâncias possui diferentes atividades biológicas, tais como antifúngica,⁵⁴ antitumoral, antimalárica e inseticida.^55,56

As sínteses das δ-lactonas α,β-insaturadas foram baseadas nos intermediários 116 a 119 preparados a partir do D-Manitol (Esquema 33). O intermediário 116 foi preparado a partir do D-manitol, que foi convertido no triacetonídeo 16, seguido da monodesproteção seletiva de um dos diois terminais utilizando-se ácido clorídrico. O intermediário 117 foi sintetizado após benzoilação da hidroxila primária, inversão da configuração da hidroxila secundária com cloreto de mesila (MsCl) e introdução do grupo propil utilizando-se um cuprato, preparado in situ a partir de n-propillítio e cianeto de cobre, reagente esse que forneceu o intermediário 117 com excelente rendimento (98%). O epóxido 118 foi preparado a partir da desproteção regiosseletiva das hidroxilas terminais, seguido da tosilação da hidroxila primária em presença de carbonato de potássio. A lactona 119 foi obtida utilizando-se reação de Grignard (CH₂=CHCH₂MgBr) para a abertura do epóxido, hidroboração para a obtenção de um álcool primário e, finalmente, oxidação do diol em lactona empregando-se o reagente de oxidação de Fetizon (Ag₂CO₃).⁵⁷ Em seguida, a título de exemplo, este intermediário foi transformado em três etapas no produto natural (+)-deacetilboronolida. Primeiramente, com a desproteção do grupo benzila, seguido da formação da δ-lactona α,β-insaturada, e finalmente, com a desproteção do grupo protetor isopropilideno.

(+)-Lentiginosina

Outro trabalho realizado por Singh e colaboradores utilizando o D-Manitol como material de partida foi a síntese do alcalóide indolizidínico dihidroxilado (+)-lentiginosina,⁵⁸ que foi isolado em 1990 a partir das folhas da Astragalus lentiginosus.⁵⁹ Este produto natural é um potente inibidor competitivo da enzima aminoglicosidase (IC₅₀ 5 µg/mL) apresentando também atividade anti-HIV.⁶⁰ Essa síntese foi baseada no intermediário 78, obtido a partir do D-manitol, através de reações clássicas de carboidratos, a saber: formação do 1,2,5,6-Di-O-isopropilideno-D-manitol 10 (Esquema 10) em presença de cloreto de zinco (II) como ácido de Lewis e acetona, benzilação das hidroxilas secundárias e desproteção seletiva de um dos grupos isopropilidenos utilizando cloreto de acetila em metanol a 0 ºC (Esquema 34). Em seguida, o intermediário 78 foi convertido no derivado azida 120 através de reações clássicas, primeiramente, na clivagem oxidativa de dióis em aldeído em presença de tetraacetato de chumbo (IV), redução do aldeído formado no seu respectivo álcool com borohidreto de sódio (NaBH₄), tosilação e introdução do grupo azido utilizando-se azida de sódio (NaN₃). Posteriormente, o intermediário 121 foi obtido após desproteção do grupo isopropilideno em meio ácido, que em seguida foi convertido no álcool homo alílico 122 através da clivagem oxidativa do diol em aldeído e adição do aliltributil estanho em presença de tetracloreto de estanho como ácido de Lewis em 82% de rendimento. Após mesilação da hidroxila, redução do grupo azido com hidreto de lítio e alumínio (LiAlH₄) e reação de ciclização, a pirrolidina 123 foi obtida em 68% de rendimento. Essa pirrolidina 123, após reação de acilação da amina utilizando-se cloreto de acriloíla forneceu o intermediário 124, que foi submetido à reação de metátese de olefinas, produzindo-se o biciclo 125. Finalmente, o alcalóide indolizidínico diidroxilado (-)-lentiginosina foi sintetizado após desproteção dos grupos benzilas e redução da função carbonila.

(+)-Grandisol

O (+)-Grandisol é o principal constituinte do feromônio de atração sexual do besouro Anthonomous grandis Boheman, uma praga comum em plantações de algodão. Esse produto natural foi sintetizado enantiosseletivamente a partir do D-manitol por Figueredo e colaboradores.⁶¹ Essa síntese iniciou-se a partir do monoacetonídeo do D-manitol 4 (Esquema 35) obtido comercialmente. O intermediário bis-butenolídeo 127 foi obtido a partir do bis-epóxido 126 através de uma seqüência reacional do tipo one-pot, sendo a primeira etapa uma dupla adição do dianion do ácido fenil-selenoacético, seguida de uma lactonização induzida por ácido acético e posterior oxidação com peróxido de hidrogênio das funções seleneto e conseqüentemente eliminação térmica. Após proteção das hidroxilas desse intermediário com cloreto de trimetilsilil (TMSCl), introduziram-se as metilas nas posições β-carbonílicas após tratamento com diazometano, obtendo-se a bis-pirazolina 128 que, após pirólise, forneceu o intermediário chave α-β-bis-butenolídeo 129. A etapa chave foi uma dupla fotocicloadição [2+2] as duas insaturações do intermediário α,β-bis-butenolídeo 130, permitindo a obtenção do (+)-Grandisol (Esquema 35).

CONCLUSÃO

O uso de matérias-primas oriundas de fontes renováveis continua sendo uma excelente opção para o desenvolvimento de novas substâncias de maior valor agregado. O D-manitol é um carboidrato que está dentro deste contexto, independentemente de qualquer outro uso para ele, haja vista que ele já é um fármaco utilizado na clínica médica. Entretanto, tem outras importantes aplicações em diferentes áreas do conhecimento científico como, por exemplo, nas indústrias farmacêutica, cosmética e alimentícia, demonstrando a sua grande importância e aplicabilidade. Devido a sua fácil produção industrial, baixo custo e estrutura quiral, ele também possui significante aplicação em síntese orgânica, sendo capaz de ser usado com sucesso como material de partida na síntese de diferentes tipos e classes de substâncias como, por exemplo, ligantes quirais, substâncias enantiomericamente puras, blocos de construção quirais (chiral building blocks), produtos biologicamente ativos, dentre outras. Esta revisão teve como objetivo mostrar como o D-manitol pode ser utilizado na síntese orgânica moderna como substrato quiral de partida na síntese total de produtos naturais complexos obtidos de diferentes fontes da natureza. Os exemplos selecionados demonstraram a versatilidade do D-manitol que é facilmente comprovada pelo grande número de sínteses totais de produtos naturais complexos, recentemente relatados na literatura.

2. Utiliza-se este termo para designar certas secreções açucaradas, secas, exsudadas dos tecidos vegetais. De modo geral, as farmacopéias descrevem como maná a secreção originada do Fraximus ornus, espécie de freixo da região mediterrânica cultivada desde há séculos na Sicília e Calábria.

6. A forma medicamentosa do D-manitol é conhecida como Osmitrol^® e, em geral, é uma solução aquosa entre 15 a 25%.

Recebido em 25/4/08; aceito em 25/7/08; publicado na web em 20/1/09

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  http://inventabrasilnet.t5.com.br/manitol.htm, acessada em Maio 2006.
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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  23 Abr 2009
• Data do Fascículo
  2009

Histórico

• Aceito
  25 Jul 2008
• Recebido
  25 Abr 2008