UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

INSTITUTO DE QUIMICA

SEMICARBAZOHAS DE ALDEíDOSAROMÀ TI(OS HETEROcíCLICOS

PREPARAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO, MECANISMO DAFORMAÇAO E ENSAIOS DE ATIVIDADE

ANTIMICROBIANA

VENI MARIA FELLI NAKASONETese de Doutoramento

I

Prof. Or. LUCIANO DO AMARALOrientador

SÃO PAULO1988

•'\Q",.J.Cv .d-<-- _""~~" ) 2.! J l. ~ i Z

-11-

Ao Prof. Dr. LUCIANO DO AMARAL

minha profunda gratidão pe­

La orientação segura, esti­

muLo e dedicação constantes,

bem como peLa maneira gentiL

e atenciosa com que me rece­

beu em seu Laboratório .

svssou ap

Svp}a

V'}dôa1v a OVZVd

ONVI:Jfl7

0~1'}j naUl ov a O?S

-uaddUlOD a O~U'}dVD 'dOUlV 01ad

'OÔ'}UlV a opVD'}pap Od}a~uvdUlOD

OflS.LIW

0P'}dVUl naUl 0V

- 111-

- IV-

AGRADECIIIEII'1'OS

À LUZIA EMIKO SADO NARIMATSU, do Instituto de Quimica da

Universidade de são PauLo, peLa reaLização das anáLises eLemen

tares.

A JOSÉ ROBERTO STELLA e LUIS CARLOS ROQUE, técnicos da

7 7 ~ • 7 7 • - d 13Centra~ Ana~~t~ca, pe~a rea~~zaçao os espectros de RMN- C.

dos

À Profg. Dr g . NÍDIA ROQUE, peLo auxiLio na interpretação

13espectros de RMN- C.

À Profg. Dr g . ANTÔNIA SÔNIA STACHISSINI, peLo auxiLio nos

trabaLhos de cinética quimica.

Ao Prof. MICHAEL SIMON NOTHENBERG, peLa reaLização dos

cáLcuLos de orbitaL moLecuLar, gráficos e regressões no micro-

computador.

À Profg. TAKAKO BAITO, peLa orientação e à Acadêmica DOMI

NIQUE FISHER, peLo auxiLio na reaLização dos ensaios de ativi-

dade antimicrobiana.

À Profg. Dr g . ASTRÉA GIESBRECHT e MARIA CLÁUDIA MARX YUNG

peLo auxiLio na reaLização dos ensaios microbioLógicos peLo mé

todo da bioautografia.

-v-

Ao Prof. Dr. ANDREJUS KOROLKOVAS, peLas vaLiosas sugestões.

À Profg. Dr g . ELIZABETH IGNE FERREIRA e à Profg. Dr g. MARIA

AMÉLIA BARATA DA SILVEIRA, peLa Leitura criteriosa e sugestões

valiosas a este trabaLho.

À CELI RABELO DE JESUS, peLo esmerado e paciente serviço da­

tiLográfico.

Ao Sr. RAIMUNDO GOMES DA SILVA, peLa encadernação do prese~

te trabaLho.

A todos os que, direta ou indiretamente, contribuiram para a

reaLização deste trabalho.

-VI -

OOICE

OBJETIVOS DO TRABALHO ................................................... XI

CAPÍ'mW I

1 - ImKJU;ÃO .......................................................... 1

1

1

6

7

8

10

....................................................................

..............................................

......................................................

1.1 - PREPARAÇÃO DE !MINAS

1.1.1 - Preparação de iminas pela reação de aminas com aldeidos

ou cetonas

Preparação de oxi rras

Preparação de hidrazonas

Preparação de tiossemicarbazonas

Preparação de semicarbazonas

1.1.1.1

1.1.1.2

1.1.1.3

1.1.1.4

1 .1 .2 - Preparação de iminas por outras reaçoes 13

15

15

16

24

nu-

1.2.1

1.2.2

1.2 - MECANISMO DA REAÇÃO DE FORMAÇÃO DE IMINAS A PARTIR DE CeM>OSTOS CAR

BONÍLICOS E NUCLEÓFILOS NITROGENADOS

Mecanismos de reação

Mecanismo dq reação de COITlPostos carbonilicos com reagentes

cleofilicos nitrogenados

1.2.3 - Catálise ácido-básica geral na formação de iminas ...........•...•

....................................

.............................................

1.3 - ATIVIDADE BIOLÓGICA DE IMINAS

1.3.1 - Atividade antibacteriana ...........•,

1.3.2 - Atividade aI1tif'llI"'lgica .

1.3.3 - Atividade tuberculostática .

1.3.4 - Atividade tripanomicida

1.3.5 - Atividade tricOOlOnicida .,

1.3.6 - Atividade ar1tirna.larica .

1.3.7 - Atividade antiviral,

1.3.8 - Atividade antineoplasica ..••...••.••••••••••.••••...........•.•.

1.3.9 - Atividades diversas

32

32

35

37

38

39

39

40

41

42

1.4 - OUTRAS APLICAÇÕES DE IMINAS ........................................ 42

-VII -

CAPÍ.'l'UID II

2 - MAmUAL E lIÉi'aXE

2.1 - MA.TERIA.IS UTILlZAOOS •••..•.•••.•.••..•••..•••..•••••..••••••••••.• 45

2.2 - APAREll-IOS EMPREGADOS

2.3 - MÉTooos DE TRABAlHO

2.3.1 - Preparação e caracterização das semicarbazonas ••••••••••.•••••••,

2.3.2 - Estudo cinetico .

2.3.2.1 - Determinação da ordem parcial da reação em relação ao aldeido ••

2.3.2.2 - Determinação da ordem parcial da reação em relação ao nucleó -

filo .

2.3.2.3 - Determinação da constante de equilibrio da reação de fOIlTlaÇão

46

47

47

4849

50

da semicaI"bazona .........•........................•....•...... 51

2.3.2.4 - Determinação da catálise ácida efetuada pelo ion hidrÔnio ••••• 52

2.3.2.5 - Determinação da cátalise ácida geral efetuada por algtms tam-

pões ácido carboxilico/carboxilato, na formação da carbinola-

mlna .

2.3.2.6 - Determinação da catálise do nucleófilo na formação da carbino-

larnina .

53

54

2.3.2.7 - Construção do perfil de velocidade de reação em função do pH •• 55

2.3.3 - Determinação de parâmetros eletrônicos ••••••••.•.•••••••....••.. 56

2.3.4 - Estudo da atividade antimicrobiana ••••••••••••••••.••••••.••••.• 57

2.4 - PARTE EXPERIMENTAL

2.4.1 - Preparação e caracterizaçãoàE semicarbazonas ................•.. 58. . .

2.4.1.1 - Semicarbazona do 5-nitro-2-furanocarbC»laldeido (5NFSC) •••••.•. 58

2.4.1.2 - Semicarbazona do 2-furanocarboxaldeido (FSC) ••••••••.•••••..•• 58

2.4.1.3 - Semicarbazona do 5-metil-2-tiofenocarboxaldeido (5MrSC) ••••••• 59

2.4.1.4 - Semicarbazona do 2-tiofenocarboxaldeido (TSC) ••••••••••••••••• 60

2.4.1.5 - Semicarbazona do !!-metil-2-pirrolcarboxaldeido (MPSC) ••••••••• 61

2.4.1.6 - Semicarbazona do 2-pirrolcarboxaldeido (PSC) •••••••••••••••••• 61

2.4.1. 7 - Semicarbazona do 4-quinolinocarboxaldeido (4-QSC) ••••••••••••• 62

2.4.1.8 - Semicarbazona do 3-quinolinocarboxaldeído(3-QSC) •••••••••.•••• 63

2.4.1.9 - Semicarbazona do 3-indolcarboxaldeído (3-ISC) ••••••••••••••••• 64

- VIII-

2.4.2 - Estudo cinético da reação entre semicarbazida e 2-tiofenocarbo-

xaldeído 65

2.4.2.1 - Detenninação da ordem parcial da reação em relação ao 2-tio-

fenocarboxaldeído 65

2.4.2.2 - Determinação da ordem parcial dE.. reação em relação à semicar-

bazida 67

2.4.2.3 - Detenninação da constante dE. equi1:Í.brio na fonnação da semi-

carbazol'18.. ••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 69

2.4.2.4 - DetenninE.ção dE.. catálise ácida efetuada pelo ion hidronio _____ 70

2.4.2.5 - Detenninação da catálise ácida geral efetuada por alguns

tampões ácidos c&rboxilico!carboxilato na fonnação da car-

binolaITlina 70

2.4.2.6 - Detenninação da catálise do ion semicarbazinio na fonnação

2.4.2.7 - Construção do perfil de velocidade de reação em ftmção do pH

da carbinolamina ............................................. 83

84

2.4.3 - Estudo cinético da reação entre semicarbazida e 2-pirrolcarbo-

xaldeído 90

?4.3.1 - Detenninação da ordEm parcial da reação em relaçâo ao 2-pir-,

rolcarboxald€ldo 94

2.4.3.2 - Detenninação da ordem parcial da reação em relação à semi-

carbazida 95

2.4.3.3 - Determinação da constante de equilibrio na formação da

semica.T'bazona 97

2.4.3.4 - Detenninação dE.. catálise ácida efetuada pelo ion hidrônio 97

2.4.3.5 - Determinação da catálise ácida geral efetuadE.. por alguns

~ ácido carboxÜico!carboxilato na fonnação da car-

binolarnina 99

2.4.3.6 - Detennjnação da catálise do ion semicarbazinio na fonnação

da carbinc·lamina . 101

2.4.3.7 - Construção do perfil de vélocidade de reação em função de pH... 103

2.4.4 - Estudo cinético da reação entre semicarbazida e N-metil-2-pir-

rolcarboxaldeído 103

2.4.4.1 - Detenninação da ordem parciéü da reação em relação ao N-me-

til-2-pirrolcarboxaldeído 105

2.4.4.2 - Detenninação da or'Clem parcial da reação em relação à semi-

carbazida 106

2.4.4.3 - Detenninação da constante de equi1:Í.brio na fonnação da semi-

carbazona 108

2.4.4.4 - Detenninação da catálise ácida efetuada pelo ion hidrânio ••••• 108

- IX-

2.4.4.5 - Determinação da catálise ácida geral efetuada por alguns tam­

pões ácido carbox:1.lico/carboxilato na formação da carbinola-

mina 109

2.4.4.6 - Determinação da catálise do ion semicarbazinio na formação

da carbinúlarnina 109

2.4.4.7 - Construção do perfil de velocidade de reação em :função do pH... 111

2.4.5 - Determinação de parâmetros eletrônicos para as moléculas ~as

semicarbazcnas aromáticas heterociclicas ..•..•••.••..••••••••••• 112

2.4.6 - Estudo da atividade ant~icrobianadas semicarbazonas .•...•.••• 117

2.4.6.1 - Método da diluição seriada em meio l:1.quido •••......••••••.•••• 117

2.4.6.1.1 - Padronização da suspensão microbiana .••.••..••.•••••••....•• 117

2.4.6.1.2 - Determinação da concentração inibitória m:1.nima dos sol-

ventes 118

2.4.6.1.3 - Determinação da concentração inibitória m:1.n~a das semi­

carbazonas, variando a concentração do solvente .••.••••••... 119

2.4.6.1.4 - Determinação da concentração inibitória minima das semi­

carbazonas, mantendo constante a concentração do solvente ..• 120

2.4.6.2 - Método da difusão em meio sólido ..••...•.....•...••....•.•.••. 121

2.4.6.3 - Método da bioautografia 124

CAPJrroW ITI

3 - HlESf.JlI[:IrAI ]E ]IJmSCI!I!SSM

3.1 - PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DAS SEMICARBAZONAS 125

,3.2 - E8TlJDO CIl'JETICO ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 155

3.2.1 - Ordem parcial da reação em relacão ao COlT1Posto carbonilico e- , 155em relaçao ao nucleofilo .

3.2.2 - Constante de equilibrio da reação de formação das semicarba-

zonas .

3.2.3 - Perfil de velocidade de reação em :função cio nH ••••••••••••••••••

3.2.4 - Catálise ácida ~fetuada pel~ io!! hidrônio na fo~ão da semi-

carbazona .

3.2.5 - Catálise ácida geral na formação da ca.r:binolarnina da semi­

carbazida ccmaldeidos aromáticos heterociclicos ••.••••••••••..•. .- " -3.2.6 - Relaqoes de B~nsted na catalise acida geral da re§Çao de

fo~ação da carbinolarnina da semi~arbazida com alde:1.dos aromá-

155

156

165

166

ticos heterociclicos 168

3.2.7 - Mecanismo de formação da carbinolamina com catálise ácida geral .

3.2.8 - Dp.sidratação da carbinolamina ...................................

-x-

172

175

3.3 - ATIVID.ADE .ANTIM:ICROBI.ANA ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

3.3.1 - Concentração inibitória minima frente a bactérias, f\mgos e

176

leved1.lras ••.••••.••••••••...•••••.••••••.•••.•••••••.••.••.••.•• 176

3.3.2 - Atividade antifÚngica pelo método da bioautografia •...•••.•....• 178

3.4 - CORRELAÇÃO ATIVID.ADE BIOI.fuICA-REATIVID.ADE NA REAÇÃO DE FORMAÇÃO

DAS SEMICARBAZONAS DE ALDEÍDOS AROMÁTICOS HETEROCÍCLICOS •••••••••• 180

3.5 - CORRELAÇÃO ATIVID.ADE BIOIfuICA-PARÂMETROS ELETRÔNICOS NAS SEMI-

CARBAZONAS DE ALDEÍDOS AROMÁTICOS HETEROCÍCLICOS •••••••••••••••••• 181

~:N

4 - OOINDllSÕES .......................................................... 183

IelK)) •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 185

~ 187

~BIBLI~ ••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 188

-XI-

OBJETIVOS 00 TRABALHO

Sabe-se que diversas bases de Schiff apresentam atividade farmacológi

ca, tais cano tuberculostática, antileprotica, antibacteriana, antiviral,

antiinflamatória , tripananicida e antineoplásica.

É conhecido que a atividade antibacteriana da 5-nitro-2-furanocarbo

xaldei dossemicarbazona, canposto mais ativo da série, está relacionada can

a presença do grupo nitro na molécula. Ainda não se esclareceu, perfei tameQ.

te, o papel do anel furânico e da porção semicarbazida na atividade.

Dada a importância destes compostos e o fato de que as semicarbazonas

de aldeidos aromáticos heterociclicos, can potencial atividade antimicro­

biana, não terem sido ainda suficientemente estudadas em alguns aspectos,

há necessidade de desenvolver estudos neste sentido. O presente trabalho

visa, então, a preparação, de semicarbazonas de aldeidos aromáticos hete~

clclicos, sua caracterização, estudo cinético de sua formação, ensaios de

atividade antlrnicrobiana e relações entre estutura e atividade biológica.

A preparação, caracterização e os ensaios de atividade biológica cem­

preend:erão os compostos relacionados a seguir:

o

O2n b N"N~NH~O~ I 2

H

S-nitro-2-furanocarooxaldei

dossemicarbazona

~O

/ \ ~H] 5 ~"V~2

H

S-metil-2-tiofenocarooxaldei

dossemicarbazona

o

~N"N~2N II HH

2-piDrol~ooxaldeidoss~

micarbazona

y/NY2

O

~N

4-quinolinocarooxaldeid~

semicarbazona

~/_I>-NH2H

-XII-

on #" '- N )l-.....NH2<ZO~' ,

H

2-furano~ooxaldeidosse

micarbazana

n ÓN~~"S~, 2H

2-tiofenocarooxaldeidosse

mi~bazona

~N"ÁN N NH2, ,

CH3 H

~-metil-2-pirrolcarooxalde!

dossemicarbazona

HI

~N/NY2O

3~olinocarooxaldeidos

semicarbazona

3-indolcarooxaldeidossemicarbazona

-XIII-

o estudo cinético permitirá avaliar o mecanismo de formação das semi­

carbazonas e consistirá em: (a) construção do perfil de velocidade de rea­

ção em í\mção do pH; (b) determinação das inflexões observadas no perfil ;

(c) determinação das constantes cinéticas e (d) verificação da existência

ou não de catálise ácido-básica especifica ou geral.

É de nosso interesse ainda relacionar dados obtidos no estudo

cinético e dados obtidos em cálculos de orbital molecular can a atividade

antimicrobiana dos canpostos, para tentar esclarecer o papel do anel hetero

ciclico e da porção semicarbazida na referida atividade.

CAPÍ.'i'mD I

1. IN'I'RIU;ií>

1.1 - PREPARAÇÃO DE !MINAS

As iminas são compostos que contêm em sua estrutura uma dupla ligação

carbono nitrogênio.

R-CH=NR' ou R2C=N- RI

O método mais comum de obter iminas é atravé~ da reação de aldeidos e

cetonas com aminas. Esta reação foi descoberta por Schiff em 1864 e, por"isso, as iminas são frequentemente chamadas de bases de Schiff (Layer ,

1963) •

1 .1.1 - Preparacão de iminas pela reacão de aminas com aldeidos ou cetonas

As primeiras referências da condensação de amina com aldeido ou ceto­

na apareceram no século passado e li teratura extensa existe atualmente ne~

te campo. Este tipo de reação é irrportante principalmente para a caracteri

zação e identificação de aldeidos e cetonas (Sah & Daniels, 1950; Wilson et

aLo, 1974).Na maioria dos casos, o primeiro passo reconhecivel da reação é a adi

1

-2-

ção da amina ao grupo carbonllico do aldeldo ou cetona, como segue:

R-C?"O........

H+

rnI

R'-NH > R-C-NHR'2 I

H

Em geral, a carbinolamina resultante não é isolada. Ela pode, por e-

xemplo, perder água e dar a imina.

rnI

R-C-NHR'IH

R - CH=NR' + H2

0

Alternati vamente, a carbinolamina pode reagir can um ou can outro dos

reagentes ou can ela prÓpria. A imina Pode também ser envolvida em várias-" " -reaçoes subsequentes que levam geralmente a formaçao de produtos canplexos.

A natureza do aldeldo e da amina é o fator determinante para a reação pos-

terior,

1940) •

" -mais frequentemente do que as condiçoes experimentais (Sprung,

As aminas primárias reagem facilmente can aldeldo através da adição

nucleofllica para dar a imina correspondente.

Aminas~ também reagem can canpostos carbonllicos para dar o

produto intermediário análogo. Mas não se forma uma imina por não haver h~

drogênio ligado ao nitrogênio. Pode ocorrer desidratação, formando-se du­

pla ligação carbono-carbono e produzindo uma enamina.

IC- C=O +IH

RI NH2

I I r--.....;;>~ -C- C-N-R'

I IH rn

R'" ,-----:;:>a- .C=C - N-R'/

enamina

As aminas terciárias, por não apresentarem hidrogênio ligado ao nitro

gêni~ não reagem can aldeldos.

Aldeldos alifáticos quando reagem can éITlÔnia ou can arninas alifáticas

primárias formam canpostos relativamente instáveis que, em contacto can e.ar ou soe tratamento can ácido diluído, facilmente retorn:m a e:u:; cxrstituintes.

Em repouso prolongado, os intermediários transformam em materiais amorfos,

presumivelmente por desidratação e polimerização. Entretanto, permanência

sobre ácido sulfÚrico concentrado ou aquecimento, sob pressão reduzida,

faz can que eles percam água e forneçam iminas, usualmente como trlmeros

(Sprung, 1940).

A formação de produtos poliméricos ocorre porque a imina inicialmente" -formada sofre subsequentes condensaçoes.

Aminas contendo um grupo alquila terciário fornecem irninas, ao reagir

com aldeídos contendo carbono a primário, possivelmente devido a impedimen, ti _ -

to esterico que dificulta as subsequentes condensaçoes (Layer, 1963).

RCHO +

CHI

NH3

...... ..... R-C-NH2,

H

~ H20 +

-3-

RCH = NH .:> (RCH-NH- )3I

Aldeídos alifáticos contendo carbono a sectmdário formam iminas na

reação com aminas. O fato de que estes aldeídos têm somente um hidrogênio

a toma as iminas incapazes de sofrerem polimerização (Layer, 1963).

Aldeídos alifáticos contendo carbono a terciário e aldeídos aromáti­

cos reagem facilmente e quase quanti tativamente com aminas para dar as imi­

nas, ~1:Bs , mesmo à temperatura ambiente. Aldeídos aromáticos são

bem reativos e as irninas formam-se quantitativamente mesmo sem a remoção

da água, formada durante a reação (Layer, 1963).

Aldeidos aromáticos reagem tanto com aminas alifáticas quanto com ami­

nas aromáticas para dar comumente uma imina.

Cetonas, geralmente reagem com aminas mais lentamente que aldeídos. A

diferença na reatividade é consistente com o estado de transição envolvido

e parece ser devido à combinação de fatores eletrônicos e estéricos. A ce­

tona contém um se~do grupo alquila ou arila., que é maior que o átomo de

hidrogênio do aldeido, afetando, desta maneira, a formação do estado de tran

sição. Grupo alquila fornece elétrons, desestabilizando o estado de transi

ção pela intensificação da carga negativa que se desenvolve no oxigênio

(Morrison & Boyd, 1987).

Assim, na reação de cetonas alifáticas com aminas é necessário usar

reações a temperaturas maisaltas e por períodos mais longos que para al­

deídos. Catalisadores ácidos são úteis e a remoção de água da mistura é ne­

cessária. Rendimentos de 80 a 95% podem ser assim obtidos (Layer, 1963).

-4-

Grupo arila estabiliza o reagente, pela ressonância, e desta maneira

causa desativação, dificultando a formação da imina (Morrison & Boyd,

1987) .

01I ••~ - -9.:-

Por isso, cetonas aromáticas reagem mais lentamente que cetonas alifá

ticas com aminas. Catalisadores, corno ácidos de Lewis e próton, muitas ve­

zes, são requeridos. Acetofenona e benzofenona reagem com anilina a reflu­

xo e em presença de cloridrato de anilina ou sal de cloreto de zinco-anili

na para dar imina (Layer, 1963).

Cetonas estericamente impedidas também reagem mais lentamente que as

não impedidas (Layer, 1963).

Reddelien, em 1910, preparou iminas a partir de cetonas aromáticas e

aminas utilizando cloreto de zinco corno catalisador, aquecimento por vinte

a trinta minutos e uso de "trap" para retirar água da reação.

Eln 1913, Reddelien preparou iminas a partir de cetonas aranáticas e

anilina, em presença do cloridrato de anilina.

Billman & Tai, em 1958, partindo de cetonas aranáticas, aminas aromá­

ticas e cloreto de zinco ou ácido bromidrico, como catalisadores , e aquec1:.

mento de 2 a 10 horas prepararam várias bases de Schiff. Estes autores, ~

dificando o método de Reddelien, no tempo de aquecimento e no uso do "trap"

para retirar água da reação, conseguiram rendimentos de 25 a 81%, depende~

do do canposto. Estes rendimentos foram 10 a 20';6 maiores que os obtidos

por aquele autor. Ácido bromidrido levou à formação de produtos mais fá­

ceis de recristalizar do que os obtidos sob a ação de cloreto de zinco e

rendimentos levemente maiores.

Bonnett & Emerson, em 1965, usando androsterona e ~-buti1amina em pre­

sença de peneira roolecular , obtiveram a respectiva imina com rendimento de7éf';6.

Mais tarde, em 1971, Taguchi & Westheimer, usaram peneira molecular na

reação de uma cetona com amina, em casos nos quais o uso de cloreto de zin­

co, cloreto de titânio e cloreto de aluminio provocam reações colaterais.

-5-

Até então mui tas irninas eram preparadas por destilação azeotrÓpica de uma

mistura de amina, acetona e benzeno ou tolueno. O uso de peneira molecular

seria especialmente indicado m rea;ã:> cE cet:aB3 estericarmte fuI::edicm. Tharplcs si>as reações de cicloexanona com dietilamina, anilina ou !!:!.-toluidina. Por es

te método, a mistura de cetona, amina e peneira molecular é agitada cE um a

30 horas à temperatura ambiente, até comprovada aa.Eâ-cia cE cetona; poste­

riormente, a mistura é filtrada, lavada, evaporada e o produto destilado

ou cristalizado.

Texier-Boullet, em 1985, 61ptegprall cetonas e aminas em presença de al~

mina por };3) a 7 horas, com temperatura variando de 20 ºC a 120 ºC. A alu­

mina serve como base para catalisar mui tas reações orgânicas sob condições

suaves. O método consiste em dispersar os reagentes separadamente, em alu­

mina, e então misturar os dois. Cetonas requerem tempo longo de reação por

serem menos reativas que os aldeidos. A reação pode ser acelerada por aque

cimento moderado. As iminas farrTHl'l-EE quanti tativamente e são facilmente i

soladas pela eluição com diclorometano e evaporação deste sob pressão redu

zida. Usando aldeidos alquilicos e arilalquilicos e aminas primárias alqui

licas e arilicas os autores obtiveram rendimentos de 51 a 99'/0.

Gayral et aL., em 1981, usando 5-nitro-2-furfuraldeido e 5-nitro-2-ti

ofenocarboxaldeido e respectivas aminas alifáticas e arilicas, obtiveram i

minas com 65 a 95% de rendimento.

Reihsig & Krause, em 1960, obtiveram oxirnas e outras iminas do 2- e

8-quinolinocarboxaldeido, na reação destes aldeidos com as respectivas ami

nas, em etanol, à quente e sob agi tação por 15 minutos.

Gaset et aL., em 1982, partindo do 5-ni tro-2-furfuraldeido e 5-nitro­

-2-tiofenocarboxaldeido e benzilamina, em presença de dimetoxietano, obti­

veram as respectivas irninas.

Saikachi & Shimarrura, em 1960, usaram furfural e derivados 5-substituidos deste na reação com anilina e seus derivados o, !!!' p-substituidos, em

etanol e aquecimento em banho-maria. Verificaram que esta reação não ocorria

com aminas alifáticas e seus cloridratos.

-6-

1 .1 .1.1 - Preparação de oximas

Hubball & Pyman, em 1928, prepararam a oxima do glioxal usando o ~

deido e cloridrato de hidroxilamina em presença de carbonato de sódio em

solução aquosa.

" ,Dann & Moller, em 1949, obtiveram oximas usando benzaldeido, furfu-

raldeido, tiofenocarboxaldeido e cloridrato de hidroxilamina, em prese!:!,

ça de acetato de sÓdio.

Ginsburg & Wilson, em 1957, prepararam as oximas do 2-, 3- e 4-piridi

nocarboxaldeido e do !'i-metil-2-, 3- e 4-piridioocarboxaldeido utilizand~

se de vários métodos. No primeiro método, usaram cloridrato de hidroxil~

mina neutralizada e o derivado aldeidico/cetônico fi piridina, em banho­

maria, por 10 a 20 minutos, para obter a oxima após resfriamento. No segLl!:!,

do método, usaram solução aquosa de 5CJl,,6 de excesso de cloridrato de hi­

droxilamina, neutralizada com hidrÓxido de sódio a pH 6 a 7, e iodeto de

!'i-metil-piridiniocarboxaldeido, em banho-maria, por quinze minutos; evapo­

raram a água, sob pressão reduzida, extrairam o residuo com etanol absolu­

to, para eliminar residuos de sais minerais, e, após resfriamento, obtive­

ram a oxima. No terceiro método, utilizaram 3CJl,,6 de excesso de cloridrato

de hidroxiíamina, dissolvida em quantidade minima de metanol e neutraliza­

da com hidrÓxido de potássio em solução metanólica, filtraram o cloreto de

potássio fonnado e resfriaram a -5 QC usando mistura de gelo e sal; adici~

naram, então, em pequenas porções, sob agitação vigorosa e resfriamento,

iodeto de !'i-metil-piridinocarboxaldeido, deixaram a solução por 20 minutos

a -10 a -12 QC e, então, filtraram e lavaram a oxima com éter absoluto ge­

lado.

Wenkert et alo, em 1959, partindo do 3-indolcarboxaldeido e hidroxila

mina, com aquecimento por 10 minutos, obtiveram a respectiva oxima.

Cordes & Jencks, em 1962, prepararam a oxima do E.-clorobenzaldeido e­

fetuando -a reação em etanol a 5CJl,,6. Estudaram esta reação cineticamente.

Brocklehurst & Griffiths, em 1968, reagiram 4- e 5-imidazolcarboxalde

ido com cloridrato de hidroxilamina, em presença de carbonato de sÓdio, pa

ra obter a respectiva oxima.

-7-

crépaux & Lehn, em 1975, prepararam a indol-3-aldoxima, a pirrol-2-al­

doxima, a tiofeno-2-aldoxima, a furfuraldoxima, a piridino-2-aldoxima., a

piridino-3-aldoxima., a piridin0-4-aldoxima, o iodeto de N-metilpiridlnio-~

-aldoxima, o iodeto de ~-metilpiridinio-3-aldoxima,o iodeto de N-metilpi­

ridini0-4-aldoxima e aldoxima do piridoxal e do fosfato de piridoxal. Aqu~

ceram o cloridrato de hidroxilamina, dissolvido em solução aquosa de carbo-

nato de potássio, a 50-80 ºC, .adicionaram o aldeido respectivo , dissolvido

em água ou álcool, e mantiveram a temperatura a 80 ºC por 30 minutos a 1

hora. Obtiveram a respectiva oxima após extração com éter, pentano ou clo­

rofórmio e secagem em peneira molecular (3 AO) por 10 a 24 horas.

1.1.1. 2 - Preparação de hidrazonas

Roberts, em 1937, preparou hidrazonas empregando hidrazina e ~

deidos aromáticos e alifáticos, etanol como solvente e pequena quan-

tidade de ácido sulfÚrico concentrado.

Miyatake, em 1952, usaram solução etanólica de benzaldeidos ~, m, e

E.-substituídos, 5-nitro-2-furanocarboxaldeido ou 4-piridinocarboxaldeidos

e solução aquosa de hidrazina, em presença de acetato de sódio a 50'/0, em

banho-maria, por 15 minutos, obtendo as referidas hidrazonas. Uma variação

é o método usado por Kananova, em 1955, onde é usado acetato de potássio e

banho-maria por 2 a 3 horas para obter a hidrazona do 2-furfuraldeido e do

5-nitro-2-furaldeido.

Shiro & Kanai, em 1952, aqueceram cloridrato de hidrazina e 5-nitro­

-2-furaldeido ou E.-substi tuidos, a 50 ºC, em eta'lol, e adicionaram, a se­

guir, carbonato de potássio a 5%, obtendo as referidas hidrazonas.

Shiro & Takahashi, em 1955, aquecendo em banho-maria por 2 a 3 minu­

tos o benzaldeido , o furfuraldeido , o 5-nitro-2-furfuraldeido e hidrazina,

obtiveram as respectivas hidrãzonas.

Hamada, em 1959, obteve hidrazonas após duas a três horas de reação

entre a hidrazina e 5-nitro-2-furfuraldeído ou benzaldeídos ~, !!I. e p-substi­

tuldos.

-8-

Wiley & Irick, em 1959, prepararam metil e dimetilidrazonas pela rea;ã:>Entre éS respectivas hidrazinas e aldeidos alifáticos, benzaldeidos, 3-in

dolcarboxaldeido, 2-tiofenocarboxaldeido, 2-furanocarboxaldeido, por res­

friamento ou por aquecimento durante 1 hora, dependendo do composto.

Bredereck & Fritzche, em 1937, obtiveram di e trinitrofenilidrazonas

de derivados do furfuraldeido, tiofenocarboxaldeido e pirrolcarboxaldeido,

usando etanol absoluto como solvente.

BoNen & Wilkinson, em 1950, obtiveram 2,4-dinitrofenilidrazonas de

benzaldeidos substituidos em presença de ácido clor1.drico ou sulfurico di­

luidos.

Fujikawa et al., em 1962, obtiveram a fenilidrazona do 2-tiofenoc~

xaldeido refluxando os reagentes em etanol por 1:3) horas. Este mesmo can­

posto foi também obtido por Biedermarm, em 1888, em presença de hidrÓxido

de sÓdio.

Jensen & Jensen, em 1952, obtiveram tioidrazonas partindo de tioidra­

zidas e 2- e 8-quinolinocarboxaldeido, 2-furfuraldeido ou benzaldeidos

substiMdos.

1.1.1.3 - Preparação de tiossemicarbazonas

Hoggart & Taubman, em 1949, refluxaram por 24 horas tiossemicarbazida

e diacetato de 5-nitro-2-furfuraldeido, em etanol, obtendo a tiossemicarba

zona.

Anderson et al., em 1951, obtiveram a tiossemicarbazona de derivados

do furano, do tiofeno, do pirrol e da piridina, refluxando os respectivos

aldeidos e a tiossemicarbazida, em solução aquosa, por 6 a 8 horas e, a

segu i r , resfriando lentamente.

Berh3t:ein et al., em 1951, usaram tiossemicarbazida, em água quente,

e benzaldeidos p-substiMdos, 2-:furfuraldeido, 2-tiofenocarboxaldeido ,

naftaldeido e 4-, 6- e 7-quinolinocarboxaldeido, em etanol obtendo as res­

pectivas semicarbazonas.

-9-

Geigy, eI)'l 1953, obteve a tiossemicarbazona do 2-pirrolcarboxaldeido

Nishimura, em 1952, obteve a tiossemicarbazona do E.-nitrocinamalde1­

do aquecendo os reagentes em etanol por 30 minutos.

obtendo as respectivas tiossemicarbazonas.

alde1do e tiocianato de amônio.ousando

Clemence & Eichel, em 1956, obtiveram as tiossemicarbazonas do 2-tio­

fenocarboxaldeldo, 5-metil-2-tiofenocarboxalde1do e 5-nitro-2-tiofenocarb~

xaldeido refluxando os reagentes, em etanol, por 7 horas e, a seguir, res­

friando por 12 horas.

Behnish et al., em 1956, aqueceram em banho-maria, por 1 hora, 6-qui­

nolinocarboxaldeido e 3-indolcarboxalde1do em etanol, tiossemicarbazida em

água e gotas de ácido acético, para obter as ~tiva3 tiossemicarbazonas.

Doyle et al., em.1956, usaram o 2- e 3-indolcarboxalde1do e tiosse­

micarbazida, em solução hidroalcóolica, para obter a tiossemicarbazona.

Libermann et al., em 1953, partindo do 4-tiazolcarboxaldeido e benza:!.

deidos p- e ~substituidos, tiossemicarbazida, ácido acético e aquecimento

a 50-60 QC por 20 minutos prepararam a respectiva tiossemicarbazona.

Weller et al., em 1954, obtiveram a tiossemicarbazona do 3-indolcar­

boxalde1do refluxando mistura do referido alde1do, em metanol, e solução

de tiossemicarbazida, em ácido acético a 30',.0, por 2 horas.

Kawarmrra & Yamamoto, em 1952, refluxaram, por 1 :30, diacetato do

5-ni tro-2-furfuralade1do can tiossemicarbazida, em metanol e ácido sulfÚri

co a 10-20',.0.

FUjikawa et aL., em 1962 e em 1967, refluxaram 2-pirrolcarboxaldeido

e benzaldeidos E.-substi tuidos com tiossemicarbazida e benzoilidrazinonico­

tinilidrazina e 2-tiofenocarboxaldeido com tiossemicarbazida, em etanol,

por 1 a 1 :30,

Raffauf, em 1957, obteve a tiossemicarbazona do 5-nitro-2-fufuraldei­

do partindo do diacetato do aldeido e tiossemicarbazida em meio hidroal­

o::ólico, Em presença de ácido sulfÚrico, ácido clorídrico ou ácido fosfórico

(para manter pH<::4) e aquecimento com agitação a 85 QC.

-10-

French & Blanz, em 1966, refluxaram tiossemicarbazida e aldeidos het~

rociclicos, tal como 2-pÍridinocarboxaldeido, por 40 minutos e resfriaram

por uma noite, obtendo as tiossemicarbazonas respectivas.

1.1.1.4 - preparação de semicarbazonas

Algumas preparações de semicarbazonas usam a semicarbazida e o aldeido, outras usam o diacetato do aldeido em solução ácida. ° ácido usado

varia de autor para autor. °mais empregado é o ácido sulfurico, mas tam­

bém usam-se o ácido nitrico, o ácido clorídrico e o ácido fosfórico.

A semicarbazida é usada como tal ou na forma de seu cloridrato e o

tempo e a temperatura de aquecimento também variam de autor para autor.

Takami & Ueno, em 1948, usaram a semicarbazida e diacetato do 5-ni

tro-2-furfuraldeido em solução ácida para obter a semicarbazona.

Hoggart & Taubman, em 1949, refluxaram o diacetato do 5-nitro-2-fur~

raldeido em etanol e cloridrato de semicarbazida, por algumas horas, para

obter a semicarbazona.

Sadatake et aL., em 1949, obtiveram a mesma semicarbazona refluxando

a semicarbazida e diacetato do 5-nitro-2-furfuraldeido em presença do áci­

do sulfurico e cloreto estanoso.

Já Kobayash et aL., em 1950, usaram, para obter a semicarbazona, o

cloridrato de semicarbazida e diacetato do 5-nitro-2-furfuraldeido em solu

ção aquosa ou etanólica e em presença de um sal alcalino orgânico ou inor-~

ganico.

Mima, em 1956, usou acetato de sÓdio ou de potássio na reação de clo­

ridrato de semicarbazida com diacetato do 5-nitro-2-furufuraldeido.

Argyle et alo, em 1958, observaram que o pH ótimo para a obtenção da

semicarbazona do 5-nitro-2-furfuraldeido estava entre 3,5 e 4,0.

Raffauf" em 1951, usou semicarbaZida e diacetato do 5-nitro-2-fur­

furaldeido em presença de ácido mineral forte, tal como ácido nitrico ,

ácido cloridrido , ácido fosfórico ou ácido sulfÚrico e aquecimento a 85 ºC

por 1 hora.

-11-

Buczkowsky & Lange, em 1958, modificaram a temperatura de aquecimento.

Refluxaram o cloridrato de semicarbazida e o diacetato do 5-nitro-2-furfu­

raldeído, em solução hidroalcoólica a 90 ºC, por 1 hora, na presença de

ácido sulfúrico concentrado.

Yankov, em 1963, mudou o tempo de aquecimento. Efetuou a reação da se­

micarbazida e diacetato do 5-nitro-2-furfuraldeído, em solução aquosa, na

presença de ácido sulfÚrico concentrado e aquecimento a 90 ºC por 100 minu­

tos.

Liu & Chen, em 1960, diminuíram a temperatura de aquecimento. Usaram

o cloridrato de semicarbazida e diacetato do 5-nitro-2-furfuraldeído, em

solução hidroalcoólica, na presença de ácido sulfÚrico concentrado e aqueci

do a 68-70 ºC por 1 hora.

Kline & French Laboratories Ltd., em 1960, Er!pregpraTl tart::án a semicar­

bâzida e do diacetato de 5-nitro-2-furfuraldeido , em presença de ácido sul­

fÚrico concentrado e aquecimento a 85 ºC por 2 horas.

Tono & Ueno, em 1949, u::aran inici.a1nmte o dí.a:etato de 5-nitro-2-furf~

raldeído can sulfato de hidrazina e, em seguida, o sulfato de semicaE,

bazida, em etanol, ácido acético, 3 a 4 horas de refluxo e ajuste do pH a

3-4 can carbonato de sódio.

,Kawabe et alo, em 1960, tambem usaram o sulfato de 4-alquilsemicar-

bazida e diacetato do 5-ni tro-2-furfuraldeído, em etanol e aquecimento a 70

-80 ºC por 30 minutos.

Sti1lman & Scott, em 1947, obtiveram não só a semicarbazona, mas também

a 4- metilsemicarbazona a tiossemicarbazona e a semioxamazona do 5-nitro­

-2-furfuraldeído, utilizando o aldeido cloridrato da amina respectiva, acetato de SÓdio e agitação por 1 hora.

Kochergin & Karpov, em 1967, usaram o nitrato do 5-nitro-furfuraldeído

para obter o aldeído reSPectivo que, em contato com o cloridrato de semicar­

bazida, resul teu na semicarbazona. Os autores recristalizararn a semicarbazo­

na de dois solventes diferentes, obtendo cristais com faixas de fusão dife­

rentes. A recristalização de ácido acético forneceu produto com faixa de fu­

são 232-233 ºC e a recristalização de etanol, produto com faixa de fusão 238-239 ºC.

-12-

Dann & Mõller, em 1949, empregaram derivados do benzaldeído, furano

ou tiofeno, cloridrato de semicarbazida e acetato de sódio, para obter as

respectivas semicarbazonas.

Nardi et aLo, em 1967, obtiveram a semicarbazona, tiossemicarbazona e

outras iminas do 5-nitro-2-furfuraldeído, usando :0 cloridrato da amina

respectiva e aldeido em etanol, acetato de sÓdio e refluxo por 1 hora.

Yoshina, em 1976, obteve semicarbazona, tiossemicarbazona, hidrazo­

na, oxima e outras iminas do difenilfuro ( 3 ,2-~pirazol, partindo do aldei­

do, do cloridrato da amina respectiva, acetato de sÓdio e refluxo por 3 ho

raso

(ka et aLo, em 1953, condensaram, por :fusão" diacetato de 5-nitro-2-fur

furaldeido e acetato de semicarbazida, obtendo a respectiva semicarbazona.

Ueno et aLo, em 1954, Usaram a 2-hidroxietilsemicarbazida em água

e 5-nitro-2-furfuraldeído em etanol, para obter a semicarbazona respecti-

va.

Gever & Ward, em 1955, obtiveram urna semicarbazona usando o 4-(3-mor­

folinopropilsemicarbazida) e 5-nitro-2-furfuraldeído, em solução aquosa e

aquecimento em banho-maria por 10 a 15 minutos.

A semicarbazona,a tiossemicarbazona,afeni lidrazona e a axirra do 5-nitro­

-(~-metil-2-pirrolcarboxaldeído),do 5-nitro-2-tiofenocarboxaldeído e do

5-ni tro-pirrolcarboxaldeÍdo também foram obtidas,~s=o aldeido e a­

mina respectiva (Fournari, 1963; Foumari & Chane, 1963; Foumari & Tirou­

flet, 1963).

González & Brzezicki, em 1950, prepararam a semicarbazona do 2-pirrol­

carboxaldeído e oxima do E.-clorobenzaldeído, partindo do respectivo aldei­

do e arnina em solução etanólica.

Outras semicarbazonas também foram obtidas da reação de aldeido e ami­

na em solução alcoólica. Exemplos são GS semicarbazonas m 8-. e cb 4-q..rlro1..:ir

carboxaldeído, preparadas por Kaplan & Lindwall, em 1943,8.8 semicarbazonas dos

5-, 6-, 7- e 8-quinolinocarboxaldeídos preparadas por Rodionov, em 1945, e GS

semicarbazonas cb 6- e 7-cloro-4-quinolinocarboxaldeído, preparadas por Carrp­

bell et al., em 1946.

-13-

1 .1 .2 - Preparação de iminas por outras reações

Semica.rbazonas de aldeidos piridinicos também foram preparadas por

Alan & Alan, em 1961, refluxando o aldeído respectivo e semica.rbazida, em

etanol absoluto, por 30 minutos.

Ph2C= NH~

H20

H+PhMgBr .. Ph2C= NMgBr+PhCN

A semicarbazona do 2-pirrolcarboxaldeído também foi preparada por

NI TTA e t a L, em 1962, para caracterizar o respectivo aldeído, que

foi obtido através de degradação da glucoronamida.

Várias semica.rbazonas foram preparadas com a finalidade de caracteri­

zar o aldeido. Exemplos são a semicarbazona do 5-rnetil-2-tiofenocarboxald~

ído" preparada por King & Nord, em 1948, e por Har1Pu ch & Dickert, em 1949, e

a semicarbazona do ~-rnetil-2-pirrolcarboxaldeido,preparada por Ryskiewicz

& Sil~rstein, em 1954, e por Reichstein, em 1930. Nestes casos, os autores

apenas citam a preparação, sem se referir ao método utilizado.

A preparação da semicarbazona do 2-tiofenocarboxaldeido, para caracte­

rizar o aldeido, foi efetuada por vários autores, sendo que cada um deles

obteve o produto com pontos de fusão diferentes. Assim, Grishkevich-Trokh.!.

movskii & Matzurevich, em 1912, obtiveram escamas prateadas com ponto de

fusão em 213 ºc, com decanposição; Hartouch, em 1947, obteve a semicarbazo­

na com faixa de fusão entre 218-219 ºC; Sugasawa & Mizukam, em 1955, com

fqixa de fusão entre 222-224 ºC, e Reichstein, em 1930, com faixa de fusão

227-228 ºC.

o mesmo oconteceu com a semicarbazona do 3-indolcarboxaldeido. Bulato

va & Suvorov, em 1970, obtiveram o produto com faixa de fusão entre 225­

226 ºC, enquanto Alemanyet aL ., em 1967, com faixa de fusão de 250-252 ºC

e Order & Lindwal, em 1945, com faixa de fusão 265-270 ºC, todos com

análise elementar confirmando a obtenção.

A adição de um aril ou alquil Grignard a un cianeto de arila fornece, a

pÓs cuidadosa hidrÓlise a -15 ºC, tratamento com ácido clor1drico e, final

mente com amônia, a cetiminacan .'70}& de rendimento (Layer, 1963).

-14-

Desidrogenação de aminas também fornece iminas (Layer, 1963).

A reaç~ de un canposto nitroso can canpostos contendo hidrogênio ati­

vo pode também resultar em iminas (Layer, 1963).

HCl

NH3+

eírC6H5

~HO-@-rNH

~

30'~

+ PhCH2N= CHPh

---:;>=> RCH = NHH2

HCI

~ H2

+

+RCN

50'~

~ PhCHf'JH2

RC=N

+

LiAJ.r4

$NHC6H5

PhC::=N

OH

oo-@

A reação de un cianeto alifático can um Grignard alifático resulta na

imina correspondente can altos rendimentos. O canplexo cianeto-Grignard é

mais lentamente decanposto can metanol anidro do que can amônia anidra ou

decanposição aquosa (Layer, 1963).

Fenóis e éteres fenólicos reagem can cianetos de alquila ou de arila

em éter, quando catalisadcspor ácido clorfdrico e/ou cloreto de zinco, para

dar cetiminas can bons rendimentos. A reação pode ocorrer pela dissolução

do fenol e nitrila em éter e adição de ácido clorfdrico. No caso de fe­

nÓis menos reativos, coloca-se também cloridrato de zinco (Layer, 1963).

Ni trilas, quando hidrogenadas sob níquel ou platina, como catalisadores,

podem dar iminas; mas, geralmente, os rendimentos são baixos devido à poste­

rior redução à amina e a condensações. (Layer, 1963).

1.2.1 - Mecanismos de reação

1.2 - MECANISMO DA REAÇÃO DE FORMAÇÃO DE IMINAS A PARTIR DE CeMPOSTOS CAR­

BONÍLICOS E NUCLEÓFILOS NITR(X}ENADOS

Amidetos alcalinos ou de cálcio , derivados de aminas primárias, rea­

gem can cetonas aranáticas para dar iminas (Layer, 1963).

-15-

NaCH

........-H;)O~ C=NR~ "

~-"C=~-R/'

a-r" I-_-..:>~ CH-N-R,/

C6~""-C6H5NHNa :> C=N-e~5 +,/

C6H

5

R-N=O

+

+.......CH,." 2

C6H5 "-C=O

,/C

6H5

Neste caso, a formação da imina é favorecida quando são usados catali­

sadores fortemente básicos, tais cano NaoH, e reeção a al tas .. terrq:>eraturas

(Layer, 1963).

O mecanismo proposto para a reação quimica deve explicar também a ve­

locidade da reação e as ITRldanças causadas por alteração no meio, na terrq:>e­

ratura ou por adição de catalisadores.

O conhecimento do mecanismo de una reação quÍmica é ITR.lito útil e en­

tre outros auxilia na escolha das melhores condições de obtenção desta ou

de outra reação correlata can ban rendimento.

O conceito de mecanismo de reação, desenvolvido principalmente por

quimicos orgânicos, inclui o conhecimento de todas as etapas da reação

e também detalhada feição estereoquimica de cada etapa que

ocorre. Isto implica em conhecimento da composição do complexo ativado

em termos das moléculas dos reagentes, bem cano da geanetria deste em

termos das distâncias e ângulos entre os átanos.

-16-

1.2.2 - Mecanismo de reação de compostos carbonilicos com reagentes nucleo­

filicos nitrogenados

Em 1959, Jencks propôs um mecanismo para a reação. Admitiu ele que a

reação se realizasse em duas etapas: (1) o ataque nucleofÜico ao composto

carbonilico e (2) a desidratação deste, dando origem aos produtos da rea-

(2)

(1)

H20+

hidrazona

..........C=N-NH-R

./

HI

R-C-N-R'I Ia-lH

H'\.

C=N-R'R/

O

" 11/C=N-NH-e-NH2

semicarbazona

::;:.

H2N-R' - .............c:::::::+

oxima

.........../C=:N-a-I

HI

R- C-N- R'I Ia-lH

H./

R-e~

O

-çao.

Existem vários estudos cinéticos a respei to da reação Entre calIXE1J;:s~

bonilicos e reagentes nucleofÜicos nitrogenados. Estes têm sido es­

tudados extensivarnente desde o final do século passado, tanto em relação àinfluência da basicidade do reagente nucleofÜico q..B1to Em reJ..a;ã:. à reativi

dade de compostos carbonÜicos m mecanismo d3. reação.

o método cinético, que estuda a velocidade da reação e os fatores que

a influenciam, cano concentração dos reagentes e catalisadores, pres:â:J, ~

pereJura.,Entre c:ut::rm, é un d:s métodos mais usados para estudar o mecanismo pe­

lo qual as reações ocorrem (Zuman, 1984).

A imina formada é instável se os substituintes no carbono ou no nitro­

gênio forem todos hidrogênio ou grupos alquilas. É estabilizad-a se um ou

mais grupos arilas estiverem ligados ao carbono ou nitrogênio. Estes compo~

tos são facilmente isolados e são chamados bases de Schiff. A estabilização

também é atingida se um grupo hidroxila ou um segLmdo átano de nitrogênio

estiverem ligados ao nitrogênio (Coroes, 1963; Cox, 1978). As estruturas

mais carn.ms Si:> 00 cJdI:im, as semicarbazonas e as hidrazonas (Amaral et al. ,

1966; Coroes, 1962; Jencks, 1959).

-17-

Jencks, em 1959, admitiu queafé52 lenta da reação, em meio ácido, era

a fonnação da carbinolamina e, em meio neutro e alcalino, sua desidratação.

Estudo da reação de semicarbazida com benzaldeidos !!YE-substi tuidos

mostrou que a fonnação da carbinolamina é a fase lenta da reação em pH men~

res do que 5 e que a reação de desidratação da carbinolamina é a fase lenta

da reação em pH maiores do que 5 (Anderson & Jencks, 1960; Jencks, 1959).

TO

ImIl-C-OH

I

carbinolamina

HI

R-NH-C-Q-IIH

+H

==--

rápida

k 6

T+

IRm-C-OH A

2 I.:::-

k_l

H+ ,

HCHO > R-NH-C-O-~2 ,H

kl~+

+RNH2

~C=O HA

o mesmo comportamento foi observado na reação de fenilidrazina com ben

zaldeidos E-substituidos e com aldeídos aromáticos heterociclicos derivados

do furano, do tiofeno e do pirrol (Amaral & Bastos, 1971; Amaral, 1972; Mos

covici et al., 1976; Hirata & Amaral, 1982).

Em 1974, Sayer et alo, estudando a reação de benzaldeidos com reagen­

tes nucleofÜicos nitrogenados, propuseram que a fonnação da carbinolamina

pudesse ser efetuada por dois caminhos concorrentes, I e 11, confonne se

mostra na Figura I.

No caminho I, denominado "caminho concomitante", a fonnação da ligação

ni trogênio-carbono se dá simultaneamente com a protonização do oxigênio car

bonilico. Fonna-se, pois, um intennediário catiônico (T+), com velocidade

de reação igual a k 1 é1-I+ • Este intermediário transfonna-se na carbinolamina

(Tº) mediante eliminação de um prÓton.

Mais recentemente, em 1983, Shokhen et alo, estudaram a reação de for­

mação de carbinolamina através de cálculos de orbital molecular, como o

MINDO/3. Verificaran que na reação de fonnaldeido com amônia, metilamina, di

metilamina, hidrÓxido de amônio ou hidrazina fonnava-se um intermediário e­

nergeticamente desfavorável, cuja estabilidade dependia do substituinte no

átomo de nitrogênio. Em um segundo passq, ocorria isomerização, com transfe­

rência de prÓton intramolecular, fonnando a carbinolamina, reação esta que

era energeticamente favorável.

I - caminho ccncx:mitante

11 - caminho por etapas

Figura I - M:canisrro defonnação da carbino1arnina, através de dois caITl!nhos oonoorrentes:

-13-

~

kzjILz

R'C=O

H/

-R@ I e

R-NH-C-O2 I

HT!

+

11

k3~

~-3

.,.

T+

R Ro I k6 IR'-NH 2-C -OH" >. R'-NH -C-OH

I t H+ IH H

TO

ksoH'l

\ /RRN=C

'H

R'-NH2

I

k.oH+ II k-.

-19-

-reaçao.

Sayer definiu, ainda, duas constantes de equiÜbrio

T+

TO

(3)

(4)

Ti

(RCHO) (R'NH2)

k _-t.._ I.~ '- 2 k3~t~ M'lli2 - C - OH

RNH2~ C-O ===- _-t.._ I ~ I

/ - oc::::: R'JH2 -C-O- ~ k ~I

-3 +H ~ kk ~,k4 - 6

-2 T± ~ Ik_

4RNH- C-OH

I

TO

K =­n

A importância do caminho por etapas em relação ao caminho concomitan­

te, para una série de reagentes, é determinada pela estabilidade do inter­

mediário T±, que depende, por sua vez, da basicidade do reagente nucleofi­

lico e da reatividade do canposto carbonilico (Jencks, 1981). A estabilida

de de T± é então aumentada pelo aumento de pKa da amina ou da constante ee

equiÜbrio Kad da reação. Assim, aminas fracamente básic~ ou compostos c8!:.

bonilicos pouco reativos reagem prin~ipalmente pelo caminho concomitante .

Aumentando-se a basicidadeda amina ou o valor de Kad , aumenta-se a estabi­

lidade de T± e a contribuição do caminho por etapas.

No caminho II, denOOlinado "caminho por etapas", o nucleófilo reage com

o composto carbonÍlico, formando un intermediário dipolar (Ti), com veloci­

dade de reação igual a k2

• O intermidiário dipolar pode ser protonizado com

velocidade de reação igual a k3

'1-t+, transfonnando-se no intermediário catiô­

nico (T+), o qual, eliminando un próton, transforma-se, com velocidade igual

a k6

, na carbinolamina (To). O intermediário T± pode, ainda, por un processo

de transferência de próton, converter-se diretamente na carbinolamina (To).

Kad= (RCHO) (R'NH

2)

em que K é a constante de equilibrio para a formação do intermediário T± en

. Kad é a constante de equilibrio para a formação da carbinolamina, TO

(Sayer et aL ., 1974).

A carbinolamina formada pelo caminho I ou pelo caminho 11 desidrata-

-se, com velocidade de reação igual a k 5é1-I+' dando origem aos produtos da

-20-

Usando cano nucleófilo a semicarbazida (pKa = 3,65), a formação da car

binolamina na reação can E.-metoxibenzaldeido efetua-se pelo caminho cqncanl

tante, ao passo que a formação da carbinolamina na reação can E.-ni trobenzal­

deído, mais reativo, ocorre pelo caminho por etapas (Cordes & Jencks, 1962).

No caso da tiossemicarbazida, nucleófilo fraco (pKa = 1,88), a forma­

ção da carbinolamina na reação can E.-clorobenzaldeido efetua-se pelo cami­

nho concanitante (Sayer & Jencks, 1969). Empregando-se hidroxilamina, nu­

cleófilo forte (pKa = 6,15), a formação da carbinolamina can o meffilO aldei­

do ocorre pelo caminho por etapas (Sayer et aI.. , 1974).

Iodetos de formil-1-metilpiridinios, por terem una tmidade de carga p~

si tiva, são extremamente reativos ao reagirem can nucleófilos nitrogenados,

a tal ponto que a desidratação da carbinolamina intermediária é a fase len­

da reação em toda faixa de pH estudada (pH = 1 a 6), não permitindo, conse-" -quentemente, estudar~se a formaçao da carbinolamina (Sojo et al.., 1976).

A rea;;ã:> Entre pirldirÓxicb-4-cartx:lxalreleb rezgirà:> e fffliJ.i.drazirn (P<a =5,23)

procede por um caminho por etapas devido à grande nucleofilicidade da amina

e à grande reatividade do aldeido (Moscovici et aI.., 1982). Quando este al­

deido reage can tiossemicarbazida (pKa = 1,88), apesar da pequena basicida­

de da amina, a estabilidade do intermediário Ti é suficiente para que se ob

serve sua formação, permi tindo a ocorrência do caminho por etapas ( Amaral

et aL, 1981).

Amaral e colaboradores estudaram a reação de fenilidrazina can benzal­

defdos ~/E.-substituidos, 2-furfural-5-substituidos, 2-ti ofenocarboxaldeido ,

2-pirrolcarboxaldeido e ~-metil-2-pirrolcarboxaldeído (Moscovici et aLo ,B76;~

ral & Bastos, 1971; Amaral, 1971; Hirata & Amaral, 1972). Estes pesquisad~

res ~rificaran que os dados obtidos estão de acordo can a proposta de outros

autores.

Mais recentemente, aventou-se a hipótese de um ter-ceiro caminho para a formação da carbinolamina. Este,' denaninado "caminho

pré-associação" , envolve associação prévia do catalisador, nucleófilo e cOlE

posto carbonilico, em um canplexo de encontro. A seguir, ocorre formação de

intermediário C.zwiteriônico· (T±) no canplexo de encontro, transferência de

prÓton e dissociação do canplexo formado, dando origem ao intermediário T+H.

Este se transforma, rapidamente, por expulsão de prÓton, na carbinolamina

neutra (To) e esta, no produto (Sayer & Edman, 1979).

o caminho por "pré-associação" ocorre quando a velocidade de quebra do

intermediário de adição T~ é maior do que a velocidade de separação do com­

plexo intermediário-catalisador (Jencks, 1981).

Os referidos autores observaram, também, que a velocidade de form~

ção da carbinolamina para reações entre um mesmo reagente nucleofÜico .ni­

trogenado e diversos benzaldeldos !:!!.' E.-substituldos , pelo caminho·concomitan

te~ deve ser pouco influenciada pelos efeitos dos substituintes no anel ben­

zênico. Isto ocorre porque os substituintes que diminuem a densidade elet~

nica do anel facilitam a formação da ligação nitrogênio-carbono e, ao mes­

mo tempo, dificultam a protonização do oxigênio carbonllico. Por outro lado,

substituintes que aumentam a densidade eletrônica do anel benzênico dificul

_.RN=C, + H20

-21-

H+A'"+ ........C=O +

nKassoc

(RNH2 • ~C=O • H+A)

k_1 1~ k 1

[RNH2-d-0- . H+A J

I

k_3 1~ k3

I(RNH

2- C-CH • A-)

I

k-4 1~ k 4

_:1-_- I -ffi\lti

2-.C-CH + A

I

~ rápida

IRNH-C-rn

ItKct(H+j

RNH2

-22-

tam a formação da ligação carbono-nitrogênio e, ao mesmo tempo, faci 1i tam

a protonização do oxigênio carbonÜico (Rosenberg et aL., 1974).

Estes autores observaram, ainda, que a velocidade de formação da car­

binolamina para reações entre um mesmo reagente nucleofÜico nitrogenado e

diversos benzaldeídos ~E.-substituldos, pelo mecani1:rnO"'por etapas': deve s~

frer grande influência dos efeitos dos substituintes que diminuem a densi­

dade eletrônica do anel benzênico.

Os substituintes que diminuem a densidade eletrônica do anel benzêni­

co facili tam a formação da ligação ni trogênio-carbono e substituintes que

aumentam a densidade eletrônica dificul tam a formação da ligação ni trogê­

nio-carbono.

A desidratação da carbinolamina pode ocorrer can catálise ácida, sem

catálise, em que a transferência do próton é mediada pelo solvente, 01 a:in:B

c:m cat:á:l..i.s:= básica (Sayer & Jencks., 1969; Rosenberg et aI., 1974; Jencks &

Gilbert, 1977; Sayer et aL., 1982).

Perfis de velocidade de reação em função do pH para reações entre can

postos carbonllicos e reagentes nucleofllicos nitrogenados apresentam in­

flexões correspondentes à etapa lenta da reação ou a mudanças da estrutu­

ra do substrato. A análise de tais perfis fornece informações substanciais

sobre o mecanismo de reação envolvido (Sayer et aI., 1974).

A Figura Ir ilustra as formas que podem assumir os perfis de velocid~

de de reação para a formação de oximas, hidrazonas, semicarbazonas e outros

derivados de compostos carbonllicos, de acordo com as importâncias relati­

vas dos caminhos "concomi tante-' e ~por etapas':

O perfil do tipo A é esperado em reações onde o nucleófilo é fracame~, , , I

te basico e/ou o aldeido e pouco reativo, cano 4-clorobenzaldeldo can ace-

toidrazida (Sayer & Edrnan, 1979) e com tiossemicarbazida (Sayer & J encks ,

1969; Sayer et aL, 1974) e E.-metoxibenzaldeído com semícarbazida (Sayer- , ,et aL, 1974). Este perfil apresenta apenas una inflexao, em pH proximo a

neutralidade. Fsta. corresponde à mudança na etapa determinante da velocidade

de reação da formação não catalisada da carbinolamina para a desidratação

da carbinolamina catalisada pelo lon hidrônio , quando se aumenta o pH.

pH

~

oo

--\

\\\

\\\

\11\

\

pH

I

c

...

des

-~.

A

-23-

pH

~

Clto

.)It.

o I 11o ,\

\\\ .

\ o\ 00

'- -_o,.

Figura 11 - Forrras que podem assumir os perfis de reação para forrração de

oximas, hidrazonas, sernicarbazonas e outros derivados de ~

postos carborúlicos, de acordo a::m as irrportâncias relativas

dos caminhos cona::mitante (I) e por etapas (11)

-24-

1.2.3 - Catálise ácido-básica geral na fonnação de iminas

A reação de fonnação da carbinolamina é, geralmente, suscetivel à catá

lise ácida especifica pelo ion hidrÔnio e à catálise ácida geral por ácidos

de Bronsted (Jencks, 1976; Jencks & Gilbert, 1977; Palmer & Jencks, 1980) •

O perfil de tipo C, esperado em reações can nucleófilos nitrogenados

fortemente básicos, tais cano hidroxilamina (Lowry & Richardson, 1976; Ros­

si & Amaral, 1984), apresenta apenas uma inflexão em valor baixo de pH. Es­

ta inflexão reflete mudança da etapa detenninante da velocidade de reação

da fonnação não catalisada do intennediário zwi teriônico (T±.) para a desi­

dratação do intennediário carbinolamina (T~, catalisada pelo ion hidrônio,

can o aumento do pH. Assim, em quase toda extensão de pH a etapa detennin~

te da velocidade de reação é a desidratação da carbinolamina. Isto ocorre

porque o intennediário inicialmente fonnado (~), provav81mente, tenha esta­

bilidade suficiente para que a reação reversa, que o converte a reagentes ,

seja mais lenta que a transferência de próton que o converte a TO.

ser sensivel à catálise básica especifica e geral.

o perfil do tipo B é esperado em reações onde o nucleófilo é menos b~

sico ou o aldeido é menos reativo, cano semicarbazida e 4-nitrobenzalde{do

(Cordes & Jencks, 1962; Sayer et aL., 1974; Stachissini, 1984) metoxiamina

e benzaldeídos E-substituidos (N02 , Cl e OCH3 ) (Rosenberg et aLo, 1974), f~

nilidrazina e 2-, 3- e 4-piridino-N-óxido-carboxalde{dos(Okano et aL., 1980)

e fenilidrazina e Q-hidroxibenzaldeído (Bastos et aLo, 1981). Este perfil

apresenta duas inflexões e cinco regiões correspondentes a cinco constantes

de velocidade cineticamente significativas (Figura 111). A inflexão em valor

baixo de pH reflete mudança na etapa detenninante da velocidade da reação

de fonnação não catalisada do intennediário (T±.) para una transferência de

próton catalisada pelo ion hidrogênio, can o aumento do pH. A transferência

do próton do T±, catalisada por ácido, toma-se lenta em relação a reação

reversa, ou seja, a conversão aos reagentes. A inflexão em valor de pH mai­

or novamente reflete mudança de etapa lenta da transferência de próton, me­

diada pelo solvente, para a desidratação da carbinolamina catalisada pelo

ion hidrÔnio, can o aumento de pH. O intennediário ~ da adição tem tempo

de duração suficiente para que sua conversão a TO ocorra por mecanismo de

catálise ácida geral, can transferência de próton controlada por difusão. Em

valor mui to baixo de pH, o mecanismo predaninante passa a ser o concomitante

(Rosenberg et aL., 1974).

Em algtmS casos, pode

Figura 111 - Diagrama ilustrando as contribuições das constantes de velocidade

cineticamente significativas ao perfil de velocidade de reação em

função do pH.

-25-

64

pH

2o

k2 '-- - - --,,\ K • k

3\ n\

\,-~-­,

k1

10

10 4

10 3

102

O, 1-2

1 , O

-26-

contorno de coordenadas de reação para explicar o mecanismo de catálise á­

cida-básica geral de reações canplexas. Entendendo por reações canplexas .

pK N 30 pKI4 pKN 8 pKN9

R-~) - ~~+ 1\-+ 'C=O R-N-C-OI / -= ,

IH H

revisão na qual utiliza os diagramas deJencks, em 1972, publicou

A reação de desidratação da carbinolamina ocorre, geralmente, com ca­

tálise pelo hidrÔnio e, rmli to raramente, com catálise ácida ou básica ge­

ral.

Sayer et alo, em 1974, construirarn UTI gráfico em que colocaram os 10­

gari tmos das constantes cataliticas do ion hidrÔnio, para a formação da

carbinolamina, na reação de E.-clorobenzaldeido com diversos reagentes nu­

cleofÜicos nitrogenados contra o valor de 0,8 pKa , + log Kad . Obtiveram­

se duas retas: uma para as reações que ocorrem pelo caminho "concomitante"

e outra para as reações que ocorrem pelo caminho "por etapas", como mostra

a Figura IV. Observa-se que a semicarbazida encontra-se em posição in­

termediária entre os dois caminhos.

Catálise ácida-básica geral deste tipo de reação, geralmente, repre­

senta reações nas quais o catalisador doa UTI próton ao reagente eletrofÜ!.­

co em UTIa direção e o remove na direção reversa ou reações nas quais o ca­

talisador facilita a transferência de próton do reagente nucleofÜico ou p.§;

ra este.

Essas grandes variações de pK dão origem, normalmente, a intermediá­

rios e estados de transição instáveis. A catálise acelera a reação por a­

prisionar tais intermediários ou por estabilizar os estados de transição

que conduzem à sua formação (Jencks, 1976).

A força propulsora para a catálise ácida ou básica geral das reações

de adição à carbonila e reações análogas resulta, em última instância, da

grande variação do pK dos grupos reagentes. Esta variação, por sua vez, édecorrente de mudança nas ligações, o que ocorre, por exemplo, na adição

de uma amina a UTI grupo carbonila. Ocorre, então, aumento na acidez da ami

na da ordem de 22 unidades de pH e aumento na basicidade do átomo de oxigê

nio da carbonila da ordem de 13 unidades de pH.

-27-

Figura IV - Dependência cb logari tm:::> das constantes de velocidade da fOE

mação da carbinolarnina catalisada pelo íon hidrênio do 4-cl~

ro-benzaldeído cx:m hidroxilaminas ehidrazinas substituídas

cx:m pK e log K d dos nucleófilos. O símlx>lo (e) foi assinaa a -lado inequivocanente para o caminho por "etapas" (~k3) e o

símlx>lo (o) para "ooncx:mitante" (kl ). A inclinação das retas

correspondentes a kl e Knk3 são 0,33 e 1,0, respectivarrente.

A linha sólida representa a sana dos dois caminhos.

6

\MA ....Oft'PH5/.•••••••..•ot~A

o·ooca se .o ••.......- .... ......

2 4

0.8 pK'o + Log Kod

.~:"'MeSC

e--i o

CMSH o•

...........o

o

o

2

o

4

6

:I:.xoo..J

-28-

aquelas em que uma ou mais transferências de prÓtons acanpanham a.rt:ro pro-" , - -cesso frequentemente mais dificil, tal cemo formaçao ou ruptura de ligaçao

nitrogênio-carbono.

Se o tempo de duração de um intermediário for mais longo que a fre"", . d 'b - d rd d 1013 1014 -1 d' l' t -quencla e Vl raçao a o em e - s, lz-se que e e eX1S e, épare-

cendo I pois I uma linha limite entre mecanismo "conccmitante" e !'por etapas".

HI

t'e3~-T-OHH

rr±k_1

k1

+t'e3N

Assim, um mecanismo de reação "por etapas" refere-se à reação que se­

gue o caminho ao longo das bordas do diagrama e envolve um intermediário. e

dois estados de transição distintos. No mecanismo de reação "conccmitante"

o estado de transição da etapa determinante ocorre na região central do

diagrama cem movimentos significantes ao longo de ambas as coordenadas.

Os diagramas de contorno de coordenadas de reação são construidos cem

eixos separados de formação e ruptura da ligação do átOOlO de carbono cen­

tral e do processo de transferência de prÓton. Re.presentação esquemát~

ca resumida pode ser observada à Figura V.

Em revisao mais recente, em 1981, Jencks propõe que para a maio-

ria das reações a escolha do mecanismo é ditada pelo tempo de duração do

intermediário que POde ser formado na reação, o qual permite distin­

ção qual i tativa canpletamente definida entre mecanismos. O caráter do est~

do de transição ou grau de assistência na reação fornece semente des­

crição quanti tativa sem 1imite definido.

Quando um nucleófilo forte ataca um ccmposto carbonilico reativo éprovável que o intermediário inicialmente formado tenha estabilidade suf2:.ciente- para ser "apanhado" por uma transferência de prÓton envolvendo o

solvente antes que ele reverta aos reagentes, tal que a catálise pelos t~

pões tarra-re desnecessária. Exemplo é a reação entre trimetilamina e for­

maldeido (Cordes & Jencks, 1962).

Figura V - Representação esquemática de um diagrama de contorno de coordenada

de reação onde o movimento do próton é mostrado no eixo horizontal

e a formação ou ~ptura da ligação C-N é mostrado no eixo vertical.

r~1N

~ AH H

I

0- OI I

-C- -C-I + 1+N N1'4---------- ------;t'I /I /I /

I /I /I /I /I /I /I /I /I /I /I /

/

1J..c

A O••• H••• A AIH < > H

O '+O11 gC, " / "N N

-29-

-30-

Quando o intermediário tem tempo de duração curto mas significante, é

Quando o intermediário toma-se progressivamente mais estável, a catá

no

~(HA1

T+

H rn-= ...... MeO-h~t-O--eO~ I I 1

H H

n-<O>-<:

mais importante.

TO

+

, t1 , _ "

atraves de lJTl mecanismo pre-associaçao ,

k-5 1l~ T~

k-11~~~?~

Meo-~~-U Cl

H H

MeO-NH2

k2~

T+

lise ácida toma-se igualmente

provável que a reação siga

Por outro lado, se lJTl intermediário menos estável retoma aos reagentes

mais rapidamente do que é capturado por uma transferência de prÓton mediada

pelo solvente, deve existir catálise pelos tampões. O intermediário deve

ser capturado por moléculas do tampão, ocorrendo catálise ácida geral, nlJTl

mecanismo de transferência de prÓton controlada por difusão, tal que tam­

pões moderadamente ácidos aumentam a constante de velocidade observada. E­

xemplo desse mecanismo é a reação entre metoxiamina e 4-clorobenzaldeido

(Jencks, 1981).

Se o tempo de duração de lJTl intermediário toma-se curto, o intermediá

rio não se forma e a reação deve proceder através de un mecanismo concomi­

tante.

qual todas as moléculas do reagente e catalisador estão reunidas num com­

plexo de encontro,antes que axnteça primeira mudança covalente. Se a vol­

ta aosreagentes, pelo complexo intermediário, ocorre mais rapidamente do

que a sua liberação do catalisador, a reação segue o mecanismo "pré-associa_ t, ,

çao, caso contrario, segue o mecanismo por etapas (Jencks, 1981).

~+ cr~ ~ f-Or)H.MeO-N -C Cl =- MeO-N- O 1I I -= I

H H H

-31-

Se a catálise ácicb-Dásica geral se processa numa reação canplexa, por

exemplo,numprocesso que envolva transferência de prÓton e ataque nucleofl­

lico, ex mede somente o grau de transferência do prÓton no estado de transi

ção e não o grau de ligação do nucleófilo (Lovny & Richardson, 1976).

Valores de 0,22 e 0,15 foram obtidos para o ex de Bn;6nsted na reação' de

E-clorobenzaldeidO com nucleófilos fracamente básicos, como 2-metiJtiosse­

micarbazida (Sayer & Jencks, 1973) e tiossemicarbazida (Sayer & Jencks, 1969),

respectivamente.

catálise básica geral

catálise ácida geral

log ~ = log CB - BpKa

log KA = log CA -ex pKa

ou

o valor de ex Pode ser considerado cano uma medida da posição do pró­

ton no estado de transição: ex prÓximo a zero (HA = ácido mui to forte) irdica

esta:b cE t:nEiçã:, famm:b-se ãltes, can pequena transferência do prÓtonj ex

prÓximo a 1,O, indica que o estado de transição está se formando can o pró­

ton quase canpletamente transferido. (Swain & Worosz, 1965).

A maneira canum de verificar a catálise ácida geral é medir a veloci­

dade da reação em várias concentrações do catalisador, mas can concentra­

ção do ion hidrÔnio constante, isto é, em uma solução tampão. Se existir

catálise geral significa que a transferência de PrÓtons deve estar envolv!

da na etapa determinante da velocidade da reação (LcMry & Richardson, 1976).

Brónsted e Pedersen, em 1924, estudando a reação de decomposição da

ni tramida, catalisada por base, evidenciaram a existência de correlação en

tre as constantes de velocidade da reação catalisada e as constantes de

dissociação do ácido ou da base. A correlação encontrada por eles pode ser

representada pelas equações:

Ckano et ar., em 1980, e Amaral & Okano, em 1981, estudando a reação

de aldeidos piridinicos com nucleófilos nitrogenados como a fenilidrazina

e tiossemicarbazida obtiveram valor de 0,21 para o ex da equação de Bróns­

ted, o qual é pequeno, indicando que a reação é pouco sensivel à força do

ácido empregado cano catalisador.

-32-

As rea-P=s de fenilidrazina com benzaldeidos E.-substi tuidos (Amaral &

Bastos, 1971), furfural (Amaral, 1967), 2-tiofenocarboxaldeido e ~-metil-2­

-pirrolcarboxalde{do (Moscovici et aZo, 1976) obtiveram valor de 0,35±0,02

para o ex da equação de B~nsted. Exceção é fei ta ~ reação de fenilidrazina

com 2-pirrolcarboxaldeido Emq...E re obteve ex = 0,90 e para à qual se aventou

a hipótese da catálise bifuncional por parte dos ácidos carboxilicos, uma

vez que a reatividade desse aldeido é semelhante à do ~-metil-2-pirrolcar­

boxaldeí'do . Essa hipÓtese foi confinnada posteriormente pelo uso de catali

sadores monofuncionais (Hirata & Amaral, 1982).

Stachissini, em 1984, também obteve valores na faixa de 0,18 - 0,30

para o ex da equação de Bn;msted, quando estudou a reação do reagente Girarei

T com benzaldeidos E.-substiMdos.

1.3 - ATIVIDADE BIOrix;ICA DE IMINAS

Diversas iminas ou bases de Schiff, particularmente as que contêm em

sua estrutura anéis aromáticos ou heteroaromáticos, apresentam atividade

antibacteriana, antifÚngica, tuberculostática, antileprÓtica, antiviral,

antineoplásica, tripanomicida, tricomonicida, antimalárica e outras (Wil­

son et aL., 1974).

1.3.1 - Atividade antibacteriana

Entre as iminas que apresentam atividade antibacteriana, citam-se"particulannente as semicarbazonas. Dodd & Stillman, em 1944, e Dann & Mol-

ler, em 1949, foram os primeiros a relatar a atividade antibacteriana de

semicarbazonas derivadas de ni trofuranos. Desde então, vários compostos têm

sido testados, entre eles semicarbazonas e tiossemicarbazonas N-substiM­

das, principalmente as derivadas do 5-nitro-2-furanocarboxaldeido, que fo­

ram as mais ativas. Estas apresentam atividade frente ao MicT'ococcus pyo­

genes, StaphyLococcus aUT'eus, EscheT'ichia coLi, thLmonéLLa typhy e PT'oteus

vuLgaT'is (Cramer & Dodd, em 1947; Main, 1947; Wolinsky et aL., 1949; Schoog,

1956; Koschucharov & Harisanova, 1960; Skagius et aLo, em 1961; Nardi et

aL., 1967; Bender & Paul, 1951; Kalla &Ausborn, 1971; Hqyle et aL., 1973

Hamilton-Miller & Brurnfitt, 1978).

-33-

Dreizen et aI., em 1949, relataram que semicarbazonas, oxi mas , metil­

semicarbazonas, acetilidrazonas e 2-hidroxietilsemioxamazonas do nitrofura

no podem ser usadas no controle de cárie dental em razão da

pronunciada ação antibacteriana em baixa concentração na saliva in vitro •

Aparentemente, estes ccxnpostos não são rapidamente absorvidos ou destruidos

na cavidade oral.

Oximas e hidrazonas alquilicas e arilicas de derivados ni trofuranos

são também citadas na literatura como tendo atividade antibacteriana. Por

outro lado, oximas e semicarbazonas de ni trotiofenos também apresentam ati­

vidade antibacteriana contra oS. aureus , embora menor do que a dos nitro­

furanos (Umezawa et aI., 1963).

Gialdi & Ponci, em 1951, testaram a atividade antibacteriana frente a

E. coU e S. aureus de 6-, 7- e 8-quinolinocarboxaldeidotiossemicarbazonas.

Verificaram que a 8-quinolinocarboxaldeidotiossemicarbazona era bem ativa e

o 6- e 7-derivados eram fracamente ativos.

Taniyama & Tanaka, em 1965, citam,ainda, tiossemicarbazonas do salici­

laldefdo e da 2-hidroxiacetofencna e Degen et aI., em 1967, tiossemicarbazo

nas da piperidina, morfolina e metilpiperazina como ccxnpostos com atividade

antimicrobiana.

Fm 1948, Ward'& Dodd prepararam derivados nitratos e não nitratos do

tiofeno pirrol e os resultados da atividade bacteriostática

in vitro foram comparados com os derivados furanos correspondentes. Verifi­

caram que certos derivados furano contendo substi tuinte na posição 2, como

grupo aldeido ou cetona, e nitrado na posição 5 são totalmente eficientes

como agentes bacteriostáticos e que derivados do tiofeno semelhantes, nitra

dos, mostrararT\ em parte, a tendência <:i::ferva:h nq.Eles. Pareceu aos autores que

um grupo nitro pode conferir ação bacteriostática nos ccxnpostos derivados do

tiofeno, mas é provável que estes compostos não sejam tão eficazes como os

ni trofuranos .

Na série dos derivados do pirrol não nitrados, a 2-acetilpirrolsemic~

bazona apresentou ação bacteriostática, em dois dos seis organisnos testa­

dos, em contraste com os resultados obtidos para a série do furano e do tio

feno. Este canposto mostrou atividade contra S. hemoIyticus e E. typhosa, a

40 mg%, em 24 e 96 horas de incubação. A presença do grupo nitro na posição

5 não somente falhou em manter a atividade ci::rervcrl3 n:::s canpostos, mas também

conferiu somente leve atividade em outros derivados msaia:b3 (Ward & Dodd,1948) .

-34-

Dodd et alo, em 1950, verificaram que substituição do oxigênio por

enxôfre ou nitrogênio, no anel heterodclico, diminui a atividade antibac­

teriana dos canpostos in vitro. Assim, derivados com anel furânico são os

mais ativos e derivados do pirroJ. bem menos ativos.

A ordem da atividade bacteriostática in vitro, conferida a uma série

de derivados do furano, tiofeno e pirrol, com a introdução de um grupo ni­

tro, é a seguinte: furano)tiofeno)pirrol, com este Último praticamente des­

provido de atividade (Ward & Dodd, 1948).

Os canpostos com grupo nitro na posição 5 são ativos e un segundo gru­

po nitro, na posição 3 ou 4, diminui ou anula a atividade. Canpostos com

substituintes na posição 2 foram ErS3iai::s e verificou-se que aqueles que

continham a porção imina eram bem ativos (Dodd et ar., 1950).

Sob o ponto de vista quimico não há explicação para a atividade, pois

não existe correlação desta com a estrutura dos canpostos ou dos parâmetros

fisico-quÍmicos da molécula. As constantes fisicas da série não têm relação

com a atividade e o potencial de oo-re:i.l;;ã:> dos compostos falha em explicar

todos os derivados (Dodd et aI., 1950).

Muitos autores afirmam que a atividade antibacteriana está relacionada

com a redução do grupo nitro in vivo (Cramer & Dodd, 1947 ; Bender & Paul ,

1971; Asnis, 1957; Beckett &Robinson, 1957; Theus & Tiedt, 1968; McCalla et

aI., 1970; Powers &Mertes, 1979; Kalla &Ausborn, 1971; Hoyle et aI., 1973;

Ekstrom et aI., 1975). Outros autores, entretanto, discordam desta afirmação,

pois dizem que a redução do grupo nitro não é limitada à série das semicarb~

zonas e não pode ser considerada a chave das propriedades funcionais. A cor­

relação do grupo nitro intacto com a ação máxima parece ir também contra o

papel da redução na atividade biológica (Dodd et aI., 1950).

A cadeia lateral semicarbazona parece ter papel importante na rmnifest~

ção da atividade antibacteriana in vivo, embora não se tenha definido, ainda,

qual seja este papel (Dodd et ar., 1950).

O derivado 5-nítro-2-furanocarboxaldei dossemicarbazona age exclusivamen

te na fase lenta de crescimento, ao contrário de outros derivados (Dodd et

aI., 1950; Theus & Tiedt, 1968).

-35-

1.3.2 - Atividade antifúngica

et aLo, 1967).

indicam que de algum modo as moléculas eficazes bloquei­

transferência de energia necessária que precede a di

Assim, Ward et aL., em 1948. verificaram que a oxima do 5-nitro-2-fur­

fUraldeído apresentava atividade antit1Jngica frente a vários microrganis­

mos, tais como Trichophyton mentagrophytes, Trichophyton purpurium. Tricho­

phyton rubrum, Trichophyton interdigitaLe, Trichophyton inguinaLe, Micros­

porum Lanosum e Epidermophyton aLbicans.

ObseI-vaçães

am temporariamente

visão celular (Hirano

Algumas iminas apresentam atividade antifúngica. Entre elas, as oximas.

hidrazonas, semicarbazonas e tiossemicarbazonas do 5-ni tro-2-furfUraldeído

e fenilidrazonas do benzaldeido, salicilaldeido, fUrfUraldeido e quinolinal

deido.

Yoneda & Nitta obseI"Varam que o grupo -CH = CH- ou -CH = N- entre o 5­

-nitrofUril e o grupo final na cadeia lateral seI"Ve como grupo suplementar

para aumentar a atividade antibacteriana (Yoneda & Nitta, 1964). Relaciona­

ram, ainda, a atividade antibacteriana com a superdeslocabilidade nucleofi­

lica na posição 2, indice que mede a reatividade nesta posição. Verificaram

que havia correlação e afinnaram também que em adição à reatividade quimica,

outros fatores, tais como permeabilidade, difusibilidade e solubilidade das

substâncias nos teciods e células podem influenciar a atividade antibacte­

riana. Através de cálculos de orbital molecular, verificaram que os compos­

tos, que podiam ser, reduzidos mais facilmente não apresentavam a ação anti

bacteriana mais forte. Concluiram que não havia relação significatica en­

tre a natureza do grupo nitro e a atividade antibacteriana.

A ação antibacteriana reste cxnp::sto, in vivo, ocorreria devido à p~sença do grupo nitro, que funcionaria como grupo aceptor de elétrons, inter

ferindo em processos enzimáticos do metabolismo das bactérias. Talvez ele

antagonize um aminoácido essencial ou fator de crescimento Q..l a redução do

grupo nitro utiliza, preferencialmente, esse substrato essencial, removen­

do-o do acesso à bactéria. A porção semicarbazida na posição 2 mediaria es

ta ação (Dodd et aL, 1950).

-36-

Koschucharov & Harisanova, em 1960 e em 1962, observaram atividade con

tra C. aLbicans e Dermatophyton em derivados alquilicos e arilicos da hi­

drazona e outras iminas do 5-ni tro-2-furfuraldeído.

KaJNabe et aL., em 1960, também relataram atividade anti:fungica em deri

vados 4-alquil-substituidos e em hidantoinas, semicarbazonas e tiossemicar­

bazonas de 5-ni tro-2-furfuraldeido. Os microrga:üsmos testados foram Can­

dida aLbicans, Saccharomyces cerevisiae, AspergiLLus niger, Trichophyton as

teroides e Microsporum gypseum.

Tartler et aLo, em 1963, encontraram atividade anti:fungica contra Tri­

chosporum cutaneum em derivados l-aminoidantoina, semicarbazona, hidrazona e

na3-aminoxazolidona do 5-nitro-2-furfuraldeído.

Nardi et aLo, em 1967, por sua vez testaram a tiossemicarbazona do 5­

-nitro-2-furfuraldeido frente ao Trichophuton mentagrophytes e Candida aLbi

cans, não encontramo atividade anti:fungica. Outros derivados ~-substitui­

dos, entretanto, foram ativos.

Tiossemicarbazonas de 5-nitro-2-furfuralde{do N-substituidas foram atives

cxntra Trichophyton e Candida, ao passo que as semicarbazonas corresponden­

tes foram biologicamente ineficazes (Degen et aL., 1967).

Fenilidrazinas de benzaldeido, salicilaldeido, furfuraldeido e quinol~

nocarboxaldeído apresentaram atividade anti:fungica frente ao PeniciLLium

simpLicissium, AspergiLLus niger, Trichothecium roseum e Trichophyton gyp­

seum (Zsolnai, 1962).

Semicarbazonas, tiossemicarbazonas, oximas e outras iminas do 6-, 7- e

8-quinolinocarboxaldeído foram testadas em Candida aLbicans, e Trichophyton

mentagrophytes, verificando-se que são inativ~ ou pouco ativas, como anti­

fÚngicos (Gialdi & Ponci, 1957).

Verificou-se que" entre os derivados de nitrofuranos, a atividade anti­

:fungica não está correlacionada com a atividade antibacteriana e que um g~

po nitro na posição 5 faci lita a atividade anti:fungica, q...e desaparece

com um segtmdo grupo nitro na posição 3 ou 4 (Novikov et aL., 1966).

1.3.3 - Atividade tuberculostática

-37-

Hagenbach & Gysin, em 1952, afirmaram que nas tiossemicarbazonas do

furano, tiofeno, tiazol, pirrol, 4-metilpirrol e imidazol ocorria perda

à 3-piridinocarboxaldei-

A atividade tuberculostática presente nas iminas se manifest~princi­

palment~Jnas tiossemicarbazonas e, entre os compostos carbonllicos que as

originam, citam-se derivados do benzaldeldo, d02-tiofenocarboxalde{do, do

2-furanocarboxaldeído, do 2- e 3-indolcarboxaldeído, do 2-pirrolcarboxal­

deído, do 2- e 4-qui rolinocarboxaldeído, do 3-piridinocarboxaldeÍdo 4-subs

ti tuldo e do nicotinaldeído (Wagner & Winkelmann, 1972).

Hoggart et ar.> em 1949, encontraram atividade tuberculostática naS­

-nitro-2-furanocarboxaldeidotiossemicarbazona e nas 2- e 4-quinolinocarbo­

xaldeidotiossemicarbazonas. Anderson et ar., em 1960, observaram atividade

tuberculostática, principalmente em duas cepas, H37Rv

e B1, na 5-nitro-2­

-furanocarboxaldeidotiossemicarbazona, 2-tiofenocarboxaldeidotiossemicarba

zona e 2-pirrolcarboxaldeidotiossemicarbazona.

Caldwell & Nobles, em 1956, verificaram que a 2-tiofenocarboxaldeido­

tiossemicarbazona inibia totalmente a cepa ~7 Rv do M. tuberculosis em

concentrações !Lnfer1.ores aO, 2 mg%

completa da atividade tuberculostática, relação

dotiossemicarbazona.

Hamre et aI., em 1950, encontraram atividade tuberculostática tanto em

tiossemicarbazonas de derivados cE oonzaldeidos E.-substituidos quanto em

tiossemicarbazonas do 5-nitro-2-furanocarboxaldeído, do furanocarboxaldeí­

do e do tiofenocarboxaldeído.

Weller et al., em 1954, verificaram que a 3-indolcarboxaldeidotiosse­

micarbazona tinha alta atividade tuberculostática in vitro frente às cepas

H37Rv e, H37Ra e Ts 1760 do Mycobacterium tuberculosis, quando testadas em

carm.mdongos. Doyle et aI., 1956, também encontraram atividade na 2- e 3-i!!

dolcarboxaldeidotiossemicarbazona frente à cepa H37~ do M. tuberculosis.

Donovick et aI., em 1950, observaram que entre os benzaldeldos, o 4­

-amino, 4-metoxi e 4-acetamidoderivados são bem ativos in vitro (Geigy,

1953; Wagner et al., 1972).

-38-

Allan &Allan, em 1961, observaram ~tividade tuberculostática em tios

semicarbazonas e hidrazonas de aldeidos piridinicos; Wolinsky et aL., (1949);

Bender & Paul (1951); Kawabe et al., (1960) e Skagius et al., (1961) em de­

rivados de semicarbazonas do 5-nitro-2-furanocarboxaldeído e Hamada (1959)

em hidrazonas de benzaldeidos.

Fujikawa et alo, em 1962 e em 1967, observaram atividade tuberculost~

tica em tiossemicarbazonas 4-substi tuldas do pirrolcarboxalde:í'do, s::n:b q..E a

concentração inibitória m1nima dos compostos variou de 3,13 a 12,5 l.Ig/ml, en

q.Blto q..E p3ra tiossemicarbazonas4-substi tuidas do tiofenocarboxaldeído, a con

centração inibitória m1nima variou de 1,25 a 12,50 Wg/ml e para benzaldei­

dos foi 25 l.Ig/ml, frente à cepa H37Rv e 50 l.Ig/ml frente à cepa H37RvR

do M. tuberculosis.

1.3.4 - Atividade tripanomicida

Atividade tripanomicida foi verificada principalmente nas semicarbazo­

nas e tiossemicarbazonas derivadas do 5-nitro-2-furanocarboxalde:!do.

Giarman, em 1951,ensaiou a atividade tripanomicida em cann.mdongos, ve­

rificando que a semicarbazona e semicarbazonas hidroxietil-~-substituidas

do 5-ni tro-2-furanocarboxaldeído curavam 80 a 1CO',0 dos animais infectados.

Packhnian, em 1957, verificou que semicarbazona, 2-metilsemicarbazo­

na, fenilidrazona, 2-(2-hidroxietilsemicarbazona) e semioxamazona do 5-ní­

tro-2-furanocarboxaldeído, em altas concentrações, imobilizaram completame~

te os tripanossomas após 24 horas de exposição. A 5-nitro-2-furanocarboxal­

deídossemicarbazona apresentou efeitos curativos em cann.mdongos infectados

com Trypanosoma gambiense e Trypanosoma rhodesiense.

Nardi et aL, em 1967, verificaram que algumas semicarbazonas e tioss~

micarbazonas ~-substituidas do 5-nítro-2-furanocarboxaldeído apresentavam

ação in vivo contra Trypanosoma congolense, sendo algumas curativas e o!::!

tras supressivas. AlgtmS compostos apresentaram também atividade contra o

Trypanosoma brucei.

Andrade & Brener, em 1969, ensaiarem in vivo a 5-nitro-2-furanocarboxal

deidossemicarbazona ra. <b:rça.re Chagas, verificando que ela destruía formas

leishmanias intracelulares do T. cruzi, provocando desintegração

do parasi to.

-39-

Casero et al., em 1980, encontraram atividade contra Trypanosoma rho­

desiense em testes in vitro nas 2-acetilpiridinotiossemicarbazonas.

Pesquisas recentes mostram o aumento da sobrevida de carrundongos infe~

tados com T. cruzi, embora não se tenha observada a cura radical, mediante

o emprego de tiossemicarbazonas, como a 2-clor0-4-dimetilanina e a 4-dimeti­

laminobenzilidenotiossemicarbazona. A relação estrutura-atividade em testes

in vitro pareceu ser semelhante àquela para a ação tuberculostática: (a) o

átomo de enxôfre na porção tiossemicarbazida não pode ser substituido pelo

átomo de oxigênio; (b) substituição nas posições 3 ou 4da semicarbazona e­

limina a atividade e (c) tiossemicarbazonas alifáticas são inativas (Wilson

et aL, 1974).

A atividade tripanomicida parece ser devida à inibição da síntese de

proteinas, analogamente ao que acontece com a atividade antiviral (Wilson et

aL., em 1974).

1.3.5 - Atividade tricomonicida

Vários pesquisadores entre eles Savier et aL.., em 1970, relataram ati­

vidade tricanonicida para as iminas, verificando que hidrazonas arilicas do

furano, tiofeno, ni trotiofeno e ni trofurano e outras iminas, apresentavam

atividade em Trichomonas vaginalis.

Roffey &Verge, em 1973, relataram a mesma atividade para isotiossem~

carbazonas de 5-ni trotiofenos em T. vaginalis. Gayral et aL, em 1981, ob­

servaram a atividade tricomonicida para iminas alquÜicas, arÜicas e al~

larilicas do 5-nitro-2-furanocarboxalde{do e do 5-nitro-2-tiofenocarboxal­

de{do.

1.3.6 - Atividade antimalárica

Gayral et. aL., em 1981, verificaram que iminas alqullicas, arilicas e

alquilarÜicas do 5-nitrotiofeno apresentavam forte atividade antimalárica

contra esquizontes eritrociticos, reduzindo a parasi temia em 95%.

-40-

Klayman et aI., em 1984, acharam atividade antimalárica moderada em

tiossemicarbazonas ~-substituidas da 2-acetilquinolina. M.rl.tas ce1ffi~ran cura de camundongos infectados com Plasmodium berghei com dose de 320

mg/Kg. Verificaram que estes canpostos retinham a estrutura eletrônica e~

sencial para a atividade, sendo porém um pouco menos ativs que as tiosse

micarbazonas àE 2-acetilpiridinas (Klayman et aI., 1979), foram ativas

contra cepas de Plasmodium falciparum resistente a vários fármacos, in ~

tro, e en~ infecta:b3 can Pla.em:xiiun berghei. Os canpostos dissubstitu.!.

dos em N4 mostraram-se ativos, enquanto os monossubstituldos foram inati­

vos.

E1n outro trabalho, em 1986, Klayman et aI., acharam atividade antima­

lárica em tiossemicarbazonas ~-substituídas da 3-acetilisoquinolina. A a­

tividade foi testada em camundongos infectados com Plasmodium berghei, sen

do que o composto mais ativo da série curou com dose de 40 mg/Kg.

1.3.7 - Atividade antiviral

Eaton et a I., em 1949, observaram, na semioxamazona e semicarbazonas

do 5-nitro-2-furanocarboxaldeído , atividade inibitória contra o vírus da

meningopneumonia, linfogranuloma venéreo e pneumonia de gatos e ratos in

vivo.

E1n outro trabalho, Eaton et aI, en1ffi1, mostraram marcada supressão de

lesão pulmonar, em ratos com pneumonia atípica primária, quando eram admi­

nistrados compostos tais como 5-ni tro-2-furanocarboxaldeidossemicarbazona,

E-nitrobenzaldeidossemicarbazona e E-acetilaminobenzaldeidotiossemicarbaz~

na.

Oddo & Eaton, em 1952, observaram que a 5-nitro-2-furanocarboxaldeid~

-4-dietilaminopropilsemicarbazona agia como inibidor reversível e limitado

do grupo sulfidrila no vírus da meningopneumonia.

Jones et aI., em 1969, relataram a atividade antiviral de tiossemicar

bazonas da 3- e 4-formilpiridina, cb 4-quinolinocarboxalde{do, do 8-nitro­

-4-quinolinocarboxalde{do e do 3-isoquinolinocarboxaldeído em camundongos

infectados intracerebralmente com neurovacinía . Verificaram que estes com

postos eram ativos na administração oral e que esta dependência da via de

administração ocorria devido à formação de um metabóli to durante a absor­

ção. Este metabólito poderia ser um aminotiazol ou um mercaptotriazol.

1.3.8 - Atividade antineoplásica

Wilson et. aI., em 1974, encontraram atividade nas tiossemicarbazonas,

principalmente contra o virus da '\ICC:inia, rerp:EVÍru3 e citomegalovirus.

-41-

<O) ~7~SHH

<o) t~NH2derivado aminotiazol

derivado rrercaptotriazol

trabalho sobre a ação antiviral da 3-ín-

oxidação

Sadler publicou, em 1965,

6-~2

N

Outra atividade antiviral observada foi aquela apresentada por diver­

sas tiossemicarbazonas contra o v1rus do mosaico do fumo (Hirai et aI,., 1958.

dolcarboxaldeidotiossemicarbazona e seus derivados. O pesquisador concluiu

que estes compostos interferiam com o processo de maturação nonnal do pox-

virus, sendo o gnJPo tiCE3311icartezínim sugerido cano essencial.

Levinson et aL., em 1973, mostraram que a ~-metil-3-indol tiossemicar­

bazona inibia a enzima RNA polimerase RNA-dependente do virus do sarcoma

de Rous e atribuiram a atividade à sua capacidade quelante de ions metáli­

cos, como cobre e merCÚrio.

Pcsteri.c:lrrrmte, <::b:E~ a atívi<ke a"ltirB::plÉsica an tia:s:m:i.C8rl:mcra3 cE 2-, 3­e 4-piridinocarboxaldeído, 2-pirrolcarboxaldeído, 2-tiofenocarboxaldeído ,

2-furanocarboxaldeído, 5-metil-2-furanocarboxaldeído, 2- e 3-indolcarboxal

deído, 2- e 8-quinolinocarboxalde{do, 1-isoquinolinicarboxalde{do e 3-hi­

droxi-2-piridinocarboxaldeído. O requisito minimo para a atividade era o

Wiley & Irick, em 1959, relataram retardo no crescimento de tumores

com administração de metil e dimetilidrazonas do 3-piridinocarboxaldeído ,

3-indolcarboxaldeído e benzaldeidos substituidos.

-42-

grupo formila ligado ao C a do anel e a atividade era devida à que1ação de

metais. A atividade antineoplásica foi observada em leucemia L 1210, sarco­

ma 180, carcinoma pulmonar de Lewis e adenocarcinoma 755 (Blanz et aL.,1970;

French & Blanz, 1966; French et aL., 1965; French et aL., 1970).

Agrawal & Sartorelli, em 1969, propuseram mecanismo de ação para a

atividade antineoplásica de tiossemicarbazonas do 1-isoquinolinocarboxalde!

do. Afirmaram que ocorria interação entre este composto e o íon ferro" -da enzima ribonucleosideodifosfatorredutase, com consequente inibiçao desta.

1.3.9 - Atividades diversas

Ativicb::Es molusquicida, amebicida, esquistossomicida, acaricida e em

coccidiose são ainda observadas várias iminas, principalmente as deriv~

das de benzaldeídos e de aldeídos heterodclicos (Farbenfarbriken Bayer,

1964; Roffey & Verge, 1973; Gayral et aL., 1981).

O'nar et ale, em 1978, verificaram aumento da atividade androgênica do

derivado tiossemicarbazona em relação à própria testosterona.

Mignot et aL., em 1980, estudaram benzilidenotiossemicarbazonas subst~

tuídas, quanto à atividade anti inflamatória , que foi medida em porcentagem

de redução do volume do edema causado em roedores. As respectivas DE50 e

DL50 foram medidas, sendo o composto mais ativo da série, a 2~etoxibenzil~

denotiossemicarbazona.

1 .4 - OUTRAS APLICAÇÕES DAS IMINAS

Os primeiros relatos de aplicação das iminas são aquelas que se ref~

rem ao uso destas para isolar compostos carbonílicos puros de misturas. É

o caso de hidrazonas, semicarbazonas e tiossemicarbazonas, que servem para

caracterizar e identificar aldeídos, cetonas e quinonas (Sah & Daniels ,

1950; Wilson et ale, 1974). Exemplo é a 2,4-dinitrofenilidrazina,que reage

favoravelmente com a maioria dos aldeídos que contêm de 1 a 10 átomos de

carbono para formar compostos cristalinos, de fácil obtenção e com pontos

de fusão definidos (Dunbar & Aaland, 1958).

-43-

o grupo ativo para quelação é o mostrado na estrutura

em que: X = O ou S e

~ e R2 = grupo alifático, aranático ou heteroaranático.

* /HN-NH-C-N

11 'HX

I1.'C =R/

2

Várias semicarbazonas e tiossemicarbazonas derivadas de benzaldeidos

substi tuidos, piridinas, furanos, tiofenos, aTGre a..Itn:s, tên sicb \..l'3iSÓE CXJ1D~

gentes-analiticos (Bailescu et aL., 1960; Bendito & Perez, 1976; Singh et

aL., 1978; Hens & Valcarcel, 1984). A maioria destes compostos fonna can­

plexos coloridos can metais em condições de moderada acidez à moderada al­

calinidade. Poucos deles são utilizados para determinar ions metálicos em

meio altamente ácido.

Observa-se que semicarbazonas contendo grupos hidroxilaen orte em rela­

ção ao grupo aldeido geralmente fornecem boas reações de coloração. Tiosse

micarbazonas são mais sensiveis e seletivas para cobre.

A reação de formação destes complexos apresenta várias aplicações na

determinação de metais. A aplicação mais COITR..llTl é a titulação direta do me­

tal can solução de EDTA, usando tiossemicarbazonas e semicarbazonas cano in­

dicadores. Cita-se cano exerrplo o uso da semicarbazona do 5-nitro-furfural­

deído cano indicador na titulação direta de Hg2+ cano EDTA (Singh et aL.,

1978) •

A quelação ocorre através do átano de oxigênio ou enxôfre e o átano de

ni trogênio hidrazinico, marcado can asterisco na estrutura. Em alguns casos,.

os compostos podem se comportar cano ligantes tmidentados pela ligação so­

mente através do átano de enxôfre ou de oxigênio. Dependendo do tipo de al­

deido ou cetona usada para a condensação, tiossemicarbazonas e semicarbazo­

nas podem agir cano agentes quelantes tmidentados, bidentados ou rrn.l1tident.§:

dos, produzindo complexos altamente coloridos. Estes podem ser, então, usa­

dos em determinação seletiva e sensivel de ions metálicos (Singh et aI.,

1978) .

-44-

Algumas semicarbazonas e tiossemicarbazonas podem ser usadas em dete..!::.

minações gravimétricas de íons metálicos. A 2-furf'uraldeidossemicarbazona

foi usada por Pavon e Pino, em 1973, cano reagente gravimétrico na determi

nação de p:liÉrlio em pH de 2,0 a 6,0.

Salicilaldeidossemicarbazona, 2-hidroxi-1-naftilaldeidotiossemicarba­

zona e 2,4-diidroxibenzaldeidossemicarbazona são usadas para determinação

fluorimétrica de vários íons metálicos (Singh et aL., 1978).

vários destes cOll"Plexos, metal-semicarbazida ou metal-tiossemicarbazi

da, podem ser separados por cranatografia em camada delgada, em alunina e

usando acetato de etila cano solvente (Singh et aL., 1978).

Estudos potencianétricos também são efetuados para determinar a esta­

bilidade do prÓton ligante, nos cOll"Plexos formados (Singh et aL., 1978).

OUtras aplicações ainda são citadas para as iminas. Cano exemplo,~

se o uso de iminas derivadas do f'urano como inibidores da corrosão ácida

(Putilova et aL., 1959) e a atividade inseticida atribuida a semicarbazo­

nas 4-substituídas de aldeídos piridínicos (Singh et aL., 1978).

CArimw TI

2 - JlIIA'ft:Rl[A][ E JÉiUXlS

2.1 - MATERIAIS UTILIZADOS

As substâncias orgânicas utilizadas, tais como: cloridrato de semicar­

bazida (Carlo Erba) , 5-ni tro-2-furanocarboxaldeído (preparado de acordo com

Gilman & Wright, 1930), 2-furanocarboxaldeído (Aldrich), 5-metil-2-furano­

carboxaldeído (Aldrich), 2-tiofenocarboxaldeído (Inlab), N-metil-2-pirrol­

carboxaldeído (Aldrich), 2-pirrolcarboxaldeído (Aldrich), 4-quinolinocarbo­

xaldeído (Aldrich), 3-quinolinocarboxaldeído (Aldrich), 3-indolcarboxaldeí­

do (Merck) e ácidos carboxÜicos (Merck) utilizados como catalisadores, ob­

tidos comercialmente com grau de pureza P .A., foram destilados ou recrista­

lizados até que sua pureza fosse verificada através da constatação de suas

constantes fisicas.

Soluções padrÕes de reagentes inorgânicos, tais <XJTD as cE Écicb clori­

drico e de hidróxido de sódio, foram preparadas por diluição de ampolas de

Tritisol (Merck). O cloreto de potássio e o sal dissódico do ácido etileno­

tretacético (EDTA) foram obtidos comercialmente (Merck) com grau de pureza

P. A. e utilizados sem purificação prévia.

O etanol, usado como solvente, foi tratado segundo indicações da lite­

ratura (Vogel, 1978). ApÓs esse tratamento foi refluxado com boroidreto

de sódio (2 a 3 g/l de etanol) por 10 a 12 horas para retirar impurezas de

aldeidos e/ou cetonas e, a seguir, destilado.

45

-46-

Os meios de cultura, utilizados nos testes de atividade antimicrobia­

na, como Caldo tripsina-soja (Interlab), Agar caseina-soja (Difco), Meio

para dosagem de antibióticos nº 1 (Difco) e Agar Sabouraud dextrosado (Bi~

brás) , foram adequadamente preparados e esterilizados imediatamente antes

do uso.

Os microrganismos utilizados nos testes de atividade antimicrobiana

foram Escherichia coLi UC 677 e Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 (repre­

sentando o grupo das bactérias Gram-negativas), StaphyLococcuus aureusATCC

6538P (representando o grupo das bactérias Gram-positivas) , Candida a Lbi­

cans ATCC 10231 (representando o grupo das leveduras) e AspergiLLus niger

ATCC 16404 (representando o grupo dos bolores). Para o teste da bioéLltogra­

fia utilizou-se o CLadosporium sphaerospermum, como fungo a ser testado, s~

luçào aquosa de glicose a 30'/0 e solução de sais minerais, como meio nutrie!2.

te para o fungo, e placa de sÜica-gel de aluminio da Merck (H:rnans & Fu­

cus, 1970).

2.2 - APARElHOS D'lPREGADOS

Os espectros na região do infravermelho foram obtidos empregando-se e~

pectrofotÔrnetro Perkin-Elmer 710A, equipado com grade de difração, e calibra­

dos com a banda caracteristica em 1601cm-1 de um filme de poliestireno.

Os espectros de ressonância protônica foram obtidos empregando-se es­

pectrômetro Varian, modelo EM-360, com varredura de 10 ppm, operando a 60

MHz e usando-se como referência interna tetrametilsilano (TMS).

Os espectros de ressonância magnética nuclear de 13C foram obtidos em­

pregando-se espectrômetro Bruker AC 80.

Os espectros na região do ultravioleta foram obtidos em espectrofotÔrne

tro DU 70,da Beckman, acoplado à impressora e ao controlador de temperatura.

As determinações de ponto de fusão foram feitas empregando-se aparelho- " -de ponto de fusao Buchi, modelo SMP-20, e nao foram corrigidas.

A análise elementar de C, H e N foi obtida no Elemental Analyzer da

Perkin Elmer, modelo 240.

-47-

As medidas cinéticas foram efetuadas em espectrofotÔtnetre Zeiss PMQ

II acoplado a monocromador M4Q III e can canpartimento de celas termosta­

tizado.

Para obtenção de temperatura constante, empregou-se um termostato de

imersão B. Braun Melsungen, modelo Thermomix Universal, sendo as tempera~

ras verificadas pelo uso de termânetro digital Metlher, modelo 'IM 15, can

sonda térmica 'IM 107.

As medidas de pH foram feitas utilizando-se pHmetro Micronal, modelo

B275 , equipado can eletrodo de vidro separado com eletrodo de referência

prata/cloreto de prata.

As pesagens foram efetuadas can auxÜio de balança Mettler, modelo

H54AR.

Os cálculos de constantes de velocidade foram efetuadas em canputador

Burroughs, modelo 69OOB. Os gráficos e regressões lineares foram executados

em microcanputador Microtex XT 2002 (programa Lotus 123, versão 2,00 - LO­

TUS I€veloprnent Corporation).

2.3 - MÉTODOS DE TRABAIRO

2.3.1 - Preparação e caracterização das semicarbazonas

As preparações das semicarbazonas dos aldeidos arcxnáticos heterocicli­

cos consistiram em adicionar aldeido à solução do reagente nucleofilico ni­

trogenado e acetato de sódio, ocorrendo precipitação do produto (Vogel ,

1978). O produto foi então isolado por filtração e purificado por recrista­

lização de etanol e/ou água. A seguir, este foi identificado por ponto de

fusão, espectroscopia de infravermelho, de ultravioleta e de ressonância

magnética nuclear e, no caso de compostos novos, pela análise elementar.

Os espectros de absorção no infravermelho foram obtidos utilizando-se

pastilhas de braneto de potássio (KBr).

Os espectros de ressonância magnética protônica foram obtidos utilizan

do-se dimetilsulfóxido deuterado (DMSo-d6 ), cano solvente. Para identificar

as bandas referentes aos prótons -NH e -NH2 juntaram-se algumas gotas de

água deuterada (D20). O tetrametilsilano ('!MS) foi usado cano referência in

terna.

-48-

Os espectros de ressonância magnética nuclear de 13C foram obtidos uti

lizando-se dimetilsulfóxido (DMS0-d6 ) como solvente e foram efetuados na

Central Analitica do Instituto de Quimica da Universidade de são Paulo.

Os espectros de absorção no ultravioleta foram obtidos a partir de so­

luções das referidas semicarbazonas em etanol.

As análises elementares foram realizadas no Laboratório de Microanáli­

se do Instituto de Quimica da Universidade de são Paulo.

Todos os aldeidos utilizados nas preparações das semicarbazonas foram

obtidos comercialmente, com exceção do 5-nitro-2-furanocarboxaldeído, que

foi preparado a partir da hidrÓlise do diacetato do referido aldeido em áci

do sulfúrico 50>/0 (Gilman & Wright, 1930).

2.3.2 - Estudo cinético

As detenninações cinéticas foram efetuadas de acordo com indicações da

literatura (Jencks, 1959; Anderson et aL., 1969; Amaral et aL., 1966), em, ,..-3agua, a 25,0 ºC, com força ionica 0,50 moI. drn ,mantida constante pelo uso

de volumes calculados de solução de KCl, e na presença de EDTA em concentra-- -4 -3 "çao 2,0.10 moI. drn , para complexar cations metalicos eventualmente pre-

sentes.

As reações foram efetuadas em condições de pseudo-primeira ordem, emp~

gando-se grande excesso de nucleófilo. Soluções aquosas deste eram prepara­

das diariamente.

As soluções dos compostos carbonilicos foram preparadas, no momento do

uso, em etanol absoluto tratado.

As soluções de reagentes, contendo semicarbazida, tampão e com força i§.

nica constante, foram preparadas em tubos de reação e estes mantidos em ba­

nho tennostatizado até que se estabelecesse o equil1brio ténnico. E1n seguida,

efetuavam-se as medidas de pH das soluções reagentes. Este, por sua vez, era- -3detenninado padronizando o aparelho com soluçoes 0,01 e o,ex:n moI. drn de

HCI, pH = 2,00 e 3,00, respectivamente, nas mesmas condições citadas acima.

-49-

trinta, no mínimo.

2.3.2.1 - Detenninação da ordem parcial da reação em relação ao COOlposto

carbonilico

(1)

A ,At e A são as absorvâncias no tempo infinito, no tempo t e~ o

no tempo zero, e

k b a constante de velocidade da reação de pseudo-primeira ordem.o s'

ln(A -At ) = ln (A -A) - k b . t~ ~ o o s

Os cálculos das constantes foram feitos através de programa de compu­

tador.

As unidades foram expressas segundo o Sistema Internacional de Unida­

des, SI. Assim, as constantes de velocidade de reação de primeira ordem

(k b ), segunda ordem (k2) e de terceira ordem, .tais como constantes catalío s -

ticas cb íon (~) e constantes cataliticas dos ácidos carboxilicos (kAH ) , fo-1 -1 3 1 -2 6-1ram expressas , respectivamente, em s ,moI •dm •s e moI •dm •s •

Pipetavam-se,a seguir, 2,00 ml de cada solução em cubetas do espectro­

fotômetro (quartzo e 1,0 em de caminho óptico), que eram então colocadas

em suporte termostatizado por tempo suficiente para que o equilíbrio térmi

co fosse atingido.

A reação era acomparnada pela leitura da absorvância no comprimento de

onda de absorção máxima do produto da reação.

Transcorrido esse tempo, injetavam-se, nas soluções, volumes adequa­

dos de solução do composto carbonílico, ao mesmo tempo em que se marcava,

em cronômetro, o tempo inicial da reação.

As leituras das absorvâncias nos tempos t (At ) foram efetuadas num te~

po total correspondente a pelo menos cinco meias-vidas (t1/ 2) da reação ou

até que a reação atingisse o equilÍbrio (A ) e o número de leituras foi deo:

A ordem parcial da reação em relação ao composto carbonilico foi deteE

minada trabalhando-se com excesso de nucleófilo em relação ao composto car-

As constantes de velocidade de reação de pseudo-primeira ordem foram

calculadas a partir da equação:

em que:

-50-

À reação de primeira ordem aplica-se a equação:

2.3.2.2 - Determinação da ordem parcial da reação em relação ao nucleófilo

(2)

(3)kObs = k2(RNH~

1 n x = -kt + In x o

b0nilico, isto é, em condições de pseudo-primeira ordem.

A reação foi acompanhada pela formação do produto, anotando-se as lei­

turas de absorvância a determinados intervalos de terrpo e em comprimento de

onda adequado, ou seja, a 310 nrn.

Construiu-se um grá fico onde se colocaram os logaritmos das diferenças

de absorvância no terrpo infinito e no terrpo t (A ex: - At ), em ordenada, em

f\.mção dos terrpos (t), em abscissa. Cano os pontos experimentais situaram ­

se sobre uma reta, concluiu-se que a reação é de primeira ordem em relação

ao composto carbonilico.

Corno utilizou-se o método espectrofotornétrico para acompanhar a reação,

a equação pode ser escrita em termos de absorvância, conforme.a Equação (1).

A constante de velocidade observada para a reação de pseudo-primeira

ordem corresponde ao coeficiente angular da reta e foi determinada através

de programa de computador, que forneceu também o coeficiente de correlação

respectivo.

Construiu-se um gráfico contendo em abscissa os valores das concentra­

ções do nucleófilo, sob a forma de base livre, e em ordenada os valores das

constantes de velocidade observadas (k b ) correspondentes. Pelos pontos exos -perimentais obtidos pode-se traçar urna reta ascendente. A reação é, pois,

de primeira ordem em relação ao nucleófilo. A reta pode ser representada pe

la equação:

A ordem parcial da reação em relação ao nucleófilo foi determinada e~

pregando-se soluções com- concentrações crescentes desse reagente, em pH con~

tante.

2.3.2.3 - Detenninação da constante de equiÜbrio da reação de fonnação da

semicarbazona

Para as soluções de elevadas concentrações de nucleófilo, o valor de

(Acr. -A ) manteve-se constante e foi designado como A .o P

A diferença entre absorvância no tempo infinito e absorvância no tem­

po zero (Acr. - Ao) forneceu o valor da absorvância do produto (Ar,) para cada

concentração de semicarbazida.

(4)(RNH2)

(~3)pH = pKa + log

k2 representaa constante de velocidade de pseudo-segunda ordem e

(RNH;J a concentração do nucleófilo como base livre, que pode ser

detenninada pela equação de I-i:n::E~ll:Eld1 (4), conhecendo-se

previamente o pH do meio, o pKa do nucleófilo e a concentração to

tal do nucleófilo empregado.

-51-

em que:

As soluções foram preparadas em tubos de reação empregando-se concen­

trações crescentes de semicarbazida. Os tubos eram então colocados em banho

tennostatizado e, após atingir o equiÜbrio ténnico, media-se o pH de cada

tubo, o qual podia ter uma variação máxima de 0,04.

A constante de velocidade de reação de pseudo-segunda ordem (k2 ) foi

calculada através da razão entre o valor da constante de velocidade observa

da (kobs ) e a concentração do nucleófilo sob fonna de base livre, confonne

Equação (3).

A constante de equiÜbrio da reação entre semicarbazida e aldeidos aI'9

máticos heterociclicos foi detenninada espectrofotometricamente a 310 nm,

em pH constante, mantido pelo emprego de tampões adequados e nas condições

pa.cirão de reação ci tadas no i tem 2.3.2.

A seguir, eram transferidos 2,00 ml de cada solução para as cubetas do

espectrofotômetro, em triplicata, e após atingir o tempo necessário para a

tennostatização eram feitas as leituras de absorv"âncias iniciais (Ao). In­

jetava-se 25 ]lI da solução do aldeido em concentração adequada, esperava-se

tempo suficiente para atingir o equilibrio e faziam-se as leituras das ab­

sorvâncias no tempo infinito (Acr. ).

2.3.2.4 - Determinação da catálise ácida efetuada pelo ion hidrÔnio

-52-

cissas, e através da equação.

(5)

(6)

(7)

AA

Kc

1~c

kobS

(RNH2J +

1

(RNH2) =~ Arc

1B = (H30+)

k 2 =

(~ - Ar)

K é a constante de equilibrio em termos de concentração,c(RNH2)é a concentração de semicarbazida como base livre e

AA é a absorvância do aldeido.

na qual

A equação utilizada para calcular a constante de equilibrio foi:

Construindo-se um gráfico no qual os valores de (~ - Ar) (RNH2) fo­

ram colocados em ordenada e Ar em abscissa foi possivel traçar uma reta. ~

través de regressão linear, pode-se determinar o valor da constante de eq~

librio pela inclinação da reta (l/Kc ).

Construiu-se un gráfico de perfil de velocidade de reação em f\.mção do

pH. Observou-se correlação direta entre a concentração hidrogeniônica e o

valor da constante de pseudo-segunda ordem. Determinou-se, então, a constan

te catalitica do hidrÔnio , de acordo com a equação :

k2

Na reação de formação da semicarbazona do 2-tiofenocarboxaldeído a

constante de equilibrio pode ser estimada usando-se média dos valores encon

trados ao se determinar a ordem da reação, uma vez que se observou equili­

brio apenas em regiões de pH (2. Nestas experiências o valor da constante

de equilibrio foi obtido a partir da intersecção da reta com o eixo das abs

Esse método para determinar a constante de equilibrio foi usado na re,a

ção de formação da semicarbazona do 2-pirrolcarboxaldeído e do N-metil-2­

-pirrolcarboxaldeído, em que se observou equilibrio em regiões de li-I::> 2, tra

balhando-se com tampões ácido carbonÜico/ carboxilato.

-53-

Na detenninação ca constante de velocidade de pseudo-segtmda ordem (k2

)

utilizou-se como catalisador ácido cloridrico em concentração adequada para

cada região de Ho e pH.

Em pH <1,6 os valores das absorvâncias no tempo infinito (A rx ) dimi­

nuiam, sugerindo diferentes posições de equiÜbrio. Utilizaram-se, então, vá

rias concentrações de semicarbazida para cada região de H ou de pH, na de-otenninação da constante de velocidade de pseudo-segtmda ordem (k2). Em pH>

1,6, entretanto, este fato não foi observado e utilizou-se apenas umaconce~

tração de semicarbazida para cada região de pH.

2.3.2.5 - Detenninação da catálise ácida geral efetuada por alguns tampões

ácido carboxilico/carboxilato, na fonnação da carbinolamina

Os ácidos carboxilicos utilizados nos tampões foram ácido cianoacéti­

co, ácido cloroacético, ácido fónnico e ácido acético, cujos pK situam-seana região de pH estudada, ou seja, 2,0 a 5,5.

Para cada ácido carboxilico estudado realizaran...re experiêncioo em três

proporções diferentes, isto é, 80';6, 50';6 e 20';6 da fonna ácida do respectivo

tampão. E para cada uma destas prepararam-se soluções em cinco concentra­

ções de semicarbazida, adequadas a cada experimento.

Com os resultados obtidos foram fei tas correlações de constante de ve­

locidade observada da reação de pseudo-segunda ordem com as concentrações

de ácido carboxilico e do ânion carboxilato.

Verificou-se a necessidade de corrigir as constantes de velocidade

observadas ca reação de pseudo-segunda ordem sob condições em que a etapa de

tenninante da velocidade de reação é a fonnação da carbinolamina ( Sayer &

Jencks, 1969; Sayer et aL., 1974; Rosenberg et aL., 1974). Essa necessidade

decorre do fato que, em concentrações elevadas do tampão, a etapa da desidra

tação toma-se parcialmente detenninante da velocidade e esta não é signifi

cativamente catalisada pelos tampÕes.

A correção na constante de velocidade observada da reação de pseudo­

segtmda ordem (k2) da contribuição da etapa de desidratação conduz à cons­

tante de velocidade da reação de pseudo-segtmda ordem para a etapa de fonna

ção da carbinolamina (k2ad) cano segue:

na

-54-

2.3.2.6 - Determinação da catálise do nucleófilo na formação da carbinolami

(9)

ok2ad

ok2ad1 +----

kacf5·~+

kO

=2

k2ad =k2

(8)k2

1 -

kacf5 ·~·t

Em q..E: kacf5 é a constante de velocidade da reação de desidratação catalisa

da pelo ion hidrÔnio e

~+ é a atividade do íon hidrônio.

As constantes cataliticas das reações foram determinadas pelo coefici­

ente angular da reta do gráfico de k2ad em função da concentração do ácido

carboxÜico. A intersecção cem o eixo das ordenadas reflete o valor da cons

tante de velocidade da reação de pseudo-segunda ordem da formação da carb.!.

nolamina catalisada pelo ion hidrÔnio e em concentração zero do tampão (k2

ad) .

A constante catalitica do ácido conjugado ao nucleófilo, ou seja, do

ion semicarbazinio, na reação de formação da carbinolamina, foi obtida atr.§:

vés da correlação entre constante de velocidade de pseudo-segunda ordem e

concentração correspondente da semicarbazida na forma ácida. Efetuaram-se

experiências em diferentes regiões de pH, cem a finalidade de detectar a ca

tálise.

Através dos pontos experimentais obtidos traçaram-se retas cujos coef~

cientes angulares forneceram o valor da constante catalitica do ion semicar

bazinio.

Para converter esse valor para a constante de velocidade da reação to-- - o -tal em concentraçao zero do tampao (k2 ) foi utilizada a equaçao (9) (Sayer

& Jencks, 1969).

-55-

°valor final da constante catalitica do nucleófilo (kSCH+) foi aque­

le obtido a partir da média entre os valores das diversas regiões de pH es

tudadas.

2.3.2.7 - Construção do perfil de velocidade de reação em função do pH

Com o objetivo de estudar o perfil de velocidade de reação em função

do pH, construiu-se um gráfico em que os valores de pH foram colocados em

abscissa e os logaritmos das constantes de velocidade observadas da reação

de pseudo-segunda ordem (k2),em ordenada.

Os valores das constantes de velocidade da reação de pseudo-segunda 0E:,

dem foram obtidas nas seguintes condições:

a) Região de pH inferior a 2,0

Foram utilizadas soluções de ácido cloridrico em concentrações dife­

rentes e a constante de velocidade da reação de pseudo-segunda ordem deter

minada pela Equação (6), citada no item 2.3.2.3.

b) Região de pH compreendida entre 2,0 e 5,0

Para trabalhar nessa região em condições de pH constantes utilizaram­

se tampões de ácido carboxilico/carboxilato. Para cada região de pH prepa­

raram-se cinco tubos de reação com concentrações crescentes de tampão e

concentração fixa de nucleófilo. Os valores das constantes de velocidade

da reação de pseudo-segunda ordem foram obtidos por meio da Equação (3) ,

citada no item 2.3.2.2.

As concentrações da fonna ácida e básica do tampão empregadas nos cál

culos foram obtidas utilizando-se a equação de Henderson-Hasselbalch.

Construiu-se um gráfico colocando k2 em função da concentração molar

do ácido tampão. °coeficiente linear da reta obtida permitiu a determina­

ção do valor de k2 para a concentração de tampão igual a zero.

c) Região de pH compreendida entre 5,° e 8,°Nessa região o pH foi mantido constante com soluções do tampão dii~

genofosfato/monoidrogenofosfato de potássio (KH2PO4/KP04) e as constan­

tes de velocidade de pseudo-segunda ordem foram obtidas por meio da Equa­

ção (3), citada no item 2.3.2.2.

-56-

2.3.3 - Determinação de parâmetros eletrônicos

Os cálculos de orbi tal molecular foram efetuados utilizando a técnica

ânega, descri ta em publicações especializadas (Kier, 1971; Streitwieser,

1961) e em vários trabalhos (Korolkovas, 1970; Korolkovas & Tamashiro, 1973;

Korolkovas & Tamashiro, 1976; Korolkovas & Tamashiro, 1981).

O programa desta técnica foi descrito em linguagem Fortran IV e pro­

cessado em microcomputador Microtec, modelo XT 2002, da Faculdade de Ciên­

cias Farmacêuticas da Universidade de são Paulo.

Por esta técnica, as moléculas são tratadas primeiramente pelo Método"do Orbi tal Molecular Aproximado de Huckel (HMO) COl11\..ll1, obtendo-se a distribu,!,

ção de carga nos átanos respectivos, considerando apenas os elétrons desloc.§:

lizados. Após sucessivos reprocessamentos utilizando os parâmetros obtidos

por HMO, o sistema se torna auto-consistente, ou seja, a distribuição de car

ga não mais se al tera e obtêm-se os resultados definitivos.

-57-

2.3.4 - Estudo da atividade antimicrobiana

Os ensaios de atividade antimicrobiana foram inicialmente efetuados u

tilizando-se o método da diluição seriada em tubo (Kavanagh, 1963).

Este método consistiu em testar várias concentrações da amostra, que

foram dissolvidas em concentração final fixa de dimeti1sulfóxido , frente a

Escherichia coZi e Pseudomonas aeruginosa, representando o grupo das bacté

rias Gram-negativas; StaphyZococcus aureus, representando o grupo das bac­

térias Gram-positivas; Candida aZbicans, representando o grupo das levedu­

ras e AspergiZZus niger, representando o grupo dos bolores.

A concentração inibitória mínima (MIC) foi determinada pela menor co~

centração do composto em que houve inibição completa do crescimento de mi­

crorganismo.

Inicialmente, fêz-se o ensaio can vários solventes can a finalidade de

identificar aquele que, além de solubilizar a amostra, mostrasse menor in­

terferência nos testes. Posteriormente, foram feitos os ensaios can as

amostras. Utilizou-se soro fisiológico cano controle positivo de crescimen­

to dos microrganismos e 5-nitro-2-furanocarboxaldei dossemicarbazona (5NFSC)

cano padrão para a atividade.

Tentou-se, al temativamente, utilizar o método da difusão em agar, que

consiste em depositar discos impregnados can várias concentrações da amos­

tra sobre placas de agar previamente inoculadas e solidificadas e, após in­

cubação, observar o halo de inibição ao redor dos discos (Kavanagh, 1963).

Este método, entretanto, apresentou baixa sensibilidade nos testes feitos.

Posteriormente, utilizou-se o método da bioautografia (Hanans & Fucus,

1970), que consistiu em testar a atividade antifÚ!1gica das semicarbazonas

em estudo, frente ao CZadosporium sphaerospermun, em placa de silica-gel e

usando CHC13-Mea-I (95:5) cano solvente. A substância foi considerada ativa

quando o fungo não cresceu sobre a mancha na placa cromatográfica, aparecen

do zonas claras de inibição sobre fundo escuro representado pelo crescimen­

to do fungo sobre a placa.

-58-

2.4 - PARTE EXPERIMENTAL

2.4.1 - Preparação e caracterização das semicarbazonas

2.4.1.1 - Semicarbazona do 5-nitro-2-fUranocarboxaldeído (5NFSC)

Dissolveram-se 0,8 g de acetato de sódio em 10 ml de água destilada e,

a seguir, adicionaram-se 1,0 g de cloridrato de semicarbazida e 0,5 g de 5­

-nitro-2-fUranocarboxaldeído. Agitou-se até a solução ficar limpida e dei­

xou-se a mistura em repouso cerca de 1 hora. Ocorreu a formação de cristais

amarelos que foram filtrados e lavados com água. Após recristalização de á!coaI edlico absoluto, obtiveram-se 0,68 g (80,95%) de cristais amarelo-bri

lhantes com faixade fusão 241-243 QC,com decomposição. P.F.lit'~ 238-239 QC

(Kochergin &Karpov, 19n7).

Ultravioleta (ETOH)

Àmáx. = 200,5 nrn, log E = 4,00

Àmáx. = 261,5 nrn, log E = 3,99

Àmáx. = 365,0 nrn, log E = 4,08

Infravermelho (KBr):

-1v (cm ): 3530, 3410, 3145, 1705, 1685, 1570, 1505, 1355, 1425

RMN - 1H (DMSo-d6

):

ó (ppm): 10,90 (~, 1H, NH); 7 ,85 (~, 1H, CH = N); 7, 75 (~, 1H, Ar-H);

7,24 (~, IH, Ar-H); 6,63 (~, ~, NH2 )

RMN _13C (DMSO-d6

):

ó(ppm): 155,9 (C=O); 153,0 (C2

); 151,2 (C5

); 127,4 (C=N); 115,0 (C3

);

112,1 (C4

).

2.4.1.2 - Semicarbazona do 2-fUranocarboxaldeído (FSC)

, ,Partindo-se do 2-fUranocarboxaldeldo procedeu-se analogamente a prepa-

ração da semicarbazona do 5-nitro-2-fUranocarboxaldeído, obtendo-se cristais

brancos que, . recristalizados de água quente, renderam 0,57 g (83,20) de agu­

lhas brancas com faixa de fusão 191-192 QC. P. Elit = 190-192 QC. (Clarke,

1986) •

-59-

Ultravioleta (EtOH)=

Infravermelho (KBr):

%N

22,93

22,77

W-I4,95

5,04

À máx. = 202,5 nrn, log E = 3,94

>- máx. = 262,0 nrn, log E = 3,67

>- máx. = 311,5 nrn, log E = 4,17

>- máx. = 202,5 nrn, log lo: = 4,06

>- máx. = 293,5 nrn, log E = 4,47

6 (ppm): 10,32 (~, lH, NH); 7,75 (~, 2H, CH=N e Ar-H); 6,80 (d, lH,

Ar-H); 6,55 (~, lH, Ar-H); 6,33 (~, 2H, NH2 )

-1v(cm ): 3465, 3300, 3210, 3100, 1705, 1650, 1600, 1440

6 (ppm): 156,8 (C=O); 149,9 (C2 ); 144,0 (C5

); 130,5 (C=N); 112,0 e

111,1 (C3 e C4 )

RMN _lH (DMSQ-d6

):

RMN _13C (DMSQ-d ):6

UItravioleta (Eta-I):

2.4.1.3 - Semicarbazona do 5-metil-2-tiofenocarboxaldeído (5MTSC)

Partindo-se do 5-metil-2-tiofenocarboxaldeído procedeu-se analogamente

à preparação da semicarbazona do 5-nitro-2-furanocarboxaldeído. Clbteve-se

precipi tado amarelo-claro, que foi filtrado e lavado COOl água. Após recrista

lização de etanol , obtiveram-se 0,50 g (60,26%) de cristais amarelo-acasta­

nhado brilhantes COOl faixa de fusão 193-195 QC, COOl decOOlposição. P. F. lit =207-208 QC (King & Nord, 1948).

Análise Elementar:-o/J::-

Valores calculados: 45,84

Valores encontrados: 45,97

-60-

Infravermelho (KBr):

-1v (cm ): 3475, 3300, 3175, 2950, 1690, 1640, 1600, 1440

RMN - 1H (DMSo-d6

):

6 (ppm): 10,12 (~, 1H, NH); 7,90 (~, 1H, CH=N); 7,05 (~, 1H, Ar-H);

6,72 (~, lH, Ar-H); 6,17 (~, 2H, NH2 ); 2,42 (~, 3H, CH3 )

RMN - 13C (DMSo-d ):6

6(ppm): 156,7 (C=O); 141,4 (C2 ); 137,2 (C5 ); 135,5 (C=N); 129,2

(C4

); 126,1 (C3

); 15,3 (CH3

)

2.4.1.4 - Semicarbazona do 2-tiofenocarboxaldeido (TSC)

Partindo do 2-tiofenocarboxaldeído procedeu-se de maneira análoga àpreparação do 5-nitro-2-furanocarboxaldeído. Obteve-se precipitado amarelo,

que foi filtrado e lavado can água. Após recristalização de etanol, obtive­

ram-se 0,63 g (90,46%) de cristais brancos em forma de agulha can faixa de

fusão 220-222 QCP.F • lit= 222-224 QC,can decanposição (Sugasawa & Mizukam,

1955) •

Ultravioleta (EtOH):

Àmáx. = 210,0 nrn, log E = 3,72

Àmáx. = 262,0 nrn, log E = 3,63

Àmáx. = 305,5 nrn, log E'= 4,08

Infravermelho (KBr):

-1v (cm ): 3445, 3295, 3170, 1690~ 1640, 1600, 1430

1RMN - H (DMSo-d

6):

6 (ppm): 10,40 (~, lH, NH); 8,12 (~, lH, CH=N); 7,67-7 ,03 (~, 3H, Ar-H);

6,34 (~, 2H, NH2 )

-61-

RMN - 13C (DMSo-d6

):

o (ppm): 156,5 (C=O); 139,4 (C2 ); 135,2 (CH=H); 128,7 (C3

); 127,6

(C4

); 127,4 (C5

)

2.4.1.5 - Semicarbazona do ~-metil-2-pirrolcarboxaldeído(MPSC)

Partindo-se do ~-rnetil-2-pirrolcarboxaldeídoprocedeu-se de maneira

análoga à preparação do 5-nitro-2-furanocarboxaldeído . Obtiverarn-se cri~

tais rÓseo-brilhantes que, recristalizados de etanol a quente, renderam

0,44 g (80,OCP;6) de cristais roseo-claro brilhantes com faixa de fusão

203-205 º C com decomposição. P.F. lit =207-208 º C (ReicrstEin, 1930).

Ultravioleta (EtOH):

À 'max. = 207,0 nm, log E = 3,67

Àmáx. = 303,5 nm, log E = 4,19

Infravermelho (KBr):

( -1v em ): 3490, 3310, 3220, 2920, 1690, 1650, 1600, 1435

RMN - 1H (DMSo-d6

):

o(ppm): 10,02 (~, lH, NH); 7,88 (~, 1H, CH=N); 6,90 (~, 1H, Ar-H);

6,50-6,00 (~, 4H, Ar-H e NH2 ); 3,84 (~, 3H, CH3 )

RMN ~ 13C (DMSo-d ):6

o (ppm): 156,7 (C=O); 133,5 (C=N); 127,3 (C2 ); 126,7 (C5

); 112,9

(C3

); 107,6 (C4

); 35,9 (CH3

)

2.4.1.6 - Semicarbazona do 2-pirrolcarboxalde{do (PSC)

Partindo-se do 2-pirrolcarboxaldeído procedeu-se analogamente à pre­

paração do 5-nitro-2-furanocarboxaldeído. Obtiverarn-se cristais brancos

que, recristalizados de água, renderam 0,49 g (84,5CP;6) de cristais branc~

-esverdeados com faixa de fusão 182-183 ºC. P.F.lit= 182-184 2C (Nitta et

aL, 1962).

-62-

Ultravioleta (EtOH);

Àmáx. = 205,0 nrn, log E. = 3,93

Àmáx. = 303,5 nrn, log E: = 4,32

Infravennelho (KBr):

-1v (em ): 3585, 3460, 3340, 3235, 1675, 1640, 1600, 1410

RMN - 1H (DMSo-d ):6

ó (ppm): 11 ,30 (~, lH, NH); 10,03 (~, 1H, NH); 7, 70 (~, 1H, CH=N);

6,94 (~, lH, Ar-H); 6,53 (~, 2H, NH2 ); 6,30 (~, lH, Ar-H);

6,10 (~, lH, Ar-H)

RMN - 13C (DMSo-d ):6

ó(ppm): 157,4 (C=O); 131,9 (C=N); 128,1 (C2 ); 120,7 (C5

); 111,0

(C3); 108,8 (C4 )

2.4.1.7 - Semicarbazona do 4-quinolinocarboxaldeído (4-QSC)

Partindo-se do 4-quinolinocarboxaldeído procedeu-se analogamente àpreparação do 5-nitro-2-furanocarboxaldeído. Obteve-se precipitado ala­

ranjado-claro que, após recristalização de etanol, rendeu 0,27 g (79,rolo)

de cristais alaranjado-claro brilhante com faixa de fusão 244-245 ºC com

decomposição. P. F.lit=244-245 ºC (Kaplan& Lindwall, 1943) •.

Ultravioleta (EtOH):

À máx. = 202,0 nrn, log E = 4,01

À máx. = 233,5 nrn, log E = 3,89

À máx. = 327,5 nrn, log E: = 3,76

Infravennelho (KBr):

v (cm-1 ): 3490, 3230, 3115, 1710, 1605, 1575, 1435

-63-

2.4.1.8 - Semicarbazona do 3-quinolinocarboxaldeído (3-QSG)

v(cm-l ): 3425, 3300, 3160, 3060, 1700, 1610, 1580, 1460

%N

26,15

25,86

o/d-I

4,71

4,71

o/eI:;

61,67

61,14

RMN - l H (DMS0-d ):6

6 (ppm): 156,2 (C=O); 150,0 (C2

); 149,3 (C10); 137,8 (C4 ); 135,1 (C=N);

129,7 (C3

); 129,3 (C9

); 127,1 (C5 ); 124,7 (C8

); 123,2 (C6

);

117,7 (C7 ).

RMN - 13C (DMS0-d ):6

6 (ppm): 10 , 60 (~, iH, NH); 8,88 (~, iH, Ar-H); 8,60 (~, iH, CH=N);

8,46-7,55 (~, 5H, Ar-H); 6,65 (~, 2H, NH2 )

6 (ppm): 10,45 (~, lH, NH); 9,40 (~, lH, Ar-H); 8,46 (~, lH, Ar-H);

8,20-7,48 (~, 5H, Ar-H e CH=N); 6,65 (~, 2H, NH2 )

RMN - iH (DMS0-d6

):

Ultravioleta (EtOH):

À máx. = 202,5 nrn, log E = 3,89

À máx. = 234,5 nrn, log E = 3,80

À máx. = 277,0 nrn, log E = 3,89

À máx. = 298,0 nrn, log E = 3,84

À máx. = 311,0 nrn, log E = 3,86

Partindo-se do 3-q..tiro~reícb procedeu-se analogamente à prepa

ração do 5-ni tro-2-furanocarboxaldeído. Obteve-se precipitado branco-amare­

lado que, após recristalização de etanol, rendeu 0,56 g (82,70) de precipi­

tado branco-amarelado com ponto de faixa 248-250 ºC, com decanposição.

Valores calculados:

Valores encontrados:

Infravermelho (KBr):

Análise elementar

-64-

RMN - 13C (DMS0-d ):6

ó (ppm): 156,7 (C=O); 149,5 (C2); 147,3 (C10); 136,8 (C4 ); 133,4

(C=N); 129,7 (C9 ); 128,7 (C8 ); 128,2 (C5 ); 128,0 (C6 );

127,4 (C7 ); 127,0 (C3 ).

2.4.1.9 - Semicarbazona do 3-indolcarboxaldeído (3-ISC)

Partindo-se do 3-indolcarboxaldeído, dissolvido em etanol à quente,

procedeu-se de maneira análoga à preparação do 5-nitro-2-furanoca.rbox~

deído. Obteve-se precipitado amarelo-claro que, após duas recristaliza­

ções de etanol/água, rendeu 0,70 g (48,6%) de cristais amarelo-claro COOl

faixa de fusão 266-270 ºC,COOl decomposição. P. E lit = 265-270 ºC COOl de­cOOlposição (Order & Lindwall, 1945).

Análise elementar

o/eI:- o/cH %N

Valores calculados 59,40 4,98 27,71

Valores encontrados 60,12 4,91 25,61

Ultravioleta (EtOH):

À máx. = 201,0 nm, log € = 4,44À 'max. = 221,0 nm, log € = 4,43À 'max. = 271,0 nm, log € = 4,32À 'max. = 300,5 nm, log € = 4,45

Infravermelho (KBr ).~

-1v (cm ): 3450, 3350, 3150, 1640, 1620, 1570, 1400

1RMN - H (DMS0-d6 ):

ó (ppm): 11,50 (~, lH, NH); 9,95 (~, lH, NH); 8,30-8,00 (~, 2H, CH=N,

Ar-H); 7,70 (~, lH, Ar-H); 7,52-705 (~, 3H, Ar-H); 6,27 (~,

2H, NH2)

-65-

RMN - 13C (DMSO-d ):6

ó (ppm): 158,0 (C=O); 138,6 (C=N); 137,4 (C9 ); 129,4 (C2 ); 124,5

(C4

); 122,6 (C6

); 122,2 (C5

); 120,8 (C7 ); 112,1 (C8 e C3 )·

2.4.2 - Estudo da reação entre semicarbazida e 2-tiofenocarboxalde:fdo

A reação entre semicarbazida e 2-tiofenocarboxalde{do foi acanpanhada,

espectrofotometricamente, observando-se a formação da semicarbazona corres­

pondente a 310 nm, da maneira descrita em Métodos de trabalho, item 2.3.2.

A concentração do 2-tiofenocarboxaldeído utilizada nas experiências foi

de 6,29.10-5 mol.dm-3 e de cloridrato de semicarbazida foi de 5,0.10-3

moI.-3 • •ctn , no minimo. Portanto, trabalhou-se sempre com grande excesso de nucleo-

filo em relação ao canposto carbonilico.

2.4.2.1 Determinação da ordem parcial da reação em relação ao 2-tiofenocar­

boxaldeído

Prepararam-se cinco tubos de reação, conforme Tabela I. Trabalhou-se em

pH = 4,74, mantido com solução tampão de ácido acético/acetato de sódio.

Tabela I - Soluções para determinação da Ordem parcial de reação entre semi­

carbazida e 2-tiofenocarboxaldeído, em água, a 25,0 QC, força iô-. -3nlca 0,50 mol.dm e pH = 4,74.

CH3CCXH/CH3COO- EDTA KCI ·SC.HCITubo -3 -2 -3 -3 -3 H

20

0,50 mol.àn 1.10 mol.dm 2,0 mol.dm 0,1 moI. dm

1 1,0 0,2 2,35 0,5 5,95

2 1, ') 0,2 2,35 1,0 5,45

3 1,0 0,2 2,35 1,5 4,95

4 1,0 0,2 2,35 2,0 4,45

5 1,0 0,2 2,35 3,5 2,95

NOTA: os valores da Tabela são volumêS, medidos em dm3 e SC.HCI = cloridrato de

semicarbazida.

-66-

Figura VI - Determinação da constante de velocidade de pseudo-primeira ordem

(k b ) e da ordem parcial da reação entre 2-tiofenocarboxaldeídoo se semicarbazida, em pH = 4,74 em água, a 25,0 ºC e força iônica

-3 - , (igual a 0,50 moI. dm , em relaçao ao composto carbonilico Tubo 2) .

Para verificar a ordem parcial da reação em relação ao 2-tiofenocarboxB.::!:

de{do construiu-se, então, um gráfico, para cada concentração de semicarbazi­

da, colocando-se os logaritmos das diferenças de absorvância, log (Ao: -At ) ,

em função do tempo (Fig. VI, por exemplo). Obtiveram-se retas, o que mostra

que a reação é de primeira ordem em relação ao aldeido. Os coeficientes angu­

lares dessas retas, determinados através de programa de computador, fornece­

ram os valores das constantes de velocidade observadas para a reação de pseu­

do-primeira ordem.

4

[)

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3

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4.t' I- -1,0 -j

8' ~~ I

-1,2 1

-67-

2.4.2.2 - Determinação da ordem parcial da reação em relação à semicarbazida

1 4,62 0,85

2 9,25 1,71

3 13,87 2,57

4 18,49 3,30

5 32,37 6,30

k /10-3 - 1obs .s(

;'j -3 -3SC) / 10 .mol.drnTubo

Para determinar a ordem parcial da reação em relação à semicarbazi da ut1

lizaram-se dados obtidos na experiência em que se determinou a ordem parcial

da reação em relação ao 2-tiofenocarboxaldeído (item 2.4.2.1), empregando-se

as soluções constantes da Tabela I.

Com os dados obtidos expressos na Tabela II,construiu-se um gráfico em

que os valores das constantes de velocidade observadas (k b ) da reação fo­o s

raro colocadas em ordenada e os valores das concentrações molares correspon-

dentes de semicarbazida cano base livre, em abscissa (Figura VII).

Verificou-se existir uma correlação linear, tratando-se, portanto, de

uma reação de primeira ordem em relação ao nucleófilo. O coeficiente angular

da reta assim obtida forneceu o valor da constante de velocidade da reação de

) -1 -1 -3-1pseudo-segunda ordem (k2 que foi de 1,77.10 moI .drn .s •

Tabela 11 - Constantes de velocidade observadas da reação de pseudo-primeira

ordem (k b ) para a reação entre semicarbazida e 2-tiofenocarbo­o sxaldeido, em água, a 25 ºC, força iônica igual a 0,50 mol.drn-3 e

pH = 4,74.

Figura VII - Valores das constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem da

reação entre 2-tiofenocarboxaldeído e semicarbazida em função da

concentração de semicarbazi da na forma de base livre, em água, a

25,0 ºC e força iônica igual a 0,50 mol.ctm-3

-68-

3,22,82,42,01,8

(se) / 10-2 mol.dm-3

1;20,80,4

~----------~~7,0 I

5,0

6,0

o

~_.~.-.-..--

. 4'0~' .

....... o-_.....-...-

3, O -0 .

2'0~ /.Jy

.

I ..'

1,0io..················

0-1-1---;--

r-lI

Ul

MIor-l

..........Ul

~'8

-69-

2.4.2.3 - Determinação da constante de equilíbrio na formação da semicarba­

zona do 2-tiofenocarboxaldeído

Para cada uma dessas regioes prepararam-se seis tubos de reação can con

centrações crescentes de semicarbazida. Exemplo é encontrado na Tabela 111.

H2

0SC.HCl-30,1 mol.dm

EDTA-2 -31.10 mol.dm

HCl-32,063 ool.dm

1 4,85 0,2 1,0 3,95

2 4,85 0,2 1,2 3,75

3 4,85 0,2 1,4 3,55

4 4,85 0,2 1,6 3,35

5 4,85 0,2 2,0 2,95

6 4,85 0,2 2,4 2,55

Tubo

Fizeram-se experiências de determinação da ordem da reação nas seguin­

tes condições: Ho =-0,20, -0,03, 0,20 e 0,55 e pH = 1,0, 1,2, 1,4 e 1,6.

Tabela 111 - Soluções para determinação da constante de velocidade e est~

ção da constante de equiÜbrio para a reação entre 2-tiofeno­

carboxaldeido e semicarbazida, em água, a 25,0 ºC, força iôni­-3ca 0,50 mol.dm e H = 0,20.o

NOTA: Os valores constantes na Tabela são volumes, medidos em dm3 .

Corre1ac ionaram-se , então, os valores assim obtidos das constantes de

velocidade de pseudo-primeira ordem e concentração de semicarbazida na for­

ma de base livre obtendo-se para cada uma dessas regiões una reta que nãointerceptou a origem (FigurasVIlIe IX,por exemplo). Através do ponto de or

denada nula, (-l!Kc ) destas retas, estimou-se o valor da constante de equiÜ­

brio (Kc ). Considerou-se o valor médio destas medidas, que foi de 1,48 .105

001-1 .dm~ cano sendo o valor da constante de equiÜbrio.

-70-

cataliticas do ion hidrÔnio foram4 -2 6

1,6.10 moI .dm

Ao se trabalhar com ácido cianoacético, prepararam-se, para cada pH e~

tudado, cinco tubos de reação com concentrações crescentes de tampão e con­

centração fixa de semicarbazida , conforme Tabela V.

Na determinação da catálise ácida geral utilizaram-se ácido cianoacéti

co (CNCH2COOH), ácido cloroacético (CICH2COOH), ácido fórmico (HCmo e aci

do acético (CH3COOH), como catalisadores.

2.4.2.5 - Determinação da catálise ácida geral efetuada pelos tampões ácidos

carboxiI icos/carboxilatos

Correlacionaram-se, a seguir, os logari t mos dos valores das constan­

tes de velocidade de pseudo-segunda ordem (k2

) com os respectivos valores

de Ho ou pH, obtendo-se uma reta com inclinação igual a unidade. A constan­

te catali tica do ion hidrÔnio para a formação e desidratação da carbinola-- \mina foi entao determinada a partir dos pontos correspondentes a faixa de

pH onde a etapa determinante da velocidade era a formação ou a desidratação

da carbinolamina, respectivamente, e de acordo com a Equação (7).

2.4.2.4 - Determinação da catálise ácida efetuada pelo ion hidrÔnio

Para determinar a constante catalitica do hidrônio utilizaram-se as

mesmas soluções em que se estimou a constante de equilibrio, item 2.4.2.3.,

utilizando-se ácido cloridrico como catalisador.

Os valores obtidos para as constantes2 -2 6 -1 -3,0.10 moI .dm.s ,para a formaçao da carbinolamina e

s-1, para a desidratação da carbinolamina.

As constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem (k l-. ) obtidos aOus

partir destas soluções (Tabela IV) foram correlacionadas com as respectivas

concentrações de semicarbazida na forma de base livre. Obteve-se, para cada

região de H ou pH, uma reta (Figuras VIII e IX, por exemplo), cuja inclinao -ção forneceu o valor da constante de velocidade de pseudo-segunda ordem (k

2).

-71-

Tabela IV - Constantes de velocidade observadas da reação de pseudo-primeira

ordem entre semicarbazida e 2-tiofenocarboxalde{do, a 25,0 ºC eA -3

força ionica 0,50 mol.dm

(s ) -4 -3 -3 -1 (SC; /10-4mol. dm-3 -3 -1Ho

C/10 mol.dm k b /10 .s PH K b /10 .so s o s

0,0142 2,2850 0,224 0,8295

0,0167 2,4400 0,270 0,9748

-0,20 0,0191 2,5833 1,0 0,314 1,0593

0,0286 2,7033 0,358 1,1372

0,0343 2,8633 0,448 1,3295

0,538 1,5710

0,0209 1,8617 0,356 0,7342

0,0251 2,0117 0,427 0,8553

-0,03 0,0292 1,9950 1,2 0,490 0,9652

0,0334 2,1383 0,570 1,1040

0,0418 2,3050 0,712 1,4282

0,0500 2,4833 0,855 1,6267

0,0355 1,4330 0,560 0,7218

0,0426 1,5298 0,670 0,8652

0,20 0,0496 1,6228 1,4 0,745 0,9652

0,0567 1,7050 0,900 1,1040

0,0709 1,9250 1,120 1,4282

0,0851 2,0551 1,350 1,6267

0,0793 1,0435 0,888 0,7208

0,0952 1,1817 1,065 0,8435

0,55 0,1111 1,2717 1,6 1,242 0,9885

0,1269 1,2717 1,420 1,1270

0,1587 1,5358 1,775 1,3825

0,1904 1,7500 2,130 1,6733

NOTA: (SC) = concentração de semicarbazida na forma. de base livre

i , I1,0 I I i i i I I i I ,

-72-

(se) / 10-6 1lO1.clm-3

Figura VIII - Valo~s das constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem da

reação entre 2-tiofenocarboxaldeído e semicarbazida em função da

concentração de semicarbazida na forma de base livre, na região

de Ho .

1

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3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0

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1,1

1,8 ]

1,7 I1,6

MIo..........

....I .,

Figura IX - Valores das constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem da

reação entre 2-tiofenocarboxalde:!'do e semicarbazida em função da

concentração de semicarbazida na forma de base livre, na região

de pH compreendida entre 1,O e 1,6.

-73-

'-,2

5,4

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2,0

5,0

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3,8 4,2

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pH = 1,6

pH z 1,2

pH .. 1,0

1,0

1,1

1,2

1,3

1,5

1,6

1,7

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1,6 I

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";' 1,1~

-74-

Tabela V - Soluções para detenninação da catálise ácida geral efetuada pelo

tampão CNCH2CCXH/CNCH2Coo-, na reação entre 2-tiofenocarboxaldeÍdo

e semicarbazida, em água, a 25,0 ºC e força iônica 0,50 mol.dm-3

CNCH2

COOH/CNCH2Coo- HCI EDTA SC.HCIpH

0,50 mol.dm-3 -3 -2 -3 -3 H202,0 mol.dm 1.10 mol.dm 0,1 mol.dm

"-

0,50 2,40 0,20 1,30 5,60

1,00 2,40 0,20 1,30 5,10

2,04 1,50 2,35 0,20 1,30 4,65

2,00 2,35 0,20 1,30 4,15

2,50 2,35 0,20 1,30 3,70

0,50 2,40 0,20 1,30 5,60

1,00 2,30 0,20 1,30 5,20

2,34 1,50 2,25 0,20 1 ,30 4,75

2,00 2,20 0,20 1 ,30 4,30

2,50 2,15 0,20 1 ,30 3,85

0,50 2,35 0,20 1,30 5,65

1 ,00 2,25 0,20 1,30 5,25

2,93 1,50 2,15 0,20 1,30 4,85

2,00 2,00 0,20 1,30 4,50

2,50 1,95 0,20 1,30 4,05

- 3NOTA: Os valores constantes da Tabela sao volumes, medidos em dm •

-75-

(CNOlpXll) / 10-3 ITOl.õn-3

Figura X - Determinação da constante c~talitica (kAH

) e da velocidade de pseudo­segunda ordem para a formaçao da carbinbTamina, extrapolada para con­centração zero do tampão (~~ad), para a reação entre 2-tiofenocarboxa!deído e semicarbazida, em agua, a_25,0 ºC, f0!'9a ionica 0,5Q mol.dm3 eem presença de_diferentes proporçoes da forma acida do tampao CNCH2­-G()(}l/CNCH2COO .

5,0

--'

7,0

o

4,0

5,0

o

o

=

~Ol;,oXli) I 10-2 ITOl.em-3

3,0

3,0

(QOI2CIX:11) / 10-2 llÇl.õn-3

2,0

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1,0

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M

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2,0 I c

1,81,0

1,20 •

1;15 t pH = 2,93

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~ o'''k:: ///'ã! 0,80 //..,.N //

0,75 ./Ó

0,700,4 .(),6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4

-76-

- ·3NOTA: Os valores constantes da Tabela sao volunes, medidos em dm •

Tabela VI - Soluções para determinação da catálise ácida geral efetuada pelo

tampão ClCH2CCXl-I/ClCH2Coo-, na reação entre 2-tiofenocarboxaldei

do e semicarbazi da, em água, a 25,0 ºC e força iônica igual a-30,50 mol.dm •

EDTA SC H20

--3 -30,01 rTnl.dn 0,10 rTnl.dn

KCl

--32,0 rroLdn

ClCH2

CCXl-I/ClCH2Coo­

--30,:0 rroLdn

pH

0,50 2,40 0,20 1,30 5,60

1,00 2,40 0,20 1,30 5,10

2,13 1,50 2,35 0,20 1,30 4,65

2,00 2,35 0,20 1,30 4,15

2,50 2,30 0,20 1,30 3,70

0,50 2,40 0,20 1,30 5,60

1,00 2,30 0,20 1,30 5,20

2,61 1,50 2,25 0,20 1,30 4,75

2,00 2,20 0,20 1,30 4,30

2,50 2,15 0,20 1,30 3,85

0,50 2,35 0,20 1,30 5,65

1,00 2,25 0,20 1,30 5,25

3,20 1,5Q 2,15 0,20 1,30 4,85

2,00 2,00 0,20 1,30 4,50

2,50 1,95 0,20 1,30 4,05

I.---Cl i

I

3,02,62,21,81,4

~l~cral) / 10-2 IlOl.dm-3

1,0

(c.rrn2cral)/ 10-2 rrol.dm-3

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0,60,::-1 I I I , I I I I i I

1'11,1-1 pH = 3,20

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o,

-77-

4,9 f .. -------

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I...S 3,7

......

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3,3

3,1oi lJ'

2,9 '

1,0 3,0 5,0 7,0 9,0

(ClOl:za:nl) / 10-2 IlOl.àn-3

,.~ P

2,6 pH = 2,61

2,4...I

2,2~"l,.,~ i...

I

! "'1~ ::1

1,41,0 3,0 5,0 7,0

Figura XI - Detenninação da constante c§.taÜtica (kAH ) e da velocidade de pseudo­segtmda orderrl para a formaçao da carbinoTamina, extrapolada para con­centração zero do tampão (k~açl), para a reação entre ~-tiofenocarbo­xaldeído e semicarbazida, em agua, a 25,0 ºC, força ionica 0,50 moI.•dm-3 e em presença de diferentes proporções da forma ácida do tampãoClCH2COOH!ClCH2COO-.

-78-

0,50 2,40 0,20 1,30 5,60

1,00 2,30 0,20 1,30 5,20

4,10 1,50 2,20 0,20 1,30 4,80

2,50 2,00 0,20 1,30 4,00

Tabela VII - Soluções para determinação da catálise ácida geral efetuada pelo

tampão HCc:x:H/HCoo-, na reação entre 2-tiofenocarboxaldeído e se­

micarbazida, em água, a 25,0 ºC e força iônica igual a 0,50 moI.-3dm •

H20SC

-30,10 mol.dm

EDTA-3

0,01 moI. dm

KCl-3

2,0 mol.dm

pH HCOOH/HCoo­

-30,50 mol.dm

0,50 2,40 0,20 1,30 5,60

1,00 2,40 0,20 1,30 5,10

2,90 1,50 2,35 0,20 1,30 4,65

2,00 2,35 0,20 1,30 4,15

2,50 2,30 0,20 1,30 3,70

0,50 2,40 0,20 1,30 5,60

1,00 2,35 0,20 1,30 5,15

3,50 1,50 2,30 0,20 1,30 4,70

2,00 2,20 0,20 1,30 4,30

2,50 2,15 0,20 1,30 3,85

- 3NOTA: Os valores constantes da Tabela sao volumes, medidos em dm •

I1,0 r i I i i i I ,

7,a

:::

2,8

10,0

6,0

2,4

c

8,0

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2,0

4,0

6,0

1,6

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3,a

(H<XXlI) / 10-2 nol.dm-3

L

(HCxrn) / 10-2 nol.dm-3

1,2

4,0

2,0

0,8

pH " 3,50

pH .. 2,90

pH = 4,10

2,0

1,0

0,6

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0,60

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'" 0,40'i,~N 0,35

...I

'"

Figura XII - Determinação da constante c~talitica (kAH ) e da velocidade de pseudo­segunda ordem para a formaçao da carbinbTamina, extrapolada para con­centração zero do tampão (k~a(;n, para a reação entre ~-tiofenocarbo­xald~ído e semicarbazida, em agua, a 25,0_ºC, força ioI)ica 0,50 mo! .•dm- e em presença de diferentes proporçoes da forma acida do tampao

HCOCH/HCOO -.

-80-

- 3NOTA: Os valores constantes da Tabela sao volumes, medidos em dm •

Tabela VIII - Soluções para detenninação da catálise ácida geral efetuada p~

lo tampão CH3

COCH/CH3Coo-, na relação entre 2-tiofenocarboxal­

deído e sernicarbazida, em água, a 25,0 QC e força iônica 0,50-3mol.dm •

se H20

-30,05 mol.dm

EDTA

-30,01 moI. dm

KCl

-32,00 moI. dm

pH CH3

COOH/CH3Coo­

-30,50 moI. dm

0,50 2,40 0,20 1,20 5,70

1,00 2,30 0,20 1,20 5,30

5,13 1,50 2,20 0,20 1,20 4,90

2,00 2,10 0,20 1,20 4,50

2,50 2,00 0,20 1,20 4,10

0,50 2,45 0,20 1,20 5,65

1,00 2,40 0,20 1,20 5,20

4,51 1,50 2,30 0,20 1,20 4,80

2,00 2,25 0,20 1,20 4,35

2,50 2,20 0,20 1,20 3,90

0,50 2,45 0,20 1,20 5,65

1,00 2,45 0,20 1,20 5,15

3,92 1,50 2,40 0,20 1,20 4,70

2,00 2,40 0,20 1,20 4,20

2,50 2,35 0,20 1,20 3,75

-81-

Pt3CJ::Oi) / 10-2. IlOl.ón-3

7,0

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2,8

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pH = 4,51

pH = 5,13

0,4

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}

Figura XIII - Determinação da constante c~talitica (kAH ) e da velocidade de pseudo­segtmda ordem para a formaçao da carbinbTarnina, extrapolada para con­centração zero do tarrpão (k~ad), para a reação entre 2-tiofenocarboxaldeído e semicarbazida, em água, a 25,0 ºC, força iônica 0,50mol.drn-3­e em presença de diferentes proporções da forma ácida do tampãoCH3COOH/CH3COO-.

-82-

Tabela IX - Constantes de velocidade e constantes cataliticas da reação en­

tre 2-tiofenocarboxaldeído e semicarbazida, em água, a 25,0 ºC," -3 - ,em força ionica 0,50 moI. dm , em presença de tampao acido car-

boxl1ico/carboxilato.

pH

2,04

2,34

2,93

2,13

2,61

3,20

2,90

3,50

4,10

3,92

4,51

5,13

Tampão

[AH/A-]

CNCH2CCX1i

CNCH2

CCX1i

CNCH2CCX1i

CICH2CCX1i

CICH2CCX1i

CICH2CCX1i

HCCX1i

HCCX1i

HCCX1i

CH3COOH

CH3CCX1i

CH3CCX1i

%ácido

80

50

20

80

50

20

80

50

20

80

50

20

le 1rrn,-1 3-1"2' ..- .dJi.s

2,98

1,67

0,59

2,43

1,06

0,35

0,66

0,31

0,19

0,18

0,11

0,06

le;:n/rrol-1 dJi3 -1~~. ..8

3,00

1,68

0,63

2,53

1,09 •

0,44

0,65

0,31

0,16

0,12

0,03

k_Irrn,-2 dJi6 -1m ..- . .8

25,00

24,49

24,72

23,81

23,21

21,23

17,33

16,92

17,50

16,47

21,28

32,32

-83-

mo.

2.4.2.6 - Determinação da catálise do ion semicarbazinio na formação da car

binolarnina

(8)k2

1 - k 2

KaJ<5·~+

k 2ad =

k2ad é a velocidade da reação de pseudo-segunda ordem para a eta­

pa de formação da carbinolarnina,

KaJ<5 é a constante de velocidade de desidratação catalisada pelo

ion hidrÔnio e

~+ é a atividade do ion hidrÔnio.

em que:

Para cada um desses tampões construiram-se gráficos em que se correla­

cionaram as constantes de velocidade de pseudo-segunda ordem corrigida da

etapa de desidratação (k2ad) can as respectivas concentrações molares do

ácido catalisador (Figuras X, XI, XII e XIII). O coeficiente angular das

retas obtidas forneceu os valores da constante catali tica do ácido respect~

vo, expressos na Tabela XL.

Para a determinação da catálise do ion semicarbazinio construirarn-se

gráficos, em três regiões adequadas de pH, colocando em ordenada a constan

te de velocidade de pseudo-segt.mda ordem corrigida da etapa de desidrata­

ção e em abscissa as respectivas concentrações molares do ion semicarbazi-

A constante de velocidade de pseudo-segunda ordem (k2

) foi corrigida r1a

etapa de desidratação, em que não ocorre catálise pelos ácidos carboxili­

COSo Isto foi feito através da equação:

Can os ácidos cloroacético, ácido fórmico e ácido acético procedeu-se

de maneira semelhante ao ácido cianoacético, realizando-se experiências can

2CP/o, 5CP/o e 8CP/o da forma ácida de cada tampão (Tabelas VI, VII, VIII).

Para cada uma destas soluções calculou-se a constante de velocidade de

pseudo-primeira ordem observada conforme equação (1) e constante de pseudo­

segunda ordem (k2), conforme equação (3), citadas em Métodos de trabalho,

item 2.3.2.

vre.

na.

-84-

(11)(SC)

(~logpH = pKa +

pK = 3,65 para o semicarbazinio, a 25,0 ºC e força iônica 0,50a 3

moLdm ;

(Sc) é a concentração de semicarbazida na fonna básica e

(SCH) é a concentração do ion semicarbazinio.

em que:

Prepararam-se soluções com concentrações crescentes de semicarbazida

em pH = 2,04, 2,80 e 3,00 (Tabelas X e XI). As constantes de velocidade de

pseudo-primeira ordem (kobs ) foram transfonnadas em constantes de velocida­

de de pseudo-segunda ordem (k2) através das Equações (2) e (6) e desconta­

das da etapa de desidratação confonne Equação (8), passando a:; constantes de

velocidade de pseudo-segunda ordem para a reação de fonnação da carbinolami

Construiu-se um gráfico onde os valores de pH foram colocados em abs­

cissa e os valores dos logariUnos das constantes de velocidade de pseudo­

segunda ordem,em ordenada.

o cálculo da fonna ácida da semicarbazida foi feito através da equação

de Henderson-Hasselbalch:

As constantes de velocidade de pseudo-segunda ordem para a reação de

fonnação da carbinolamina (~ad) foram correlacionadas, então, com as res­

pectivas concentrações do ion semicarbazinio (Figura XIV). O coeficiente an­

gular de cada reta obtida forneceu o valor da constante catalitica do ion

semicarbazinio para a respectiva região de pH. A média desses valores foi

considerada corno sendo a constante catalitica do ion semicarbazinio (kSCH )-1 -2 6 -1e foi igual a 1,89.10 moI .dm.s .

2.4.2.7 - Construção do perfil de velocidade de reação em função do pH

EIn pH <:: 2,0 ,os valores das constantes de velocidade de pseudo-segunda

ordem (k2 ) utilizados no perfil foram aqueles obtidos nas experiências em

que se detenninou a catálise do ion hidrÔnio (item 2.4.3.4), isto é, a PaE,

tir do gráfico em que se correlacionou constante de velocidade de pseudo ­

primeira ordem (k b ) e concentração de semicarbazida na fonna de base li-a s

-85-

Tabela X - Soluções para determinação da constante catal1tica do ion semi­

carbazínio, na reação entre 2-tiofenocarboxaldeído e semicarba-, A -3

zida, em agua, a 25,0 ºC, força ionica 0,50 mol.dm e pH = 2,04.

0,10 2,43 0,20 0,45 6,82

0,10 2,42 0,20 0,68 6,60

0,10 2,41 0,20 0,90 6,39

0,10 2,40 0,20 1,13 6,17

0,10 2,38 0,20 1,35 5,97

0,10 2,37 0,20 1,58 5,75

0,10 2,36 0,20 1,80 5,54

0,10 2,35 0,20 2,03 5,32

0,10 2,34 0,20 2,25 5,11

0,10 2,33 0,20 2,47 4,90

H20SC.HCl

-30,1 moI. dm

EDTA

-2 -31.10 mol.dm-32,0 mol.dm

KClHCl

NOTA: Os valores constantes da Tabela são volumes, medidos em dm3

-31,0 mol.dm

-86-

Tabela XI - Soluções para determinação da constante catalilica do ion semi­

carbazinio, na reação entre 2-tiofenocarboxaldeído e semicarba-, A -3

zida, em agua, a 25,0 ºC, força ionica 0,50 moLdm e em pre-

sença de tampão CICH2COOH!CICH2COO-.

1,50 2,25 0,20 0,30 5,75

1,50 2,25 0,20 0,50 5,55

2,80 1,50 2,25 0,20 0,70 5,35

1,50 2,20 0,20 0,90 5,20

1,50 2,20 0,20 1,10 5,00

1,50 2,20 0,20 1,20 4,90

SC.HCl H20-30,1 moLdm

EDTA-2 -31,10 moLdm

KCl-32,0 moLdm

pH Tampão-30,5 moLdm

1,50 2,25 0,20 0,50 5,55

1,50 2,25 0,20 0,60 5,45

3,00 1,50 2,25 0,20 0,70 5,35

1,50 2,20 0,20 0,80 5,30

1,50 2,20 0,20 0,90 5,20

1,50 2,20 0,20 1,00 5,10

NOTA: - 3Os valores constantes da Tabela sao volumes, medidos em dm .

I I Ii I i I I I I i3,3 I I r I I i

Figura XIV - Determinação da constante catalitica do ion semicarbazinio na

reação entre 2-tiofenocarboxaldeido e semicarbazida, em água,~ -3a 25 ºC e força ionica 0,50 mol.dm .

-37-

9,95

-~,

1,)7

'CjIII

2,2 2,4

./,/'

9,85

1,36

././

2,01,8

c

1,35

9,75

/,.//...-

/~'.--­

c

1,5

/ ...

0/"'"....."..,/./

.-'"

1,34

1,4

(s&) IIO-3rrol.dm-j

1,2

rstM)/10-2 IlOl.àn-3

1,33

1,0

pH '" 2,80

pH = 3,00

pH • 2,0o ./

",/

,/-­///

o ./, ....

.---/,-,

/'"//

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//./'

c .---..,/ C;/

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...-/

//

0,8

1,32

///-­

///

1:1'/

//

///

1,0 10.'-/ r r I i i I i r I --l9,45 9,55 9,65

r,+" -4 -3{SOl) 10 1:01. àn

3,0

Ci,O

/~I,

IiI

III\i

2,0 I I II i J

4,0

5,0

11,0i10,0

9,0

8,0

I

I),9 ~

I

I)'81

C,O

),7....I

OI

M -6 3,6.....I....~ 3,5

x.N

3;4

7,2 1

6,8

6,4

6,0....I

Ol

M 5,6.e

.... 5,2I....~ 4,8'g

N,Y.

4,4

M

.e

...., .Ol 7,0

....'....~'g

N.>(

-88_

é o valor da constante de velocidade de pseudo-segunda ordem

A partir do gráfico de perfil de velocidade de reação, construido com

os dados obtidos da maneira citada acima, obteve-se o valor da constante da

(lO)o o (+)k2f = k2 - kSCH+ SCH

lo;

kO2

da reação total;

kSCH+ é a constante catalitica do nucleófilo e

[SCH+) é a concentração do nucleófilo na forma ácida.

Em pH compreendido entre 2,0 e 5,0, os valores das constantes de veloci­

dade de pseudo-segunda ordem (k2) utilizados foram os obtidos nas experiên­

cias em que se determinou a catálise ácida geral pelos ácidos carboxilicos

(i tem 2.4.3.5). Nestas experiências, os valores de k2 obtidos a partir da

equação foram corrigidos da etapa de desidratação pela Equação (8) e coloc.§.

dos no gráfico em que se correlacionou constante de velocidade de pseudo-s~

gunda ordem para a formação da carbinolamina (kad ) e concentração do ácido

carboxilico correspondente. A intersecção da reta obtida com o eixo das or­

denadas forneceu a constante de velocidade de pseudo-segunda ordem extrapo-- - o -lada para a concentraçao zero do tampao (k

2ad). Esta constante foi, entao,

transformada em constante de velocidade de pseudo-segunda ordem da reação

total (k~) através da Equação (9).

Na faixa de pH compreendida entre 2,0 e 5,0 foi descontada, ainda, do

valor da constante de velocidade de pseudo-segunda ordem a contribuição da

catálise do nucleófilo, através da equação:

o 'em que: k2

f e o valor da constante de velocidade de pseudo-segunda ordem

da reação total, descontada a contribuição da catálise do nucleófi

Na região de pH comp~endida entre 5,5 e 7,8 trabalhou-se com tampão

diidrogenofosfato/monoidrogenofosfato de potássio (KH2P04/Ktw04) nas pro­

porções de 90'/0, 80'/0, 70'/0, 60'/0, 50'/0, 40'/0, 30'/0, 20'/0, 10'/0 do diidrogenofosfato.

Em cada uma destas experiências utilizaram-se três concentrações do tampão

e concentração fixa de semicarbazida. °valor da constante de velocidade de

pseudo-segunda ordem (k2 ) foi obtido a partir das Equações (1) e (2). °va­

lor de k 2 foi então correlacionado com a respectiva concentração do tampão,

obtendo-se um gráfico linear cuja intersecção com o eixo das ordenadas for­

neceu o valor de k2 extrapolado para a concentração zero de tampão (Tabela

XII).

-89-

Tabela XII - Constantes de velocidade para a reação entre 2-tiofenocarboxal

deído e semicarbazida, na presença de tampão fosfato, em dife­

rentes pH, a 25,0 2C e força iônica igual a 0,50 mol.dm-3

5,57 NaH2P04 90 4,17 X 10-2

5,85 NaH2P04 80 2,02 X 10-2

-26,08 NaH2P04 70 1,03 x 10

6,26 NaH2P04 60 7,38 X 10-3

6,45 NaH2P04 50 4,41 X 10-3

6,74 NaH2P04 40 1,32 X 10-3

7,00 NaH2P04 30 7,15 X 10-4

7,29 NaH2P04 20 2,81 X 10-4

7,80 NaH2P04 10 9,98 X 10-5

k /mol-1 dm3 -12 ..s% ácidoTampão

(Jili/A-)

pH

-90-

reação de formação catalisada da carbinolamina (k1 ), formação não catalisa­

da (Knk4 ) e desidratação da carbinolamina catalisada pelo hidrÔnio (Kacf5)'

°valor de Knk4 foi obtido diretamente do gráfico, sendo 1,2 .10-lmol.-l3 -1 ' - 2 -2.dm.s e o valor de ~ e de KaJ<5,atraves da Equaçao (7), sendo 3,0.10 mol

.dm6 .s-1 e 1,6.104mol-2 .dm6 .s-1 , respectivamente. Para auxiliar na determi­

ção do valor de Kadk5 foi adicionado ao gráfico de perfil de velocidade de

reação um ponto extra (Rosenberg et aL., 1974), determinado a partir de ex-

periência em que se utilizou concentração alta de tampão CH3C()(H/CH3COO-,

conforme Tabela XIII. °cálculo do seu valor foi efetuado através do gráfico

da dupla reciproca,onde se colocou em abscissa o inverso da concentração do

tampão e em ordenada o inverso da diferença entre o valor da constante de

pseudo-segunda ordem e a constante de pseudo-segunda ordem para a concentra­

ção zero do tampão (Figura XVI). °coeficiente linear da reta assim obtido

forneceu o valor da constante de velocidade de pseudo-segunda ordem não mais- - -1 -1 3-1afetada pela concentraçao do tampao (ka:)' que foi de 1,26.10 mol .dm.s •

° ka: pode também ser obtido diretamente do gráfico onde se colocam os

valores das constantes de velocidade de pseudo-segunda ordem (k2) em ordena­

da e os valores da concentração do tampão correspondente em abscissa (Figura

Y0/. °valor da constante de velocidade de pseudo-segunda ordem que não é lTBis

elterada em altas concentrações do tampão, formando um patamar no gráfico.

) -1 -1correspondente ao kcx: (Rosenberg et aLe, 1974 , q',ie foi de 1.25.10 moI .3 -1dm.s .

2.4.3 - Estudo cinético da reação entre semicarbazida e 2-pirrolcarboxaldeído

A reação entre semicarbazida e 2-pirrolcarboxaldeído foi acompanhada ,

espectrofotometricamente, observando-se a formação da semicarbazona corres­

pondente a 310 nrn, da maneira descrita em Métodos de trabalho, item 2.3.2.

A concentração do 2-pirrolcarboxaldeído utilizada nas experiências foi

de 5,94.10-5mol.dm-3 e de semicarbazida, na forma de cloridrato, foi de 5,0.-3 -3 '10 mol . dm , no mínimo. Portanto, trabalhou-se sempre com grande excesso de

nucleófilo.

-91-

- 3NOTA: Os valores constantes da Tabela sao volumes, medidos em dm •

Tabela XIII - Soluções para determinação da constante de pseudo-segunda or­

dem, na reação entre 2-tiofenocarboxaldeído e semicarbazi da em, A -3agua, a 25,0 ºC e força ionica igual a 0,50 mol.dm , em pre-

sença de tampão CH3

CCXli/CH3

COO- em concentração alta.

SC.HCI H2

0

-30,05 mol.dm

EDTA

-2 -31,10 mol.dm

KCI

-32,0 mol.dm

Tampão

-30,76 mol.dm

pH

0,92 2,13 0,2 1,2 5,55

1,97 1,71 0,2 1,2 4,92

5,13 2,63 1,45 0,2 1,2 4,52

3,29 1,18 0,2 1,2 4,13

3,95 0,92 0,2 1,2 3,73

4,60 0,66 0,2 1,2 3,34

-92-

(. rt -2 -3LCH3CDJH)/10 .nol.dm

Figura XV - Determinação do valor de k ex:' para a reação entre 2-tiofenocarboxal

deido e semicarbazida, em água, a 25,0 ºC, força iônica 0,50 mol.~3

e em presença de alta concentração do tampão CH3

CroI/CH3

COO-.

1,9

1,7

1,5

1,3

r-lI

1,1(/)·M

.e0,9 J·r-l

I...-l I

~ 0,7l·r-l -;IS 0,5j

.>< Q.3j0,1 I i ! I I

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0

1/[s:H3<DJH) /lO-l.rrol-l.cm?

-93-

Detenninação do valor de k para a reação entre 2-tiofenocarbo-ex

xaldeído e semicarbazida, em água, a 25,0 QC, força iônica 0,50-3 _ _mol.dm e em presença de alta concentraçao do tampao CH

3COa-I!

CH3

COO- •

:::~4,0 ,

"( /'--//-

til 3, 5 ...,..."7" ~//

ré 3 O .

~ , ...•.•......•...•

~ 2,5 .r-I .•.•.,

~ .........•..···0

°2 O~ .~ , I ...'IN .

~ I ·····0r-I 1 5l o .

, ~......•.. """

1~0 I I I I ' I I I " I I I , I I , I0 '8 1"0 l' 8 2' O " 2 ~ " 2 8 " 3 2 3"6 4 'O, , , , , , , , ,

Figura XVI -

-94-

- 3NOI'A: Os valores constantes da Tabela sao volumes, medidos em dm •

2.4.3.1 - Determinação da ordem parcial da reação em relação ao 2-pirrolc8!.

boxaldeído

KCl se .HCl H2

0

-3 -32,0 mol.dm 0,1 rnol.dm

EDTA

-2 -31.10 mol.dm

CH3

Ccx:H/CH3Coo­

-30,50 mol.dm

1 1,00 0,20 2,35 0,50 5,95

2 1,00 0,20 2,35 1,00 5,45

3 1,00 0,20 2,35 2,00 4,45

4 1,00 0,20 2,35 3,00 3,45

5 1,00 0,20 2,35 4,00 2,45-

6 1,00 0,20 2,35 5,50 0,95

Prepararam-se os tubos de reação constantes da Tabela XIV e procedeu ­

se analogamente ao descrito no i tem 2.4.2.1, para a determinação da ordem

parcial da reação em relação ao 2-tiofenocarboxaldefdo.

Tabela XIV - Soluções para determinação da ordem parcial da reação entre 2­

pirrolcarboxaldefdo e semicarbazida, em água, a 25,0 ºC, for-~ -3

ça ionica 0,50 rnol.dm e pH = 4,74.

Observou-se que a reação é de primeira ordem em relação ao 2-pirrolcar

boxaldeído, pois se obteve uma reta quando se construiu um gráfico colocan­

do os logaritmos das absorvâncias (A ex: -At ) em função do tempo (t).

'fubo

-95-

Os resultados obtidos estão expressos na Tabela Y:V.

NOTA: (SC) = concentração de semicarbazida na forma de base livre.

k /10-4-101:s s(SC) /10-3mol.dm-3

1 4,62 0,705

2 9,25 1,426

3 18,49 3,050

4 17,74 4,530

5 36,99 6,640

6 50,86 9,090

Tubo

Procedeu-se de maneira análoga à descrita no item 2.4.2.2, em que se de­

terminou a ordem parcial da reação entre semicarbazida e 2-tiofenocarboxal­

deído. Empregaram-se as soluções constantes da Tabela XIV.

2.4.3.2 - Determinação da ordem parcial da reação em relação à semicarbazida

Can esses dados construiu-se o gráfico da Figura Y:VII. verificando-se

que a reação é de primeira ordem em relação à semicarbazida. O coeficiente

angular da reta obtida forneceu o valor da constante de velocidade da rea-- , -1-1

çao de pseudo-segunda ordem, cujo valor, em pH = 4,74, e de 2,068.10 moI

dm3 .s-1 .

Tabela Y:V - Constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem observadas

(k b ) para a reação entre 2-pirrolcarboxalde{do e semicarbaos -, " -3zida, em agua, a 25,0 ºC, força ionica 0,50 mol.dm e pH =4,74.

Figura XVII - Valores das constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem da

reação entre 2-pirrolcarboxaldeído e semicarbazida, em função da

concentração de semicarbazida na forma de base livre, em água, aA -3

25,0 QC, força ionica 0,50 mol.dm e pH =4,74.

0''''-..•.

5,04,03,02,0

(SC)/10-2rrol.dm-3

T

1,0

.••....•....•.•..•..•.

.........c; .

.•.-..•.

-96-

p...-......~...

_.-.//,f ///

.13···....··•·•··•·•··

0-..........•.....

1,0 l0,9 j0,8 ,

I

J0,7 II

0,6

0,5r-lI

rJl 0,4.(V)

Io 0,3r-l"-rJl .

:o 0'2l

o,rr 1

°I

o

-97-

2.4.3.3 - Detenninação da constante de equilíbrio na fonnação da semicarba

zona do 2-pirrolcarboxaldeído

A constante de equilíbrio da reação entre semicarbazida e 2-pirrolc~

boxaldeído foi detenninada da maneira descrita em Métodos de trabalho, í­

tem 2.3.2.3, sendo feitas três experiências.

Na primeira experiência, prepararam-se sete tubos de reação com concen- -3 -2 -3 -traçoes de semicarbazi da variando de 1,0.10 a 4,5.10 mol.dm e em pH =

1,97. °valor obtido para a constante de equilíbrio foi de 1,43.104 mol-l .

àn3 • (Figura XVIII)

Na segunda experiência, prepararam-se 16 tubos de reação com concentra- -5 -3 -3çoes de semicarbazida de 8,0.10 a 2,6.10 mol.dm e em pH =1,95. ° va-

lor obtido para a constante de equilíbrio foi de 1,21.104 mol-l .dm3 •

Na terceira experiência, prepararam-se 9 tubos de reação com concentra- -4 -2 -3 -

çoes de semicarbazida de 1,0.10 a 6,6.10 mol.dm e pH = 1,80. ° valor

obtido para a constante de equilíbrio foi de 1,14.104 mol-1.dm3.(Fi.gJra~)

°valor calculado para a constante de equilíbrio (Kc ) consistiu na mé-A - 4 -1dia dos valores encontrados nas tres detenninaçoes e foi de 1,25.10 moI .

àn3 •

2.4.3.4 - Detenninação da catálise ácida efetuada pelo íon hidrônio

Para detenninar a constante cataútica cb íon hidronio fizeram-se expe­

riências em região de pH compreendida entre 1,0 e 2,0, empregando-se como

catalisador soluções de ácido clorídrico em concentrações que variaram de-1 -2 -31.10 a 1.10 moI. dm .

As constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem (kobs ) obtidas a

partir destas soluções (Tabela XVI) foram transfonnadas em constantes de ve

locidade de pseudo-segunda ordem (k2 ) através da Equação (6).

Os logaritmos das constantes de velocidade de pseudo-segunda ordem fo­

ram então correlacionados com os respectivos valores de pH, obtendo-se una

reta com inclinação igual a tmidade.

Figura XVIII - D8tenninação da oonstante de equilíbrio na reação entre 2-pirro.!.

carboxaldeído e semicarbazida, em água, a 25 9C e força iônica

-30,50 rrol.dm •

-98-

0,9

0,740,70

I0,8

..-_.....•-...•..~..•".-.

D_."··--··'···

..-,---

0,660,62

...•.../ .

D _.' ...""..•..

••-",._0

I

0,7

o.-

):1

..,~....•.

...~.,

0,58

0-----·····-.·.....·

.-'D - -

.•..

J-"'~'

I

0,6

Ar

....

.•..•.....•,

0,54

0 0'-

0 0 '-

c

o --

0,50

.---6····-

o

__o

o ..·····

........................-•...

Ar

o·...••....•~..

O'"...······0

Ü! I

0,4 0,5

0,46

......•......-

pH = 1,80

pH = 1,95

J,3-:--l

O,l~9,42

2,1..,I

11,9-1

~1,1-1

--l

1,5~-'i

L'I1,3--1

I ~:0-H 1,1 1""" ~~ iu ),9-1

d I-<I

2-1 1),7-;---1

J ,5---i

SI,...,!

4,0

3,5

3,0

2,5

L()2,0

Io...-l

"""'U1,5

V:0-r 1,0

!?0,5

° !0,3

-99-

Os resul tados obtidos estão expressos na Tabela XVII.

2.4.3.5 - Determinação da catáJ.ise ácida geral efetuada pelos ácidos carbo­

xilicos/carboxilatos

k /1 -1 3 -1

2 10 moI. dm.sk / - 1obs 10 .s-(SC)/10-5mol.dm-3pH

A constante catali tica do ion hidrÔnio para a formação da carbinolarni­

na foi determinada de acordo com a Equação (7) e foi de 3,5.102 mol-2 .dm6 •-1s

Tabela XVI - Constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem observadas e

pseudo-segunda ordem corrigidas cb contribuição da constante de

equiÜbrio, para a reação entre 2-pirrolcarboxaldeído e semi­

carbazjda, a 25,0 QC e força iônica 0,50 mol.dm-3

1,01 2,12 3,03 3,05

1,20 3,19 2,10 1,86

1,41 5,21 1,70 1,29

1,62 8,42 1,22 0,74

1,85 13,95 1,05 0,48

2,03 20,90 0,91 0,32

Procedeu-se de acordo com o Método de trabalho, item 2.3.2.5 e de mane~

ra semelhante à determinação feita para a reação de semicarbazida e 2-tiofe-.

nocarboxaldeído, item 2.4.2.5.

-100-

Tabela XVII - Constantes de velocidade e constantes catali ticas da reação

entre 2-pirrolcarboxaldeído e semicarbazida, em água, a 25'" -3 - ,QC, em força ionica 0,50 mol.dm , em presença de tampao a-

cido carboxilico/carboxilato.

% ácido Y10-1nol-1.dn3.s-1 ~a::l/10-1nol-1.dn3.s-1 kJtfro1--2dn6.s-1

1,27

1,95

0,54

1,71

5,10

0,49

0,46

0,45

0,75

0,67

1,66

0,71

0,43

0,15

0,080

19,53

9,96

19,47

7,96

1,99

1,56

0,79

0,39

0,14

0,072

18,80

7,50

1,60

18,20

9,40

80

50

20

80

50

20

60

50

60

40

Tampão

(J~H/A-)

CH3COOH

CH3CClCH

CH3COOH

ClCH2CClCH

ClCH2CClCH

ClCH2CClCH

CNCH2CClCH

CNCH2CClCH

HCClCH

HCOOH

pH

2,31

2,48

2,15

2,63

3,37

3,34

3,75

3,97

4,54

4,82

-101-

2.4.3.6 - Determinação da catálise do ion semicarbazinio na formação da car­

binolamina

A determinação da catálise do ion semicarbazinio na reação entre 2-pirro

carboxaldeído e semicarbazida foi feita de maneira semelhante à executada na

reação entre 2-tiofenocarboxaldeído e semicarbazida (item 2.4.2.6). As deter­

minações foram feitas em pH 2,0, 3,00 e 4,00, utilizando-se HCI, tampão CICH2­

COOH/CICH2Coo- e tampão HCClClf/HCoo- , respectivamente, para manter o pH cons--' -3 -2 -3tante. As concentraçoes do nucleofilo variaram de 9,0.10 a 3,0.10 mol.dm,

A

nas experiencias.

As constantes de velocidade de pseudo-segunda ordem para a reação de

formação da carbinolamina foram correlacionadas com as respectivas concen­

trações do ion semicarbazinio (Figura XIX). Em pH = 2,0 não houve catáli­

se por parte do nucleófilo. Em pH = 3,0 e 4,0, entretanto, obtiveram-se ~

tas cujos coeficientes angulares forneceram o valor da constante cataliti­

ca do ion semicarbaz{nio (kSCH+)' que foram , respectivamente, 3,62 e 5,94-2 6 -1moI .dm.s •

,

4,6~o -'-"

'. ,........-..~,

pH = 2,0 '-~. or-i 4,51

'-.

I "-'..[J)· " -,

M

~"-

I '-,

· 4,4 ~-........

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4,0I I ! I I I I I I I I I I I I

0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4

-102-

(sêH) / 10-2 rrol.dm-3

----I4 , 8, 'i..., .......

....•·....·.0.

......._-._- .....

.......-.4,7-

Figura XIX - Determinação da constante catalitica do ion sernicarbazinio na

reação entre 2-pirrolcarboxaldeído e sernicarbazida, em água,A -3a 25,0 QC e força ionica 0,50 mol.dm •

4,00

3,96

~pH = 3,0

3,92

r-iI 3,88[J)· "1

M I

~[..I· 3,84-.4r-1

I Ir-1

3,80jg

r-1I Io lr-i

"'" 3,76~

rg -1N .-.'..!<: 3, 72~ o

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I -

3,6~.-'

1,51,41,31,21,1

(,±._) -2 -3LSUi / 10 rrol. dm

~//,....//..,....,."..-_.•

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S-···/·'-·'--,o'"

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o

1,0

o

.....-_.•.-

0,90,8

-103-

2.4.3.7 - Construção do perfil de velocidade de reação em função do pH

Construiu-se un gráfico em que os valores de pH foram colocados em ab~

cissa e os valores dos logaritmos das constantes de velocidade de pseudo-s~

gunda ordem em ordenada.

Ein pH c::: 2,0, os valores das constantes de velocidade de pseudo-segunda

ordem, utilizados no perfil, foram aqueles obtidos nas experiências em que

se detenninou a catálise do ion hidrÔnio (i tem 2.4.3.4).

Ein pH carrpreendido entre 2,0 e 5,0, os valores das constantes de veloci

dade de pseudo-segunda ordem utilizados foram aqueles obtidos nas experiên­

cias em que se detenninou a catálise ácida geral pelos ácidos carboxilicos

(item 2.4.3.5) e transformados em constante de velocidade de pseudo-segunda- o ' -ordem da reaçao total (k2 ) atraves da Equaçao (9).

Na região de pH carrpreendida entre 5,0 e 7,0 trabalhou-se can tampão

diidrogenofosfato de sódio/monoidrogenofosfato de sódio (NaH2P04/NajiP04)

9CJ>"b, 80%, 7CY"b, 5CY/o e 3CY"b da forma ácida. Ein cada uma destas experiências u­

tilizaram-se de três a cinco concentrações do tampão. °valor da constante

de velocidade de pseudo-segunda ordem (k2), constante da Tabela XVIII, foi

obtido utilizando-se as Equações (1) e (3).

A partir do gráfico do perfil de velocidade de reação em função do pH,

obteve-se o valor da constante da reação de formação catalisada da carbino­

lamina (k1 ), formação não catalisada (Knk4 ) e desidratação da carbinolamina

catalisada pelo ion hidrônio (KaJ<5)' °valor de Knk4 , obtido diretamente do, -3 -1 3 1grafico, foi de 3,6.10 moI .drn .s- e os valores de k1 e K J<5' obtidos

, - 2 2 6 -1 a 3 -2 6atraves da Equaçao (7), foram de 3,5.10 .mol- .dm .s- e 5,8.10 moI .dm.

s-l, respectivamente.

2.4.4 - Estudo cinético da reação entre semicarbazida e N-metil-2-pirrolcar­

boxaldeído

A reação entre semicarbazida e N-metil-2-pirrolcarboxaldeído foi acan­

panhada espectrofotometricamente a 310 nrn, observando-se a formação da semi

carbazona correspondente.

A concentração do N-metil-2-pirrolcarboxaldeído utilizada nas experiên

cias foi de 6,0.10-5 mo~.drn-3 e aresemicarbazida, na forma de cloridrato,

-104-

-3 -3 'foi de 5,0.10 mol.dm , no minimo. Portanto, trabalhou-se sempre com gr~

de excesso de nucleófilo.

5,97 NaH2P0490 2,18 X 10-3

6,31 NaH2P04 80 2,26 X 10-3

6,71 NaH~04 70 1,23 X 10-3

6,93 NaH2P04 50 5,86 X 10-4

7,17 NaH~04 30 4,22 X 10-4

/-1 3-1

k 2 mol .dm.s%ácidotampão

(!-H/A-)

pH

Tabela XVIII - Constantes de velocidade para a reação entre 2-pirrolcarbox~

derdo e semicarbazida, na presença de tampão fosfato, em di­

ferentes regiões de pH, a 25,0 ºC e força iônica 0,50 moI.-3dm •

-105-

- 3NOTA: Os valores constantes da Tabela sao volumes, medidos em dm •

2.4.4.1 - Deteminação da ordem parcial da reação em relação ao N-metil-2­

pirrolcarboxaldeído

KCl SC.HCl H20

-3 -32,0 mol.dm 0,1 mol.dm

EDTA

-2 -31.10 mol.dm

1 1,00 0,20 2,35 0,50 5,95

2 1,00 0,20 2,35 1,00 5,45

3 1,00 0,20 2,35 1,50 4,95

4 1,00 0,20 2,35 3,00 3,45

5 1,00 0,20 2,35 4,00 2,45

6 1,00 0,20 2,35 5,50 0,95

Tubo CH3COOH/CH3COO­

-30,50 mol.dm

Observou-se que a reação é de primeira ordem em relação ao !i-metil-2­

-pirrolcarboxaldeído, pois se obteve una reta quando se construiu un grár!.

co colocando os logaritmos das absorvâncias (A a: - At ) em função do tempo.

Prepararam-se os tubos de reação constantes da Tabela XIX e procedeu­

se analogamente ao descrito no item 2.4.2.1, para a detenninação da ordem

parcial da reação em relação ao 2-tiofenocarboxaldeído.

Tabela XIX - Soluções para detenninação da ordem parcial da reação entre

N-metil-2-pirrolcarboxaldeído e semicarbazida, em água, a 25,0-,. -3ºC, força ionica 0,50 mol.dm e pH = 4,74.

-106_

Os resultados estão expressos na Tabela XX.

2.4.4.2 - Determinação da ordem parcial da reação à semicarbazida

k /10-5 - 1obs s

«) -3 -3LSC /10 mol.dm

1 4,62 6,94

2 9,25 13,13

3 13,87 12,00

4 27,74 39,70

5 36,99 59,38

6 50,86 76,90

Tubo

Procedeu-se de maneira análoga à descrita no item 2.4.2.2, em que se

determinou a ordem parcial da reação entre semicarbazida e 2-:-tiofenocarboxal

deído. EInpregaram-se as soluções constantes da Tabela XIX.

NOTA: (se) = concentração de semicarbazida na forma de base livre

Can esses dados construiu-se o gráfico da Figura X X, verificando-se que

a reação é de primeira ordem em relação à semicarbazida. ° coeficiente angu­

lar da reta obtida forneceu o valor da constante de velocidade da reação de, -2 -1

pseudo-segunda ordem, cujo valor em pH = 4,74, e de 1,01.10 .s

Tabela XX - Constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem observadas

(k b ) para a reação entre N-metil-2-pirrolcarboxaldeído e semi-os -, A -3

carbazida, em agua, a 25,0 ºC, força ionica 0,50 rnol.dn e pH =

4,74.

Figura XX - Valores das constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem

(k b ) da reação entre semicarbazida e N-metil-2-pirrolcarbo-os -

xaldeído em função da concentração de semicarbazida na foma

de base livre, em pH = 4,74.

-107-

.....

5,0!r

4,0I

3,0J

2,0

(se) / 10-2 rrol.dm-3

1,0

/ .....••//

..................d·

fl.•.•.-...0-"""'"

8,0

7,0-

6,0-

5,0-r-ilU)

4,0-~

'or-i

'" 3,0 -

~.!<::

2, O-

1, 0_

OI

O

-108-

2.4.4.3 - Determinação da constante de equiÜbrio na formação da semicarbazo

na do ~-metil-2-pirro1carboxaldeído

A constante de equil1brio da reação entre semicarbazi da e ~-metil-2-pi.!:.

ro1carboxaldeído foi determinada da maneira descri ta em Métodos de Trabalho

(1tem 2.3.2.3), sendo feitas duas determinações.

Na primeira determinação prepararam-se 9 tubos de reação com concentra-- ~ ~ ~çoes de semicarbazida variando de 2,00 .10 a 7,65.10 moI. dm e pH = 1,77.

°valor obtido para a constante de equilibrio foi de 5,60.10-3 mol-1 .dm3

Na segunda determinação prepararam-se 9 tubos de reação com concentra-- -5 -3 -3çoes de semicarbazida variando de 8,0.10 a 2,4.10 mol.dm e pH = 1,96. °

valor obtido para a constante de equil1brio foi de 6,83.103 mol-1 .dm3 .

Na terceira determinação prepararam-se 6 tubos de reação com concentra-- -3 -2 -3çoes de semicarbazida variando de 9,0.10 a 2,4.10 mol.dm e pH = 2,00. O

valor obtido para a constante de equilibrio foi de 5,56.103 mol-1 .dm3 .

°valor calculado para a constante de equi11brio (K ) consistiu na médiac- 3 -1 3dos valores encontrados nas determinaçoes e foi de 5,99.10 moI .dm.

2.4.4.4 - Determinação da catálise ácida efetuada pelo 10n hidrônio

Procedeu-se de maneira semelhante à determinação feita para a reação de

semicarbazida e 2-pirrolcarboxaldeído, item 2.4.3.4.

As constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem (k b ) e pseudo-se­o sgunda ordem (k2 ) obtidas estão expressas na Tabela XXI.

°valor obtido para a constante catalttica foi de 3,50.102 mol-2 .dm6 .s-1

para a formação da carbinolamina.

-109-

Os resul tados obtidos estão na Tabela XXII.

2.4.4.6 - Determinação da catálise do ion semicarbazinio na formação da car

binolamina

/1 -1 3 -1k2 10 moI dm .skObil0-3.S-1(SC) /10-5 mol.dm-3pH

1,02 2,12 4,20 2,22

1,20 3,19 3,54 1,77

1,41 5,21 2,67 1,21

1,61 8,42 2,07 0,82

1,85 13,95 1,67 0,53

2,03 20,90 1,32 0,35

2.4.4.5 - Determinação da catálise ácida geral efetuada pelos tampões ácido

carboxilico/carboxilato

Procedeu-se de acordo com o Método de Trabalho, item 2.3.2.5, e de ma­

neira semelhante a determinação fei ta para a reação entre semicarbazida e

2-tiofenocarboxaldeído, item 2.4.2.5.

Tabela XXI - Constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem e observada

de pseudo-segunda ordem corrigida da constante de equilibrio ,

para a reação entre semicarbazida e N-metil-2-pirrolcarboxal--, A --3

deldo, a 25,0 ºC e força ionica 0,50 mol.dm •

A determinação da catálise do ion semicarbazinio na reação entre semi­

carbazida e N-metil-2-pirrolcarboxaldeído foi feita de maneira semelhante àexecutada na reação entre 2-tiofenocarboxalde{do e semicarbazida (item 2.4.

2.6). As determinações foram feitas em pH 2,00, 3,00 e 4,00, utilizando-se

ácido cloridrico, tampão ácido cloroacético/cloroacetato de sÓdio e tampão

ácido fórmico/formiato re sÓdio , respectivamente, para manter o pH constante.-, -3 -2 -3

As concentraçoes de nucleofilo variaram de 9,0.10 a 10 mol.dm ,nas ex

periências.

-110-

As constantes de velocidade de pseudo-segunda ordem para a reação de

formação da carbinolamina assim obtidas foram correlacionadas com as respe~

tivas concentrações do ion semicarbazinio , verificando-se que não houve ca­

tálise do nucleófilo em nenhuma dessas regiões de pH.

Tabela XXII - Constantes de velocidade e constantes cataliticas da reação e!::

tre semicarbazida e N-metil-2-pirrolcarboxaldeído, em água, a,,- -3 -

25,0 ºC, em força ionica 0,50 mol.dm , em presença de tampao

ácido carboxilico/carboxilato.

-15,12.10-15,21.10

-16,65.10o3,51.10o3,26.10

-11,30.10-26,90.10

o2,42.10-16,90.10-11,20.10

o2,29.10o6,50.10-11,10.10

-11,20.10-26,60.10

80

50

20

60

40

ClCH2COCH

ClCH2COCH

ClCH2COCH

HCOCH

HCOCH

pH Tampão % ácido ynru-1 3-1 ~ -1 3-1 kpJrrnl-2 .dn6.s-l.dri .s rrnl .dri.s(PJ1/A-)

2,35 CNCH2COCH 60 o o o1,49.10 1,58.10 4,14.10

2,47 CNCH2COCH 50 o o o1,15.10 1,22.10 3,12.10

3,80 CH3COCH 80 -2 -2 o5,43.10 6,93.10 2,29.10-2 -2 -14,27 CH3COCH 69 2,26.10 2,34.10 3,15.10-2 -2 -14,56 CH3COCH 50 1,36.10 1,41.10 4,15.10-2 -2 -14,75 CH3COCH 42 1,07.10 1,12.10 2,49.10-3 5,49.10-,3 -15,12 CH3COCH 20 6,53.10 1,36.10-3 -3 -25,55 CH3COCH 12 2,92.10 3,33.10 5,33.10

2,18

2,67

3,41

3,47

3,78

-111-

2.4.4.7 - Construção do perfil de velocidade de reação em função do pH

Construiu-se um gráfico em que os valores de pH foram colocados em ab~

cissa e os valores dos logaritmos das constantes de pseudo-segunda ordem,em

ordenada.

EIn pH<2 ,0, os valores das constantes de velocidade de pseudo-segunda

ordem, utilizados no perfil, foram aqueles obtidos nas experiências em que

EE determinoua catálise do ion hidrÔnio (item 2.4.4.4).

EIn pH compreendido entre 2,0 e 5,0, os valores das constantes de veloc~

dade de pseudo-segunda ordem utilizados foram aqueles obtidos nas experiên­

cias em que se determinou a catálise ácida geral pelos ácidos carboxilicos

(item 2.4.4.5) e transformados em constantes de velocidade de pseudo-segun-- o ' -da ordem da reaçao total (k2) atraves da Equaçao (9).

Na região de pH compreendida entre 5,° e 8,° trà::eJh::u...r com tampão dii

drogenofosfato/monoidrogenofosfato de sÓdio (NaH2P04/Natw04) nas propor­

ções de 9CY,0, 8CY,0, 7CY,0, 5CY,0, 4CY,0, 3CY,0 e 2CY,0 da forma ácida. EIn cada urna des­

tas eXPeriências trabalhou-se com três a cinco concentrações diferentes do

tampão.

Os valores da constante de velocidade de pseudo-segunda ordem (k2), con~

tantes da Tabela xxm), foram obtidas a partir das Equações (1) e (3).

A partir do gráfico do perfil de velocidade de reação em função do pH,

obteve-se o valor da constante de reação de formação catalisada da carbinol~

mina (k1 ), formação não catalisada (Knk4 ) e desidratação da carbinolamina c~

talisada pelo ion hidrônio (KaJ<5). °valor de Knk4 , obtido diretamente do

gráfico, foi de 1,5.10-1 mol-1 .drn3 .s-1 e os valores de k1 e Kadk5 , obtidos a-, - 2 -2 6 -1 3 2 6 1traves da Equaçao (7), foram de 3,5.10 moI drn.s e 6,0.10 mol- .drn .s- ,

respectivamente.

-112-

2.4.5 - Determinação de parâmetros eletrônicos para as moléculas das semicar­

bazonas aromáticas heterociclicas

Tabela XXIII - Constantes de velocidade para a reação entre N-metil-2-pir­

rolcarboxaldeído e semicarbazida, na presença de tampão fo~

fato, em diferentes regiões de pH, a 25,0 ºC e força iônica-3igual a 0,50 mol.dm •

k /mol-1 dm3 -12 ..s%ácido

(PH/A-)

TampãopH

6,01 NaH2P04 90 1,51 X 10-3

6,37 NaH~04 80 9,60 X 10-4

6,53 NaH2P04 70 9,70 X 10-4

7,01 NaH~04 50 5,25 X 10-4

7,26 NaH2P0440 2,99 X 10-4

7,54 NaH2P04 30 1,60 X 10-4

7,64 NaH2P0420 1,12 X 10-4

No presente trabalho, os parâmetros eletrônicos foram determinados em

pregando-se a técnica ômega de cálculo de orbital molecular, a densidade de

carga nos diversos átomos das moléculas das semicarbazonas estudadas, bem

como seus valores de HCMO (Highest CCcupied Molecular Orbital) e LEMO (Lo­

west E1npty Molecular Orbital). Os resul tados obtidos encontra-se nas Tabe­

las XXIV, ~, ~I, ~II.

Tabela XXIV - Valores de densidade de carga livre para algumas semicarbazonas de

aldeidos aromáticos heterociclicos nitrados.

-113-

NH 1,8<13 0,755 1,480 1,799 1,083 0,990 0,948 1,841 0,971 1,269 1,521

10 11 e 1298765

Ataro

4321x

S 1,886 0,757 1,463 1,806 1,062 0,996 0,997 1,609 1,caO 1,271 1,531

12 3O~ n 54 O

;)-N~X~N'N~ 111 10 8 6 I ~H .

° 1,8<13 0,754 1,4:8 1,'i93 1,cel o,~ 0,S37 1,~ 0,9:>3 1,285 1,52)

~ 1,8<13 0,755 1,4:)] 1,8:D 1,083 0,990 0,949 1,923 0,gJ2 1,269 1,522

5NPSC

5NTSC

5NFSC

5NMPSC

Canposto

Tabela XXV - Valores de densidade de carga livre para algumas semicarbazonas de

aldeídos aromáticos heterociclicos.

FSC ° 1,897 0,759 1,466 1,810 1,080 1,004 1,006 1,926 1,000

TSC S 1,897 0,763 1,470 1,816 1,114 1,010 1,065 1,632 1,061

PSC NH 1,897 0,760 1,467 1,812 1,091 1,007 1,019 1,939 1,010

5MTSC S 1,898 0,763 1,471 1,816 1,116 1,011 1,066 1,637 1,056

MPSC NCH3 1,897 0,760 1,467 1,812 1,091 1,007 1,020 1,825 1,011

-114-

98765

Ât.aro

432

3

°~;~~9 X 7 6 I 2

8 H

1xCanposto

Tabela XXVI - Valores de densidade de carga livre para algunas semicarbazonas de

aldeidos heterociclicos aromáticos.

N 1,896 0,756 1,463 1,811 1,066 1,000 0,961 1,100 0,996

NH 1,898 0,760 1,468 1,818 1,104 1,006 1,149 1,765 0,968

987654

Âtem:>

321

-115-

H

©t~bYNH2X

X

N 1,896 0,756 1,462 1,808 1,054 0,997 0,966 1,108 0,997

3-QSC

3-ISC

4-QSC

Canposto

-116-

Tabela XXVII - Níveis energéticos do HCMO e do LEMO para algunas sernicarbazonas

de aldeídos aromáticos heterocíclicos.

- 0,135

- 0,199

- 0,135

- 0,448

- 0,099

- 0,533

- 0,461

- 0,533

- 0,394

- 0,498

- 0,498

- 0,489

~O (6)

0,500

0,434

0,485

0,387

0,316

0,296

0,484

0,368

0,505

0,368

0,523

0,107

EBCMO (8)

°"R - CH = N - NH - C - NH2

3-QSC

3-ISC

4-QSC

PSC

Carposto

MTSC

MPSC

5NFSC

5NI'SC

5NPSC

TSC

FSC

5NMPSC

-117-

2.4.6 - Estudo da atividade anttmicrobiana das semicarbazonas

Estudou-se a atividade anttmicrobiana dos seguintes compostos: 5-nitro­

-2-furanocarboxaldeidossemicarbazona (9'FS::) 2-furanocarboxaldeidossemicarb~

zona (FSC) , 5-metil-2-tiofenocarboxaldeidossemicarbazona (MTSC) , 2-tiofeno­

carboxaldeidossemicarbazona (~h ~-metil-2-pirrolcarboxaldeidossemicarbaz~

na (MPSC) , 2-pirrolcarboxaldeidossemicarbazona (PSC), 4-quinolinocarboxalde~

dossemicarbazona (4-QSC), 3-quinolinocarboxaldeidossemicarbazona (3-QSC) e

3-indolcarboxaldeidossemicarbazona (3-ISC). O primeiro já tem sua atividade

conhecida na literatura e foi utilizado como padrão por apresentar estrutura

semelhante à das demais.

2.4.6.1 - Método da diluição seriada em meio liquido

2.4.6.1.1 - Padronização da suspensão microbiana

Os mic rorganisrnos utilizados nos testes foram Escherichia coU UC677

e Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, representando o grupo das bactérias Gnm

negativas; StaphyLococcus aureus ATCC 6538P, representando as bactérias Gr~

positivas; Candida aLbicans ATCC 10231, representando o grupo das leveduras e

AspergiUus niger ATCC 16404, representando o grupo dos bolores.

A partir de culturas estoques desses micro rganismo, , mantidas em refri­

gerador, fez-se repique em estrias, can auxilio da alça de platina, na super­

ficie do meio inclinado de agar caseina soja (TSA), no caso das bactérias, ou

agar Sabouraud dextrosado (SDA) , no caso dos fungos. Incubaram-se as bactéri­

as a 37 ºC por 24 horas e os fungos a 25 ºC por 48 a 72 horas.

Após esse tempo, t:ra'Eferiu-re o cresctmento microbiano da superficie do

meio para um frasco de vidro can tampa de borracha, can auxilio de 9 ml de s~

lução fisiológica esterilizada. No caso da coleta de esporos de bolor, adici~

nou-se ao soro fisiológicopolissorbato 00 a ::% (p/v). Estas suspensões foram

mantidas em refrigerador e usadas durante 14 dias. Após esse tempo eram reno­

vadas.

Para fazer a contagem das células viáveis nas suspensões microbianas f,!

zeram-se diluições seriadas decimais das respectivas suspensões, usando solu­

ção fisiológica como diluente. A diluição foi fei ta .em frascos contendo 9 ml

de solução fisiológica esterilizada, de forma que, quando 1 ml da suspensão

fosse semeada, em pro:fundidade, em cerca de 20 ml de meio de cultura sólido.

-118-

(TSA ou SDA), a 45 ºC, em placa de Petri can 10 cm de diâmetro, o nl:mero de

colônias estivesse entre 30 a 500.

Periodicamente, as placas eram submetidas à contagem das colônias e a

média deste número, correspondente a una determinada diluição, servia para

determinar a carga de células viáveis na suspensão original do germe.

2.4.6.1.2 - Determinação da concentração inibitória minima (MIC) dos solven

tes

Nos testes previos de solubilidade das semicarbazonas, verificou-se que

dimetilformamida e dimetilsulfóxido foram os solventes mais adequados e mais

canpativeis can os ensaios microbiológicos. Determinou-se, então, a concen­

tração inibitória minima (MIC) destes e de outros solventes, seguindo a mes­

ma técnica descri ta no i tem 2.4.6.1.3, variando-se a concentração dos mesmos

de 1 a 2CY/o (v/v), em solução fisiológica.

Os resultados obtidos encontram-se na Tabela xxvm.

Tabela XXVTII- Concentração inibitória minima (MIC), para alglIDS solventes ,

pelo método da diluição seriada em meio liquido.

MIC em % (v/v)

Solvente

E. eoLi S. aureus P. aeruginosa C. aLbieans A. nigBr

Acetona 7,5 <5 <5

Etanol <5 <5 <5

Dimetilformamida 5 1,25 s.1,8

Dimetilsulfóxido >10 >10 10 10 10

Propilenoglicol 10 10 10 10 10

Dimeti1sulfóxido/

propilenoglicol 10 10 10 10 10

-119-

2.4.6.1.3 - Determinação da concentração inibitória minima (MIC) das semi­

carbazonas variando a concentração do solvente

Dissolveram--se 10 ou 20 mg da semicarbazona em 2 a 4 ml de dimetilsul­

fóxido, dependendo da solubilidade da substância, e o volume foi completado

para 10 ml com solução fisiológica. A partir destas soluções efetuaram--se

diluições seriadas em dobro, empregando-se solução fisiológica estéril como

diluente, de modo que as concentrações finais dos compostos situaram--se en­

tre 125 e 500 ]Jg/ml e as concentrações finais de dimetilsulfóxido foram 1~,

5% e 2,5%.

Paralelamente, prepararam--se os inoculos de acordo com a carga microb~

ana viável da suspensão concentrada de cada espécie cE microrgni.sTo determi­

nada previamente (item 2.4.6.1.1) e efetuaram--se diluições em soro fisioló­

gico até ajustar o número de colônias para aproximadamente 0,5.105~mi.

Inoculou-se a suspensão diluida de núcrorganismo na razão de 1%

(v/v) em meio de cultura liquido, caldo para dosagem de antibióticos nº 3

(AM3 ) , no caso das bactérias, e caldo caseina-soja (TSB) , no caso das leve­

duras e bolores, previamente preparados e esterilizados.

Transferiu-se aliquota de 2 ml de cada uma das diluições das amostras

para quantidade suficiente de tubos de ensaio, previamente esterilizados por

calor seco. Ad icionaram-se 2 ml do meio de cultura inoculado, homogenizou-se

e incubou-se a 37 ºC por 24 horas, para as bactérias e a 25ºC por 48 horas, pa­

ra os fungos.

Após esse tempo, agitaram-se os tubos e observou-se microscopicamente o

crescimento ou inibição de crescimento de microrganismos nos tubos. Conside­

rou-se como concentração inibitória minima (MIC) a menor concentração do com

posto capaz de impedir completamente o crescimento de microrganismos.

Os resul tados encontram-se na Tabela XXIX

-120-

TabelaXXIX - Concentração inibitória minima (MIC) , para algumas semicarbaz~

nas de aldeidos aranáticos heterodclicos, pelo método da di­

luição seriada em meio liquido.

MIC (~g/ml)

Os resul tados foram iguais aos do teste anterior e estão expressos na

Tabela XXlX.

2.4.6.1.4 - Determinação da concentração inibitória minima das semicarbazo­

nas mantendo constante a concentração do solvente

Para cada semicarbazona estudada prepararam-se, separadamente, soluções

de concentrações diferentes, solubilizando em 2 ml de dimetilsulfóxido e cem­

pletando o volume para 10 ml cem soro fisiológico.

rt»)A. niger

(b) (b)C. aLbicans

~E. coLi S. aureus

(a) Teste efetuado com dirnetilsulfóxido a 1CP;&;

(b) Teste efetuado com dimetilsulfóxido a 5%.

O procedimento deste teste foi semelhante ao anterior (item 2.4.6.1.3),

no que diz respeito à concentração final da amostra, inoculo, meio de cultu­

m, incubação e leitura. A diferençá residiu apenas na. concentração final de

dimetilsulfóxido, que foi constante para todos os tubos de un mesmo microrga­

nismo. No teste com E. coLi e S. aureus, a concentração final de dimetilsulfó

xido foi re lC%,ao passo que nos testes cem C. aLbicans, foi de 5%, em virtude

da maior sensibilidade deste microrganismo.

Canposto

5NFSC 5,0 1,25 100 100 400

FSC > 500 > 500 > 250 > 500 > 500

5MTSC > 500 > 500 > 250 > 250 250

TSC 500 500 250 > 125 > 250

MPSC 452 452 226 > 250 > 250

PSC 452 452 226 > 125 > 250

4-QSC > 250 > 250 125 > 125 > 250

3-QSC > 250 > 250 > 125 > 125 > 250

3-ISC > 500 500 250 > 500 > 500

-121-

2.4.6.2 - Método da difusão em meio sólido

Prepararam-se soluções com concentrações crescentes de semicarbazona,

variando de 1.000 a 10.000 lJg/ml, usando dimetilsulfóxido puro ou em mistu

ra 1:1 com etanol.

EInbeberam-se discos de papel de filtro, usados para dosagem de antibió

ticos por difusão (A.A. Whatrnan l1S:13 mn), nas diferentes soluções prepara­

das, no solvente e no diluente. Posteriormente, eles foram secos em estufa

a 37 ºC, durante 6 horas.

Esterilizou-se o meio sólido para dosagem de antibióticos nº 1 (AM1),no caso de E. (JaZi e S. aU1'eus, e agar Sabouraud dextrosado (SDA), no caso

de C. aLbicans. Resfriou-se a cerca de 45 ºC e inoculou-se na razão de 107

colônias/rnl .

Após solidificação de 20 rnl do meio de cultura em cada placa de Petri

depositaram-se os discos evaporados contendo quantidades diferentes de subs

tâncias, com auxilio de pinça. Alternativamente, fizeram-se testes com dis­

cos Únidos contendo 0,05 a 0,10 rnl de cada solução teste ou dimetilsulfóxi­

do.

As placas foram, então, incubadas a 37 ºC por 24 horas, no caso das bac

térias e a 25 ºC por 48 horas, no caso da C. aLbicans.

Mediu-se o diâmetro do halo de inibição de crescimento em volta de ca­

da disco, considerando-se como MIC a menor concentração capaz de acusar zo­

na de inibição de crescimento.

Os resultados obtidos para os solventes e para as semicarbazonas estão

na Tabela XXX e XXXI.

122-

Tabela XXX - Inibição de crescimento por alguns solventes, pelo método da

difusão em meio sólido

I:l4S0 seco

I:l4S0 úmido + +-I:l4S0/Eta-I seco

IW" úmido - * *soro fisiológico úmido

disco seco

c. aLbicansE. coLi

Microorganismos

s. aureus

DiscoSolvente

NOTA: I:l4S0 = dimetilsulfóxido;

IW" = dimetilformamida;

Eta-I = etanol

+ = inibiu;

= não inibiu+ = inibiu um pouco

* = não foi feito o teste.

-123-

Tabela XXXI - Concentração inibitória mínima, para algumas semicarbazonas

de aldeidos aromáticos heterociclicos, pelo método da difU­

são em meio sólido

NOTA: DMSO = dimetilsulfóxido;

Eta-I = etanol

> L (XX)

> 1.(XX)

> 100

> 2.(XX)

> lO.(XX)

> 2.(XX)

c. aLbicans

MIC (l1g/ml)

100

125

E. coLi

> 1.(XX)

> lo(XX)

>lO.(XX)

> 2.(XX)

s. aureus

úmido 100

seco 125

úmido > lo(XX)

úmido > lO.(XX)

seco > 2 •(XX)

úmido > 1.(XX)

Disco

1X>1S0

DMSO

DMSO

DMSO/Etrn

Solvente

1X>1S0

DMSO/Etrn

Canposto

FSC

3-QSC

4-QSC

5NFSC

(padrão)

-124-

2.4.6.3 - Método da bioautografia

NOTA: (+) = inibição de crescimento;

( -) = crescimento do fungo ao redor da mancha do composto.

+++++

+

Atividade

5NFSCFSC5MTSCTSCMPSCPSC4-QSC3-QSC3-ISC

Composto

Tabela XXYJI - Atividade antifÚIlgica apresentada por algumas semicarbazonas

frente ao CLadospoY'ium sphaeY'ospeY'mum,pelo método da bioauto

grafia.

A suspensão de esporos do fungo foi uniformemente borrifada na placa

cromatográfica anteriormente preparada e esta incubada em atmosfera únida

a 25 ºC por 2 a 3 dias.

Após este temp~ observaram-se as placas. As zonas de inibição de cres­

cimento do fungo ao redor das manchas dos compostos indicaram a presença de

produtos fungitóxicos. Os resultados encontram-se na Tabela XXXII.

Para cada semicarbazona estudada, preparou-se solução com 2 mg de amo~

tra e 1 ml de metanol. Aplicaram-se 25 ~l desta solução em placa cromatogr~

fica de sllica-gel (50 mg/mancha ) e desenvolveu-se o cromatograma em

mistura de clorofórmio-metanol (95:5) por cerca de quarenta minutos. Após

evaporação dos solventes, localizaram-se no ultravioleta as manchas corres­

pondentes aos compostos testados.

°CLadospoY'ium sphaeY'ospeY'771W7I foi retirado de um meio de repique, com

cerca de duas semanas, com auxilio de solução aquosa de 'IWeen 20 a 0,05%. A

suspensão foi então fil trada em gaze, para que contivesse apenas os esporos

do fungo, e adicionada à mistura d.e 10 ml de solução aquosa de

glicose a 30'ib e 60 ml de solução de sais minerais, preparada a par-

tir de 7 g de KH2P04 , 3 g de NajIP04.H20, 4 g de KN03 , 1 g de MgS04.7 H20 e

1 g de NaCI em 1 litro de água.

CAPÍTUID III

3-~ED~

3.1 - PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DAS SEMICARBAZONAS

Prepararam-se nove semicarbazonas derivadas de aldeídos aranáticos he­

terocíclicos, sendo oito já citadas na literatura (5NFSC, FSC, TSC, 5MTSC ,

PSC, 4-QSC e 3-ISC) e uma ainda não citada (3-QSC), conforme Tabela XXXIII.

Para a semicarbazona do 2-tiofenocarboxaldeído são citados quatro pon­

tos· de fusão diferentes. Assim, Grishkevich-Trokhimovskii & Matzurevich, em

1912, obtiveram produto que fundia em 213 ºC, can decanposição, enquanto Hé3!:.

touch, em 1947, encontrou faixa-de fusão 218-219 ºC, Sugasawa & Mizukam, em

1955, encontraram 222-224 ºC e Reichstein, em 1930, 227-228 ºC. O nosso p~

duto fundiu a 220-222 ºC.

Igualmente para a semicarbazona do 3-indolcarboxaldeído três faixas de

fusão são citados. Enquanto para Bulatova & Suvorov, em 1970,' a semicarbaz~

na fundiu entre 225-226 ºC, para Alemany et aL, em 1967, fundiu entre 250­

252 ºC e para Order & Lindwal, em 1945, fundiu entre 265-270 ºC. Em todos os

casos, a· análise elementar confirmou a obtenção do produto. A semicarbazona

preparada por nós fundiu a 266-270 ºc, can decanposição.

Para a semicarbazona do 5-metil-2-tiofenocarboxaldeí'do, King & Nord, em

1948, e Hartouch & Dickert Jr., em 1949, encontraram faixa de fusão 207-208

125

-126-

ºC, com análise elementar confirmando a obtenção do produto. A semicarbazo­

na preparada por nós fundiu entre 193-195 ºC e análise elementar também con

firmou a obtenção do produto.

Nas nossas preparações utilizamos a técnica descri ta por Vogel, em

1978, em que se trabalha a frio, evitando decomposição dos reagentes e pro­

dutos que são sensíveis ao aquecimento e à luz. Os produtos assim obtidos a

presentaram bom grau de pureza e bom rendimento.

A caracterização dos compostos foi feita através de ponto de fusão, a­

nálise espectroscópica e análise elementar, no caso de compostos novos.

Os espectros de absorção na região do infravermelho estão expressos nas

Figuras XXIa a XXIXa; os espectros de absorção na região do ultravioleta, nas

Figuras XXIb a XXIXb; os espectros de ressonância magnética protônica, nas F1,

guras XXIc a XXIXc e XXId a XXIXd e os espectros de ressonância magnética nu­

clear de 13C, nas Figuras XXIe a XXIXe.

Os espectros foram interpretados de acordo com literatura adequada (Bella

my, 1975; Clerk et aL~, 1975; NakaniSh, 1962; Pretsch et aL., 1985; Silverstein,

1981). Observou-se que os compostos apresentaram as bandas caracteristicas re­

ferentes a sua estrutura.

O reSUl. tado da análise elementar de C, H e N, para os compostos novos,

está de acordo com o esperado, conforme mostrado na parte experimental. Os

valores encontrados na análise elementar para a semicarbazona do 3-indolcar

boxaldeído divergiram daqueles calculados, mesmo após exaustiva recristali­

zação dos reagentes e posteriormente do produto. Observação do espectro de

13C deste composto aponta um pico extra em 185,4 ppm, que indica a presença

de pequena quantidade do 3-indolcarboxaldeído,·que, segundo Burton, em 1986,

indi ca absorção do carbono do grupo aldeído nesta região.

Etat

Etat

248-250

266-270

82,70

48,603-ISC

-127-

Tabela~- Semicarbazonas derivadas de aldeidos aromáticos heterocicli-

cos preparados neste trabalho.

°R-CH = N-NH1-NH2

Composto R Rendimento Faixa de Solvente de

% fusão (ºC) purificação

5NFSC o~ 80,95 236-240 Etat

FSC

~83,20 191-192 H20

5MTSC HC~ 69,26 193-195 Etat

3

TSC ~ 90,46 220-222 Etat

S

MPSC ~ 80,00 203-205 Etatt;J .

H

PSC ~ 84,50 182-183 H20

013

4-QSC ~À 79,00 244-245 EtCH

3-QSC

Figura XXla - Espectro na região do infravermelho da 5-nitro-2-furanocarboxaldel

dossemicarbazona (em KBr).

Figura XXlb :- Espectro na região do ultravioleta da 5-nitro-2-furanocarboxal­

deidossemicarbazona (em L"trn).

600

-128-

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Espectro de ressonância magnética protônica da 5-nitro-2-furano­

carboxaldeidossemicarbazona (60 MHz,DMSQ-dG).

Espectro de ressonância magnética protônica da 5-nitro-2-furano­

carboxaldeidossemicarbazona após adição de D20 na solução em DMS~

-d6 (60 MHz).

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(em InSo-d6

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Figura XXIe - Esoectro de ressonância magnética nuclear de BC da S-nitro-2-furanocarooxaldeidossernicarbazona

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232.0 274.0 316.0Smoothing [no] pts.

SOURCE 16: 13Vis/UV 06107/87

AB50. 0100

0. 000 I I I I I I 1 .....=+ ' ' ! i

190

À

400.0

600 nm/min

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Figura XXIIa - Espectro na região do infravermelho da 2-furanocarboxaldeidossem~

carbazona (em KBr) •

Figura XXlIb - Espectro na região do ultravioleta do 2-furanocarboxaldeidosse­

mecarbazona (em EtCH).

-132-

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Figura XXIIc - Espectro de ressonância magnética protônica do 2-furanocarboxal­

deidossemicarbazona (60 MHz, DMSQ-<%).

Figura XXlld - Espectro de ressonância magnética protônica do 2-furanocarboxal­

deidossemicarbaz<na após adição de D20 na solução em DMSQ-d6(60 MHz).

Figura XXIIe - Espectro de ressonância magnética nuclear d~ BC da 2-furanocarboxaldeidossemicarbazona

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I I I I I 1_

Figura XXIIla - Espectro na região do infravermelho da 5-rnetil-2-tiofenocarboxal

deidossemicaroazona (em KBr) •

-134-

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deidossemicarbazona (em Eta-I).

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Figura XXIVa - Espectro na região do infravermelho da 2-tiofenocarboxaldeidoss~

micarbazona (em KBr).

Figura XXIVb - Espectro na região do ultravioleta da 2-tiofenocarboxaldeidos­

semicarbazona (em Eta-I) •

Figura XXIVe - Espectro de ressonância magnética nuclear de BC da 2-tiofenocarboxaldeidossemicarbazona

( em J:MSo-d6

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deidossemicarbazona (em KBr) •

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,.S

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0.000! I I I I I I I I i"> I

190 222. 0. 254. 0 286. 0Smoothing [no] pts.

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Figura XXVb - Espectro na região do ultravioleta do N-metil-2-pirrolcarboxal­

deidossemicarbazona (60 MHz, DMSo-d6 ).

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Espectro de ressonância magnética protônica

boxaldeidossemicarbazona (50 MHz, DMSO-d5 ).

Espectro de ressonância magnética protônica do N-metil-2-pirrolcar­

boxaldeidossemicarbazona após adição de D20 na solução em DMSO-d5

(50 MHz).

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micarbazona (em KBr).

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190 222.0 254.0 286.0 318.0 350600 nm/min Smoothing [no] pts.-------------- TRACE

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2.000

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Figura XXVIb - Espectro na região doultravileta da 2-pirrolcarboxaldeidosse­

micarbazona (em EtCH).

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Espectro de ressonância magnética protônica da 2-pirrolcarboxal­

deidossemicarbazona após adição de D20 na solução em ~o-d6

(60 MHz).

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Figura XXVlc - Espectro de ressonância magnética protônica da 2-pirrolcarboxal­

deidossemicarbazona (60 MHz, DMSO-d6).

Figura XXVIe - Espectro de ressonância magnética nuclear de BC da 2-pirrolcarboxaldeidossemicarbazona

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SOURCE 17: 13Vis/UV 06107/87

3.5

AB50. 0128

0.000 I I I I I I I I I -- I

190

30

600 nm/min

À

400.0

232.0 274.0 316.0Smootning [no] pts.

--------------- TRACE---CELL TEMP À ABS2 - 25.0295.00 0.2108

0. 700 I I I I I I I i I I I I 0.0

(k10

Displa~ Mede[Single ) ~ I \ 1 0, 5508

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I~

Peak Abs":J?7 C0 0 ';)77

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202.0a 0.566I \ /' \ I

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FREQUENCY (CM').cOOO 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 l.cOO 1200 tOOO

Figura XXVIIa - Espectro na região do infravermelho do 4-quinolinocarboxaldei­

dossemicarbazona (em KBr).

Figura XXVIIb - Espectro na região do ultravioleta do 4-quinolinocarboxaldei­

dossemicarbazona (em Etrn).

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Figura XXVllla - Espectro na região do infravermelho da 3-quinolinocarboxal­

deidossemicarbazona (em KBr).

Figura XXVIlIb - Espectro na região do ultravioleta da 3-quinolinocarboxaldei­

dossernicarbazona (em Eta-I).

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Espectro de ressonância magnética protônica da 3-quinolinocar­

boxaldeidossemicarbazona (60 MHz, IMSo-d6 ).

Espectro de ressonância magnética protônica da 3-quinolinocé1!:.

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CELL TEt'1P À ABSI 25.1270.00 a5207

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Figura XXIXa - Espectro na região do infravermelho da 3-indolcarboxaldeidosse­

micarbazona (em KBr) .

Figura XXIXb - Espectro na região do ultravioleta da 3-indolcarboxaldeidossemi

carbazona (em Eta-I).

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deidossemicarbazona (60 MHz, DMS0-d6

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Figura XXIXd Espectro de ressonância magnética protônica da 3-indolcarboxal­

deidossemicarbazona apÓs adição de D20 na solução em DMS0-d6(6CMHz) •

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-155-

3.2 - ESTUDO CINÉTICO

A reação de nucleófilos nitrogenados ano semicarbazida, fenilidrazina

e hidroxilamina com compostos carbonilicos foi muito estudada nos Últimos

anos, como já foi comentado na introdução.

No presente trabalho, retomou-se o estudo da cinética e mecanismo de

formação de algumas semicarbazonas derivadas de aldeidos aranáticos hete~

ciclicos. Os aldeidos escolhidos para estudo cinético foram o 2-tiofenocar

boxaldeído, 2-pirrolcarboxaldeído e ~-metil-2-pirrolcarboxaldeído.

As experiências foram feitas nas condições já descri tas na literatura,, - .....-3

isto e, soluça0 aquosa, 2:1,0 ºC, força ionica 0,50 mol.drn e ~m presença

de 2.10-4 mol.drn-3 de EDTA, com o objetivo de posterior estudo comparativo.

3.2.1 - Ordem parcial da reação em relação ao composto carbonilico e em re­

lação ao nucleófilo

Nas reações de semicarbazida com 2-tiofenocarboxaldeído, 2-pirrolcarbo

xaldeído e ~-metil-2-pirrolcarboxaldeído, quando se colocaram os logaritmos

das diferenças de absorvâ71cia log (Ao. -At ) em ftmção do tempo , obtiveram-se

retas decrescentes (FiguraVI), mostrando que as reações são de primeira or­

dem em relação a estes aldei dos .

Os valores das constantes de velocidade observadas, calo.lla:í:s ~a partir

do coeficiente angular da reta obtida pela procedência citada acima, foram

correlacionados camas respectivas concentrações de semicarbazida e obtive­

ram-se retas ascendentes, mostrando que as reações são de primeira ordem em

relação à semicarbazida (Figuras Vil, :xvn e XJX).

3.2.2 - Constante de equiÜbrio da reação de formação das semicarbazonas

Na determinação da ordem parcial da reação em relação à semicarbazida,

verificou-se que as absorvâncias nos tempos infinitos (Aa, ) aumentavam em

ftmção da concentração deste reagente nucleofÜico. Essa obsevaçãosugeria

que a reação não se completava nas condições experimentais empregadas, ati~

gindo um equiÜbrio quimico. Essa observação foi confirmada pelo fato de o

gráfico de kobs em ftmção de semicarbazida como base livre não interceptar

a origem.

-156-

Determinou-se, então, experimentalmente o valor da constante de equili

brio para a reaçãode formação da semicarbazona.

Na reaçao entre semicarbazida e 2-tiofenocarboxaldeído observ,ou-se e­

quiÜbrio em pH<1,6. A constante de equiÜbrio foi, então, estimada a par­

tir do ponto de ordenada nula nos gráficos em que se correlacionava const~

te de velocidade observada com semicarbazi da na forma de base livre, cons­

truidos para várias regiões de pH,>1,6. (Tabela XXXIV).

Na reação entre semicarbazida e 2-pirrolcarboxaldeído e ~-metil-2- pir

rolcarboxaldeido observou-se equiÜbrio também em regiões de pH> 2, 0, quan­

do se trabalhou com tampões ácido carboxílico/carboxilato. A constante de

equilíbrio dessas reações foi determinada da maneira descri ta nos i tens

2.4.3.3 e 2.4.4.3 da parte experimental. Para cada um dos aldeídos fizeram­

se várias experiências em diferentes regiões de pH. (Tabela XXXIV)

Os valores das constantes de equilíbrio na formação da carbinolamina

nas regiões estudadas (Tabela)OO(IV são compativeis com a reatividade dos

compostos carbonílicos, estando na seguinte ordem: 2-tiofenocarboxaldeIdo

> 2-pirrolcarboxalde:í:dQ> ~-metil-2-pirrolcarboxaldeído.Quanto maior o va­

lor da constante de equilíbrio mais estável é a semicarbazona formada.

3.2.3 - Perfil de velocidade de reação em função do pH

°perfil de velocidade de reação em função do pH, para a reação de

semicarbazida e 2-tiofenocarboxalde:í:do, foi traçado numa faixa de pH entre

0,2) e 8,0, Erq.1Ento q.E para a reação de semicarbazi da e 2-pirrolcarboxaldeí­

do e ~-metil-2-pirrolcarboxaldeído foram traçados numa faixa de pH entre

1,0 e 8,0. Os gráficos para estes últimos aldeídos não foram estendidos P~

ra a região de H ,pois a reação atingiu rapidamente o equilíbrio e não seo

obtiveram dados suficientes e confiáveis para o cálculo da constante de ve-

locidade de pseudo-segunda ordem.

Os valores das constantes de velocidade de pseudo-segunda ordem estão

nas Tabelas xnY, XXXVI e XX>MI e os gráfiCOS, nas Figuras XXX, XXXI e XXXII.

Os gráficos de perfil de velocidade de reação em função do pH apresen­

taram apenas uma inflexão em pH prÓximo a 5,O. Dn pH próximo ai,0, não se

observou inflexão, como já era esperado.

-157-

Tabela XXXIV-Constantes de equilíbrio para a formação da carbinolamina (K )c

a partir de semicarbazi da e alguns aldeídos heterocíclicos aro" A -3maticos, em agua, a 25,0 QC e força ionica 0,50 mol.dm

Composto carbonílico

2-tiofenocarboxal­

deído

2-pirrolcarboxal­

deído

N-metilpirrolcarbo­

xaldeído

pH

-0,20

-0,03

0,20

0,55

1,20

1,40

1,60

1,80

1,95

1,97

1,77

1,96

2,00

KC

/rnol-1 .dm3

51,49.1051,46.1051,39.1051,59.1051,18.1051,54.1052,00.10

41,14.1041,21.1041,43.10

35,60.1036,83.1035,56.10

, -1 3K medio/mol .dmc

51,49.10

41,25.10

35,94.10

-158-

(a) = Valores correspondentes a H (Paul & Long, 1957)

°

Tabela YXIN - Constantes de velocidade de pseudo-segtmda ordem corrigidas,

para a reação entre 2-tiofenocarboxaldefdo e semicarbazi da ,• ft ~

em agua, a 25,0 ºC e força ionica 0,50 mol.dm

0/ -1 3-1k2

moI .dm.spH

0,20 (a)2

1,37.10

0,55 (a) 27.17.10

1,00 (a) 13,06.10

1,20 12,06.10

1,40 11,19.10

1,60 7,56.10°

1,81 4,77.10°

1,97 3,42.10°

2,04 2,70.10°

2,13 2,24.10°

2,34 1,41.10°

2,61 8,37.10-1

2,90 4,23.10-1

2,93 4,09.10-1

3,20 2,46.10-1

3,50 1,76.10-1

3,92 1,40.10-1

4,10 1,19.10-1

4,51 9,62.10-2

5,13 7,14.10-2

5,57· 4,17.10-2

5,85 2,25.10-2

6,08 1,15.10-2

6,26 9,00.10-3

6,45 5,60.10-3

6,74 2,70.10-3

7,00 1,60.10-3

7,29 8,00.10-4

7,80 2,65.10-4

-159-

Figura XXX - LogariUno das constantes de velocidade de reação de pseudo-segunda

ordem em função do pH, para a reação entre semicarbazida e 2-tiofeA -3

nocarboxalde:ído, a 25,0 ºC. e força ionica 0,5 mol.dm •

87654

pH

321o

2

1

-4

o

MI

ti).-113

Kn

k4~.

'M

IM

~.......... -2

N~

SI

KaJ<5M

I-3

-160-

Tabela XXXVI - Constantes de velocidade de pseudo-segunda ordem corrigidas ,

para a reação entre 2-pirrolcarboxaldeído e semicarbazida, em, A -3agua, a 25,0 ºC e força ionica 0,50 mol.drn

pH ° -1 3-1k/mol •drn •s

1,01 13,05.10

1,02 12,75.10

1,18 11,93.10

1,20 11,86.10

1,39 11,48.10

1,41 11,29.10

1,60 9,20.10°

1,62 7,44.10°

1,81 5,46.10°

1,85 4,78.10°

1,98 4,00.10°

2,02 3,16.10°

2,15 1,87.10°

2,31 1,82.10°

2,48 9,47.10-1

2,63 7,52.10-1

3,00 3,15.10-1

3,34 1,56.10-1

3,37 1,84.10-1

3,75 6,60.10-2

3,97 4,04.10-2

4,54 i ,43.10-2

4,82 7,31.10-3

5,00 5,12.10-3

5,07 4,12.10-3

5,52 2,45.10-3

5,97 2,40.10-3

6,31 2,26.10-3

6,71 1,23.10-3

6,93 -45,80.10

7,17 4,22.10-4

-161-

7654

pH

321

1

o

-4

Figura XXXI - LogariUno das constantes de velocidade de reação de pseudo­

segLmda ordem em função do pH, para a reação entre semicar­

bazida e 2-pirrolcarboxaldeído, a 25,0 QC e força iônica 0,5-3mol.àn •

r-!lU)

-1.').r-!

Ir-!

g

"N -2~

~

Kn

k4

r-!

II

-3

-162-

Tabela XXXVII - Constantes de velocidade de pseudo-segunda ordem corrigidas,

para a reação entre ~-metil-2-pirrolcarboxaldeídoe semicar-• A ~

bazida, em agua, a 25,0 ºC e força ionica 0,50 mol.dm •

pH

1,02

1,19

1,20

1,41

1,62

1,85

2,00

2,03

2,18

2,35

2,47

2,67

3,00

3,41

3,47

3,78

3,80

4,00

4,27

4,56

4,75

5,12

5,55

6,10

6,37

6,53

6,60

7,01

7,26

7,54

7,64

0/ -1 3-1k 2 moI .dm.s

2,22.101

2,15.101

1,77.101

1,21.101

8,19.10°

5,32.10°

4,56.10°

3,50.10°

2,28.10°

1,49.10°

1,15.10°

6,54.10-1

3,52.10-1

1,12.10-1

1,20.10-1

6,48.10-2

6,46.10-2

4,85.10-2

2,25.10-2

1,30.10-2

1,01.10-2

4,91.10-3

2,78.10-3

1,51.10-3

1,12.10-3

9,70.10-4

9,70.10-4

5,25.10-4

2,99.10-4

1,60.10-4

1,12.10-4

-163-

7654

pH

32-1

1

0-

-4

r-lI -1Ul.

l"')

.a.r-lIr-l

~ -2 ,.......... ~.J

N ,,,.!( ,8' '~\

\->tr-l ,-3 ,

-- . ,,,

Figura XXXII - Logaritrno das constantes de velocidade de reação de pseudo­

segunda ordem em função do pH, para a reação entre semicar­

bazida e N-metil-2-pirrolcarboxaldeído, a 25,0 ºC e forçaA - -3

ionica 0,5 moI. dm

-164-

Tem-se, então, que a formação das semicarbazonas estudadas se processa

em duas etapas: a formação da carbinolamina intermediária e a desidratação

desta para dar o produto.

EIn meio reacional ácidq. a etapa determinante da velocidade de reação é

a formação da carbinolamina, que apresenta catálise ácida pelo íon hidrÔnio

e pelos ácidos carboxílicos utilizados nos tampões.

EIn pH levemente ácido, neutro e básico a etapa determinante da veloci­

dade de reação passa a ser etapa de desidratação da carbinolamina, que é ca

talisada pelo íon hidrÔnio , mas não de modo significativo pelos tampões.

A inflexão observada em pH prÓximo a 5, O é também observada por outros

pesquisadores nas reações de formação de semicarbazona (Cordes & Jencks,

1962), fenilidrazona (Amaral & Bastos, 1971; Amaral et aL. ,1966; Okano et

al.., 1980), tiossemicarbazona (Sayer & Jencks, 1969) e outras iminas. Refle

te lTRldança de etapa determinante da velocidade da reação, passando da forma

ção não catalisada da carbinolamina para a etapa de desidratação, catalisa­

da pelo íon hidrÔnio, à medida que se aumenta o pH.

A lTRldança da etapa determinante da velocidade de reação também foi ob­

servada, na reação entre semicarbazida e 2-tiofenocarboxaldefdo, quando se

trabalhou can altas concentrações de tampão e verificou-se que os valores

das constantes de velocidade de pseudo-segunda ordem não mais se alteravam,

tendendo a um valor limite. Essa observação é cOI'TqJrovação cE q..:e em al tas co~

centrações do catalisador a reação se processa por uma etapa que não é mais

catalisada pelos ácidos carboxÜicos do tampão. A constante de velocidade

limite assim determinada, em pH = 5,13, foi de 1,25.10-1 mol-1 .dm3 .s-1 e e~

tá bem ajustada ao valor calculado pela etapa de desidratação, a partir das

constantes de velocidade observadas em pH maiores.

A ausência de inflexão em pH prÓximo a 1,O sugere ausência de um in­

tennediário T: estável e que o mecani3TlO preferido seja o ~concomi tante"', em

que o ataque do nucleófilo ao canposto carbonÜico e a transferência do p~

ton ocorrem ao mesmo tempo.

As reações entre semicarbazida e aldeídos aranáticos heterocíclicos s~

guem, portanto, o mecanismo ·concanitante", proposto por Sayer para aminas de

·basicidade intennediária. e aldeídos pouco reativos. A semicarbazida apresenA -3 ' - -ta pH = 3,65, em força ionica 0,50 mol. dm ,e os aldeidos estudados nao a-

presentam substituintes que os tornem extremamente reativos.

-165-

As constantes cineticas obtidas a partir dos gráficos de perfil de ve

locidade de reação do pH, para a reação de formação catalisada (k1

), form~

ção não catalisada (Knk4 ) e desidratação da carbinolamina (Kacf5)' estão

expressas na Tabela XXXVIII.

Tabela)OO{Vill - Constantes cinéticas obtidas na reação entre semicarbazi da e

alguns aldeídos aromático heterocíclicos, a 25,0 ºC e forçaA -3

ionica 0,50 mol.dm

2-tiofenocarbo 2-pirrolcarbo N-metil-2--xalde1do xaldeído pirrolcar-

boxalde{do

-2 6-1 2 2 2k1 , moI .dm.s 3,0.10 3,5.10 3,5.10

-1 3-1 -1 -3 -3Knk4 , moI .dm.s 1,2.10 3,6.10 1,5.10

-2 6 -1 4 3 3Kacf5' moI dm.s 1,6.10 5,8.10 6,0.10

3.2.4 - Catálise ácida efetuada pelo íon hidrÔnio na formação das semicarba-

zonas

Através dos perfis de velocidade de reação em função do pH foram deter­

minadas as constantes catalíticas do íon hidrÔnio (~), conforme descrito na

parte experimental (ítens 2.4.2.4, 2.4.3.4 e 2.4.4.4). Os valores obtidos

encontram-se na Tabela XXXIX. A proximidade dos valores para os três aldeidos

estudados sugere que a reatividade destes em relação à semicarbazida é muito

semelhante e que a etapa predominante da velocidade de reação até pH prÓximo

a 3,0 é a formação da carbinolamina, suscetivel à catálise ácida pelo ion hi

drÔnio.

3.2.5 - Catálise ácida geral na formação da carbino1amina da semicarbazida

com aldeidos aromáticos heterociclicos

Verificou-se que os valores das constantes da reação de pseudo-segunda

ordem (k2 ) aumentaram em proporção direta às concentrações dos ácidos carbo

xilicos (Figuras X" XI, XII e XIII).

No estudo da etapa de formação da carbinolamina derivada de semicarba­

zida e aldeidos aranáticos heterociclicos, empregaram-se tampões ácido car­

boxilico/carboxilato como catalisadores, com o intuito de verificar a exis­

tência de catálise ácida geral e a sensibilidade da reação a este tipo de

catálise.

-166-

semicar,

em agua,

23,50.10

23,00.1023,50.10

k-!mol-2 dm6 -1-H ..8

2-tiofenocarboxalde{do

2-pirrolcarboxaldeído

~-metil-2-pirrolcarbo-

xaldeído

Aldeido

Tabela X»::IX - Constantes cataÜticas do ion hidronio nas reações de

bazida com alguns aldeidos aromáticos heterociclicos,A -3

a 25,0 QC e força ionica 0,50 mol.dm

Os valores médios das constantes cataliticas da reação de formação da

carbinolamina catalisada pelos ácidos carboxilicos, bem como seus valores

de pK " encontram-se na Tabela XL. Os valores de pK ',utilizados paraa . acálculo das concentrações da forma ácida do tampão, foram corrigidos segun-

do Perrin . A correção foi fei ta de acordo com a equação pKa ' = pKa- corre­

ção, em que a correção é 0,159 para força iônica 0,50 mol.dm-3 (Perrin,1974).

-167-

Em reg-j oes de pH em que a etapa de formação da carbinolamina predomina

como etapa determinante de velocidade de reação, verificou-se catálise á­

cida geral pelos ácidos carboxílicos utilizados nos tampões. Entretanto, em

regiões em que a etapa determinante da velocidade é a desidratação, a cons­

tante de velocidade observada independe da concentração do tampão. Tal ob­

servação foi feita, també!l\ por outros pesquisadores.

Sayer e Jencks, em 196~mostraram a necessidade de corrigir os valores

das constantes de velocidade de pseudo-segtmda ordem da influência da rea­

ção de desidratação da carbinolamina, na região de pH em que a etapa deter­

minante da velocidade da reação é a formação da carbinolamina.

En concentrações elevadas de mui tos tampões usados, a velocidade da

reação de formação da carbinolamina tOITla-se mais rápida, de tal modo que a

desidratação também contribui com a constante de velocidade observada. Como

a etapa de desidratação é catalisada somente pelo íon hidrônio, é necessá­

rio corrigir sua influência, calculando sanente o valor da constante de vel~

cidade para a reação de formação da carbinolamina. Esta correção foi feita

de acordo com a Equação (8), citada em Método de Trabalho.

A importância dessa correção depende principalmente do valor da razão

entre KaJ<5 e ~, constantes de velocidade da reação de terceira ordem para

as reações de desidratação e de formação da carbinolamina, respectivamente,

sob catálise do íon hidrÔnio. Quanto maior for a razão entre essas duas cx:rE

tantes menos importante tOITIa-se essa correção.

NOTA: (a) pK t = pK - 0,159 (Perrin, 1974).a a

Os valores de a encontrados foram 0,080, 0,53 e 0,81, respectivamente,

para a reação entre semicarbazida e 2-tiofenocarboxalde1do, N-metil-2-pirrol

carboxaldefdo e 2-pirrolcarboxaldeído (Figuras XXXIII, XXXIV e XXXV).

3.2.6 - Relações de Bn6nsted na catálise ácida geral da reação de formação

da carbinolamina da semicarbazida cem aldeidos aranáticos heteroci­

clicos

23,50.10

3,63

2,09

0,52

0,23

-pirrolc~

boxaldeído

N-metil-2-

23,50.10

2,18

0,98

0,12

0,033

2-pirrolcar

boxaldeído

kcat/mOl-2.dm6.S-1

23,00.10

12,47.1012,27.1011,73.1011,65.10

2-tiofenocar

boxaldeído

(a)

-168-

-1,74

2,29

2,72

3,59

4,60

pK Ia

Catálise ácida geral da formação da carbinolamina da semicar

bazida e 2-tiofenocarboxaldeido, 2-pirrolcarboxaldefdo e N­

-2-pirrolcarboxaldeído, em água, a 25,0 ºC e força iônica-30,50 mol.dm •

Catalisador

Correlacionando-se os logaritmos das constantes cataliticas da reação

de formação da carbinolamina catalisada pelos ácidos carboxÜicos cem os

respectivos valores de pKa ' (Tabela XL), por meio da equação de Bn6nsted,

determinou-se o valor de a. Este valor fornece informações sobre o grau de

transferência do prÓton no estado de transição ou, da mesma forma, o grau de

estiramento da ligação X-H que está sofrendo ruptura quando a transferência

do prÓton segue a formação de outra ligação covalente. Reflete, pois, a efi­

ciência da catálise.

Tabela XL

H 0+3

CNCH2Coa-I

ClCH2Coa-I

HCoa-I

CH3Coa-I

-169-

1,39 r .-'..

1,35.'-.'.--.

~..-.-~-._. o

\.O

ré 1,31

o

-,-o-.....-...-.......

-·-~-··-~,·· .•.o_.

o··,.,o.•_._~•.

"""""".,

..." .., •.....,.." ..

.-----~-. I-~--.~----..,., ~

1 ' I"0_. II '--.~ I

1,19 l : I i I i I I I I I 12,2 2,6 3,0 3,4 3,8 4,2 4,6

1,27 -

1,23

NIr-ig':-

8..I<::

g

r-lI

ti}

pK 'a

Figura XXXIII - Gráfico de Bn:Snsted para a catálise ácida geral na reação de

fonnação da carbinolamina da semicarbazida can 2-tiofenocar-, '-

boxaldeldo. Os valores das variaveis estao. na Tabela XL.

~

I~ - 0,4

~r€l-l.

I

'I'~ -0,8 ~":w

lú

gU -1,2 ~~ l

11

i-1,6 I !2,62,2

0,4

°~ o

~'-.

.." •.•..•, ..•-....!:'.•,

...~._-.~.

..•...•.•...•.....•.

I

3,0 3;4pK 'a

T

3,8I

4;2

-170-

I~. I

' , ·····,t1

4,6

Figura XXXIV - Gráfico de B~nsted para a catálise ácida geral na reação de

formação da carbinolarnina da semicarbazi da can 2-pirrolcarb~, ,-

xaldeldo. Os valores em variaveis estao na Tabela XL.

-171-

-0,6

-.•.•.•...•............

•..••.......•...•..-..-.•.-o '~~.-.

' ...........•...-........-..

-."." .

......................

""' ,~

.-......--'.,

-".".

...........

.••...."-""

-"-.

············.....0

- - -.....

.•...•.•.....•~..

0,6 I oI

I0,4 ~

I0,2 1

-4I

o

-0,4

r-lI

(J)

NIr-l~ - 0,2

.......

+J

~~

§

1.O,e

2,2 2,6 3,0 3,4 3,8 4,2 4,6

pK 'a

Figura XXXV - Gráfico de B~nsted para a catáJ..ise ácida geral na reação de

fonnação da carbinolamina da semicarbazida can N-metil-2-pi.::.

rolcarboxaldeído. Os valores das variáveis estão na Tabela XL.

-172-

A grande variação nos valores de a não foi, ainda, esclarecida uma vez

que a reatividade dos aldeidos é bastante semelhante. Acredi ta-se apenas

que um valor alto para 2-pirrolcarboxalde{do se deve a uma catálise bifunci

anal exercida pelos ácidos carboxilicos, como mostrado abaixo.

O--cI 11H 9: :.~ fio~ Ic_O

IR

° oxigênio carbonilico do ácido carboxilico atuaria como catalisador, ~

traindo um prÓton do substrato, e o grupo hidroxila, como catalisador ácido,

protonando parcialmente o oxigênio carbonilico do substrato e estabilizando

a carga negativa que se desenvolve durante a reação (Sayer & Colon, 1980).

Hirata, em 1980, também obteve dados semelhantes na reação entre feni­

lidrazina e 2-pirrolcarboxaldeído e tentou elucidar este ponto estudando a

catálise ácida geral efetuada por ácidos que não pudessem atuar como catali+ + -

sadores bifuncionais, como NH3 , C6H5NH2-CH3 e (CH3)3N-CH. Verificou que para

estes ácidos, que têm pKa ' aproximados aos do ácido acético, os valores das

constantes cataliticas são maiores que do ácido acético, confirmando a hip~

tese da catálise bifuncional para o 2-pirrolcarboxaldeído.

3.2.7 - Mecanismo de formação da carbinolamina com catálise ácida geral

Jencks, em 1959, propôs que a reação de reagentes nucleofilicos nitro­

genados e compostos carbonílicos se realizasse em duas etapas, a formação

de una. carbinolamina intermediária, fase lenta da reação em meio ácido, e a

desidratação dessa carbinolamina, fase lenta da reação em meio alcalino ou

neutro.

A mudança da fase da reação, da formação para a desidratação da carbi­

nolamina, acarreta inflexão no perfil de velocidade de reação em função do

p-I. Essa inflexão foi observada em pH prÓximo a 5,°nas reações estudadas ,

isto é, semicarbazida com 2-tiofenocarboxaldeído ,2-pirrolcarboxalde{do e

N-metil-2-pirrolcarboxaldeído.

-173-

Trabalhos de Jencks e diversos outros pesquisadores mostraram que a re~

ção de formação da carbinolamina intermediária é suscetivel à catálise ácida

especifica e geral e que a desidratação da carbinolamina pode ocorrer por

reação catalisada pelo hidrÔnio e sem catálise ácida geral (Jencks, 1964;

Jencks, 1980; Jencks & Gilbert, 1977). As reações estudadas neste trabalho

estão de acordo can esta proposta.

Mais recentemente, em 1974, Sayer et aLo, propuseram que a formação da

carbinolamina pudesse ser efetuada por dois mecanismos diferentes. Num deles,

denaninado "concanitante", a formação da ligação carbono-nitrogênio e proto­

nização do oxigênio carb:::ni1ioo ocorrem simul taneamente. No outro mecanismo ,

denaninado "por etapas", o reagente nucleofÜico reage com o composto

carbonilico sem auxilio de catalisador ácido, dando origem a un 'intermediá­

rio T1Mtteriênioo" (T±.) que, posteriormente, por transferência de prÓtons, se

transforma na carbinolamina, cano é mostrado na Figura XXXVI.

Na reação de semicarbazida can os aldeidos heterociclicos estudados tê!:!!,

se diversas comprovações ce cp: a carbinolamina intermediária se forma pelo me

canismo concanitante •

Sabe-se que o mecanismo concanitante é tanto mais favorecido quanto me­

nor a nucleofilicidade do reagente nucleofilico e menor a reatividade do can

posto carbonilico . Estes parâmetros podem ser avaliados pelo pK do rea­agente nucleofÜico e pela constante de equiÜbrio da reação e dos quais de-

pende o tempo de duração do intermediário T±.

Aminas que apresentam basicidade intermediária, cano a semicarbazi da

(pK ' = 3,65), seguiram caminho concanitante quando reagiram com p-metoxibena - -zaldeido, por exemplo.

Por outro lado, observou-se em trabalhos anteriores que aldeidos hetero

ciclicos mesmo reagindo can aminas mais básicas, como a hidroxilamina (pK =a6,17) e a fenilidrazina (pKa = 5,26), também seguiram o caminho concanitante.

A reação de semicarbazida can 2-tiofenocarboxaldeído, 2-pirrolcarboxal­

deído e ~-metil-2-pirrolcarboxaldeído deveria, pois, ocorrer pelo mecanismo

concomitante.

Figura XXXVI - M=canisrro de fo:rmação da carbino1amina, através de dois cami

fihos CX)I1oorrentes:

-174-

~

k2]Ik-2

R'C=O

H/

RN=C/R

'H

RG> I e

R-NH-C-O2 I

HT!

+

11

k3:?r0-3

T+

R Re> I k6 I

R'-NH2-C -OH '< > R-NH -C-OHI t H+ IH H

TO

k5 0 H1

R'-NH2

I

I - Caminho CX)I1cx:mi.tante

k.oH+ II k-.

11 - Caminho por etapas

-175-

Propôs-se que reações que seguem o mecanismo concomitante são pouco in

fluenciadas pelos efei tos dos substi tuintes no aldeido, uma vez que esses

têm efei tos contrários na formação da ligação carbono-ni trogênio e na prot~

nização do oxigênio carbonilico, anulando-se. Assim, substi tuintes que d~

nuem a densidade eletrônica do anel aromático facilitam a formação da liga­

ção carbono-nitrogênio e dificultam a protonização do oxigênio carbonilico,

que ocorre ao mesmo tempo. Analogamente, substi tuintes que aumentam a densi

dade eletrônica do anel aromático dificultam a formação da ligação carbono­

ni trogênio e fac i litam a protonização do oxigênio carbonilico (Sayer & Jen­

cks, 1972).

No presente trabalho, observou-se que os valores das constantes cataliA 2 -2 6 -1 2 -2 6 -1 -ticas do hidronio foram 3,00.10 moI .dm.s , 3,50.10 moI .dm.s e

2 -2 6 -1 -3,50.10 moI .dm.s para a reaçao de semicarbazi da e 2-tiofenocarboxalde

ído, 2-pirrolcarboxaldeído e ~-rnetil-2-pirrolcarboxaldeído, respectivamente.

Esta insensibilidade do valor da constante catalitica cb hidrônio sugere tam

bém o mecanismo concomi tante.

Outro fato que leva a propor o mecanismo concomitante para a reação de

semicarbazida com os aldeidos heterod.clicos estudados é o fato de os gráfi­

cos de perfil de velocidade de reação em função do pH não apresentarem infl~

xão em pH próximo a 1,0. Outra~ da formação do intermediário T± li­

vre como etapa determinante da velocidade da reação.

3.2.8 - Desidratação da carbinolamina

A etapa de desidratação da carbinolamina tem sido extensivamente estud~

da (Anderson & Jencks, 1960; Sayer & Jencks, 1969; Amaral & Bastos, 1971;

Funderbwk & Jencks, 1978; Palmer & Jencks, 1980). Ela é a etapa determiné3!2.

te da velocidade da reação em pH básico e próximo da neutralidade e é catali

sada apenas pelo íon hidrônio, não tendo sido observada catálise ácida geral.

Os valores encontrados para a constante de desidratação (KaJ<5) foram4 -2 6 -1 3 -2 6 -1 3 -2 6 11,6.10 moI .dm.s , 6,0.10 moI .dm.s e 5,8.10 moI .dm .s- , tespe~

tivamente, para 2-tiofenocarboxaldeído, ~-rnetil-2-pirrolcarboxalçleído e 2­

-pirrolcarboxaldeído, observando-se que a reatividade das carbinolaminas qué3!2.

to à reação de desidratação é bastante semelhante.

O mecanismo proposto para a etapa de desidratação da carbinolamina cata

lisada pelo íon hidrônio é apresentada a seguir:

+ +002 lenta ~NHR

'Nrffi (b)-c- =-- -c + H20I ............

"H+ H

~NHR hNR

+-c~ ......... c:/" (c)+ H20 <:::: + H30

"H 'H

rnI ..

-C-NHR +,H

+

+ F:H ° ---- -e-NHR +3 ---- t

H

H20 (a)

-176-

A etapa determinante da velocidade da reação do processo de desidrat~

ção provavelmente a etapa (b), na qual ocorre saída da molécula de

água e mudança na hibridização do carbono ligado diretamente ao anel aromático.

3.3 - ATIVIDADE ANTIMICROBIANA

3.3.1 - Concentração inibitória minima frente a bactérias, leveduras e fun­

gos

Nos testes prévios de solubilidade, dimetilsulfóxido e dimetilformami­

da mostraram ser os solventes que melhor solubilizaram as semicarbazonas es

tudadas. A escolha definitiva, entretanto, só pode ser feita após a determ~

nação da concentração inibi tória minima dos solventes (Tabela XXVIII) quando

dimetilsulfóxido mostrou ser o menos tóxico para os microrganismos testados.

Durante os testes com as amostras} a concentração inibitória minima do

dimetilsulfóxido mostrou alguma variação, o que poderia talvez ser explica-- - , ,do pela variaçao nao desejada no tamanho do inoculo empregado o~ devido a

variação na sensibilidade das cepas de microrganismos.

Testaram-se dois métodos para a determinação da concentração inibitó­

ria m:inima das semicarbazonas, isto é, m.étodo da difusão em meio sólido e

método da diluição seriada em meio liquido.

-177-

No método da difusão em meio sólido, no qual se tentou medir o halo de

inibição de crescimento de microrganismo, apenas o composto padrão apresen-_ , ti

tou difusao visivel do disco para o meio de cultura e, consequentemente, ha

lo de inibição de crescimento na concentração de 100 l.l g/ml, com valores de

halo de inibição da ordem de 14 a 19rrm , respectivamente, para S. aUl'eus e

E. coZi. Nas outras semicarbazonas não se observaram difusão e halo de ini­

bição de crescimento na concentração máxima obtida nos solventes utilizados.

Com FSC e 3-QSC testaram-se concentrações de até 1CXX) JJg/ml sem

que houvesse fonnação de halos de inibição. Observou-se também que o disco

com dimetilsulfóxido não apresentou halo de inibição de crescimento nos tes

tes com S. aU'i>'kJ!tls e E. coZi. Ocorreu exee;OO no teste com C. aLbicans, em

que o disco com dimetilsulfóxido não evaporado apresentou halo de inibição

de crescimento, mostrando maior sensibilidade deste microrganismo ou maior

difusão do solvente neste meio de cultura.

No método da diluição seriada trabalhou-se, inicialmente, fazendo di­

luições da amostra e solvente jlIDtos, de maneira que, no final, havia varia

ção da concentração da amostra e do solvente. A seguir, passou-se a traba­

lhar com concentrações finais fixas de dimetilsulfóxido, variando-se apenas

a concentração das amostras, com o objetivo de obter maior reprodutividade

das condições de teste. vectfi~ , entretanto, que nos dois casos a con­

centração inibitória mí.nima (MIC) era a mesma. Os valores encontrados para

os vários compostos frente aos diferentes microrganismos estão na Tabela

XXIX.

Comparando-se os dois métodos utilizados para verificar a atividade ~

timicrobiana dos compostos d:l:ervan-re vantagens e desvantagens. No método

da difusão em meio sólido, utilizado como método alternativo ruja. fJ.roli~

era a de eliminar a interferência da toxicidade do solvente, observou-se

a baixa difusibilidade das semicarbazonas no gel de agar, devido à baixa hi

drossolubilidade destas. A vantagem constatada foi que se pode usar dimeti.!..

sulfóxido em concentração bem superior àquela usada nos ensaios em meio li­quido, como se observou nos discos controles. Nas condições e concentrações

testadas (lO a 1CXY;b) não houve inibição de crescimento microbiano por parte

deste solvente. Os resultados também mostraramque a evaporação ou não do sol

vente dos discos de papel em nada alterou os resultados negativos de inibi­

ção de crescimento dos microrganismos no caso das amostras.

-178-

o método da diluição seriada em meio liquido permitiu maior contato do

inóculo de microrganismos com as semicarbazonas testadas, sem depender da

difusão do composto. Além disso, este método emprega inóculo mui to menor q.E, _ , ti

o metodo da difusao em meio solido e, consequentemente, melhor valor de co~

centração inibitória mínima (MIC) , aumentando a sensibilidade do teste. Um

inóculo menor no teste em meio sólido iria reproduzir crescimento falho, com

colônias esparsas, dificultando a lei tura do halo de inibição.

Outro aspecto a ser analisado é o uso de dimetilsulfóxido como solven­

te, uma vez que ele próprio poderia produzir inibição de crescimento. Exis­

tem também relatos de que ele pode ocasionar furos na membrana do microrga­

nismo e facilitar a entrada do composto, potencializando, desta maneira, a

ação deste e fornecendo um valor de MIC falso.

Nos testes realizado~tentou-secontornar este problema utilizando

concentração de dimetilsulfóxido inferior a do seu MIC, um tubo controle com

este solvente e um composto padrão que havia sido testado por método em que

não se utilizava este solvente. Verificou-se que o tubo controle ensaiado em

condições idênticas às amostras não apresentou inibição de crescimento qu~

do comparado com outro tubo de controle positivo com soro fisiológico. O

composto padrão, por sua vez, apresentou MIC idêntico ao encontrado por ou­

tros autores que utilizaram técnicas diferentes, em que não era usado dime­

tilsulfóxido como solvente. Observou-se, ainda, que nos testes com P. aeru­

ginosa, C. aLbicans e A. niger não h01.Ne correlação do MIC encontrado com

a concentração menor de dimetilsulfóxido utilizada.

Outra maneira de testar a ação antimicrobiana das semicarbazonas, ten­

tando solucionar o problema de solubilidade, seria incorporá-las em liposso

mos e então efetuar os ensaios de atividade antimicrobiana. Isso será feito

em trabalhos futuros.

3.3.2 - Atividade antifÚngica pelo método da bioautografia

O método da bioautografia, utilizado para testar a atividade antifÚngi

ca dos compostos, apresenta inúmeras vantagens em relação a outros métodos.

Entre as vantagens apresentadas está a eliminação da interferência do sol­

vente, empregado para dissolver o composto, sobre o crescimento dcs micro­

ganismos; a separação cranatográfica de contarninantes da amostra; a alta

sensibilidade do método e a possibilidade de manter os resultados na placa

cranatográfica por tempo considerável. Entre as vantagens citam-se o tempo

-179-

de desenvolvimento da cramatografia que, dependendo do solvente utilizado,

pode ser longo e o uso apenas de microrganismos que cresçam em meio de gl1:..

cose e sais minerais sobre a placa cranatográfica.

Vários fungos foram utilizados para testar a atividade de feniltiosse­

micarbazi das , entre eles o C1.adosporium cucumerinum, Apergillus niger, Asc~

chyta pisi, Botrytis cinerea, Collettrichum lindemuthianum, Fusarium culmo­

rum e Penicillium expansum (Homans & Fucus, 1970).

No nosso trabalho utilizamos o Cladosporium sphaerospermum e verifica­

mos que, dos nove canpostos testados, seis foram ativos e três inativos, c~

mo podemos verificar no i tem referente a resu1tados. A semicarbazona do 5­

-nitro-2-furanocarboxaldeído não apresentou atividade frente a este fUngo,

apesar da alta atividade manifestada contra vários outros microrganismos. En

tretanto, outras semicarbazonas derivadas do 5-rnetil-2-tiofenocarboxaldeído,

2-tiofenocarboxaldeído, ~-rnetil-2-pirrolcarboxaldeídoe 2-pirrolcarboxaldei.

do e 3-indolcarboxaldeídq,que foram fracamente ativas frente às bactérias

testadas, mostraram-se ativas frente ao C1.adosporium.

-180-

3.4 - CORRELAçÃO ATIVIDADE-REATIVIDADE NA REAÇÃO DE FORMAÇÃO DAS SEMIC~

ZONAS DE AlDEÍOOS ARCMÁTICOS HETEROCÍCLICOS

Os valores da concentração inibitória m:1.nima (MIC), obtidos nos ensai­

os de atividade antimicrobiana, foram <XI1IE!a±'S com os valores indicativos

da reatividade dos compostos, obtidos nos estudos cinéticos (Tabela XLI).

Observou-se uma certa relação. A 5-nitro-2-furanocarboxaldeidossemicarbazo­

na é 100 vezes mais ativa frente a Escherichia coU e 20 vezes mais reativa

quando comparada com 2-furanocarboxaldeidossemicarbazona, 2-tiofenocarboxal­

deidossemicarbazona, 2-pirrolcarboxaldeidossemicarbazona e ~-metil-2-pirrol­

carboxaldeidossemicarbazona.

Tabela XLI - Valores da concentração inibi tória minima (MIC) frente à E. c~

Li e os valores das constantes cataliticas do hidrônio (~) p~" ,

ra algumas semicarbazonas de aldeidos aromaticos heterocicli-

coso

NFSC 5,0 6,3 X 103 (a)

FSC >500 2,4 X 102 (b)

TSC 500 3,0 X 102

PSC 452 3,5 X 102

MPSC 452 3,5 X 102

(a) AMARAL & BASTOS, 1970;

(b) STACHISSINI, canunicação particular

~ (mol-2 .dm6 .s-1)MIC ( llg/ml)Composto

-181-

3.5 - CORRELAÇÃO ENTRE PARÂMETROS ELETRÔNICOS E A ATIVIDADE BIOLÓGICA NAS

SEMICARBAZONAS DE AlDEÍOOS AROMÁTICOS HETEROCÍCLICOS

Cálculos de orbital molecular encontram aplicação em Farmacologia m0­

lecular para vários fins especialmente para: (a) determinar distâncias in­

teratÔffiicas e densidade eletrônica em moléculas de interesse biológico; (b)

estudar a estereoqu1mica de macrcxnoléculas e a conformação preferida de ~

léculas biologicamente ativas; (c) fornecer explicação racional para as a­

tividades de certos canpostos e formular hipóteses para o mecanismo de ação

aos níveis molecular e eletrônico de vários grupos de fármacos; (d) propor

topografia para receptores hipotéticos; (e) planejar novos fármacos em ba­

ses racionais, que sejam mais especificos e mais potentes (Korolkovas, 1974).

Neste trabalho, efetuaram-se cálculos de orbi tal molecular, utilizando

a técnica ômega, visando encontrar:â1g.na relação entre atividade biológica

e estrutura qu1mica nas semicarbazonas estudadas. Por esta técnica, obtive­

mos os valores de densidade de carga em cada átomo da molécula e os valores

de Ha.'IO (Highest Occupied Molecular Orbital) e os valores de LEMO (Lowest

Elnpty Molecular Orbital) para as moléculas.

Os cálculos foram feitos para as nove semicarbazonas preparadas neste

trabalho e, adicionalmente, para a 5-nitro-2-tiofenocarboxaldeidossemicarb~

zona, 5-nitro-2-pirrolcarboxaldeidossemicarbazona e 5-nitro(N-metil-2-pirro.!.

carboxaldeidossemicarbazona), para fins comparativos.

Considerando os valores de densidade de carga livre nos átomos das di­

ferentes moléculas de semicarbazona, expressos nas Tabelas XXIV, ~ e ~I,

na parte experimental, observa-se que não existe variação pronunciada entre

os valores para os diversos canpostos que· justifique a maior atividade anti

bacteriana da 5-nitro-2-furanocarboxaldeidossemicarbazona. Nos canpostos em

que existe variação nos valores em relação aos demais, esta não está corre­

lacionada com a atividade biológica.

Segundo a maioria dos autores, a atividade antibacteriana da 5-nitro­

-2-furanocarboxaldeidossemicarbazona se deve à presença do grupo nitro na

molécula, uma vez que o canposto sem o grupo nitro é praticamente inativo.

O grupo nitro presente na molécula f\mcionaria como grupo aceptor de elé­

trons, interferindo em processos enzimáticos do metabolismo das bactérias.

-182-

Não se consegue, entretanto, explicar adequadamente a diferença de at,!.

vidade na 5-nitro-2-furanocarboxaldeisossemicarbazona, 5-nitro-2-tiofenocar

boxaldeidossemicarbazona e 5-nitro-2-pirrolcarboxaldeidossemicarbazona.

Analisando os valores de HCMO e LEMO, expressos na Tabela XVII, na p~

te experimental, verifica-se que as semicarbazonas que apresentam o grupo

nitro no anel heterociclico são aceptoras de elétrons ao passo que aquelas

sem o grupo nitro não apresentam esta caracteristica. A 5-nitro-2-furanoc~

boxaldeidossemicarbazona é a que apresenta valor de LEMO mais próximo de z~

ro, sendo a molécula mais aceptora de elétrons e a mais ativa. Para os ou­

tros compostos a ordem dos valores de LEMO obtidos não se situa na mesma or

dem de atividade dos compostos.

CAPi'mw IV

4 - COCB:Jlms

4.1 - As semicarbazonas dos aldeldos aromáticos heteroclclicos foram efeti

vamente obtidas, nas condições empregadas.

4.2 - As reações de formação de semicarbazonas a partir de aldeldos araná.­ticos heteroclclicos são de primeira ordem em relação ao aldeldo e

de primeira ordem em relação à semicarbazida.

4.3 - Estudo cinético mostrou que as reações não se completaram nas condi­

ções empregadas, atingindo um equil1brio.

4.4 - As reações de formação das semicarbazonas do 2-tiofenocarboxaldeído,

2-pirrolcarboxaldeído e ~~etil-2-pirrolcarboxaldeído processam-se

em duas etapas. A etapa determinante da velocidade de reação em pH <'5 é a formação da carbinolamina e em pH .:> 5 é a desidratação da mes

ma.

4.5 - A etapa de formação e a etapa de desidratação da carbinolamina

suscetlveis à catálise pelo hidrÔnio, enquanto apenas a formação

carbinolamina é suscetlvel à catálise pelos ácidos carboxllicos.

-sao

da

-184-

4.6 - A constante catalitica do ion hidrÔnio é semelhante para os três al-

deidos estudados, SJgerindo que a reatividade destes em relação àsemicarbazida é a mesma.

4.7 - O mecanismo proposto para a etapa de formação da carbinolamina can" , .. + -catalise acida geral e o mecanismo concomitante, em que a formaçao da

ligação carbono-nitrogênio ocorre simultaneamente can a protonização

do oxigênio carbonilico. Isto pode ser comprovado pelos perfis de

velocidade de reação que apresentam apenas uma inflexão em pH próximo

a 5.

4.8 - A atividade antimicrobiana das semicarbazonas estudadas frente a S.

aureus, E. coZi, P. aeruginosa, C. aZbicans e A. niger foi muito bai

xa quando comparada com o COOlposto padrão de estrutura semelhante.

4.9 - Das nove semicarbazonas testadas, seis inibiram o crescimento do CIa­

dosporium sphaerospermum.

-185-

Rf.SlK)

No presente trabalho prepararam-se semicarbazonas de aldeídos aromáti­

cos heterodclicos. Estas foram caracterizadas, tiveram sua formação estu~

da cineticamente e foram empregadas em ensaios de atividade antimicrobiana.

As semicarbazonas foram preparadas a partir da reação entre os aldeídos he­

terocíc1icos e cloridrato de semicarbazida e caracterizados através de seus

pontos de fusão e espectros no infravermelho, ultravioleta e de ressonância

magnética nuclear de iH e de 13c. ° estudo cinético foi acompanhado espec­

trofotanetricamente a 310 nm observando-se a reação de formação das semicar

bazonas em solução aquosa. No gráfico de perfil de velocidade de reação em

:f\mção do pH, obtido a partir dos dados cinéticos, observou-se apenas uma

inflexão em pH prÓximo a 5, inflexão esta que reflete lTRldança na etapa de­

terminante da velocidade de reação, de maneira que, an P'i< 5 a et.é:p3. retermi­nante da velocidade de reação era a formação da carbinolamina e em pH>5 a

desidratação desta. As constantes de velocidade da reação de formação da

carbinolamina catalisada pelo íon hidrÔnio mostraram ser insensíveis ao ti­

po de heteroátomo presente no alde1do, enquanto que as constantes de veloci

dade de reação catalisada pelos ácidos carboxÜicos apresentaram efeito sig

nificarivo resul tente da lTRldança do heteroátomo. Os valores de d.. de BI1'Sns­

ted obtidos nacatálise ácida geral são 0,080, 0,53 e 0,80, respectivamen­

te, para 2-tiofenocarboxaldeído, !'i-metil-2-pirrolcarboxaldeído e 2-pirrol­

carboxaldeído. A reação de formação da carbinolamina com catálise ácida ge­

ral deve proceder por um mecanismo "concomitante" que envolve a transferên­

cia de prÓton do 10n hidrÔnio para o oxigênio carbonilico e a formação da

~igação carbono-nitrogênio de maneira sumultânea. No estado de transição do

mecanismo "concomitante" o efeito favorável do heteroátomo, captando elé­

trons, sobre a formação da ligação carbono-nitrogênio deve ser parcial ou

completamente compensado pelo efeito desfavorável sobre a protonação do oxi

gênio carbonilico. Efetuaram-se cálculos de orbital molecular pela técnica

ânega, obtendo-se os valores de densidade de carga em cada átomo e os valo­

res de HeMO e LEMO das moléculas. Tentou-se correlacionar estes valores com

a atividade antimicrobiana. °estudo da atividade antimicrobiana das semi­

carbazonas foi efetuado inicialmente através de dois métodos diferentes: Mé

todo da difusão em meio sólico e Método da diluição seriada em meio liqui­

do. ° segtmdo método mostrou ser o mais indicado por permitir maior contato

das amostras com o microrganismos e uso de carga microbiana menor. Utiljza-

-186-

ram-se Staphy~ococcus aureus, Escherichia Co~i, Pseudomonas aeruginosa, Ca~

dida a~bicans e Aspergi ~ ~us niger cano microrganismos teste e dimetilsulfóx.!.

do a 10',.{. e a 5% como diluente das amostras. Verificou-se que a atividade ~

timicrobiana das semicarbazonas estudadas foi rm'ü to baixa quando canpar8.da

com a semicarbazona do 5-nitro-2-furanocarboxaldeído. Pela método da bioau­

tografia verificou-se que, das nove semicarbazonas testadas, seis inibiram

o crescimento do CLadosporium sphaerospermum.

-187-

SMMW

In this work nine semicarbazones of heterocyc1ic aromatic aldehydes w~

re prepared. The semicarbazones were identified through the mel ting points,1 13L R. spectra, U. V. spectra, H-NMR and C-NMR spectra, and elementary a-

nalysis. The formation of 2-thiophenecarboxaldehyde, N-methyl-2-pyrrolecar­

boxaldehyde, and 2-pyrrolecarboxaldehyde semicarbazones were studied spec­

trophotometricaly in aqueous solution, at 25,0 ºC and ionic strength 0,50.

The pH-rate profiles shO# one break at ~ 5, reflecting a change in the ra

te-determining step. BelO# pH 5 the rate-determining step is the formation

of the carbinolamine intermediate, and above pH is the dehydration of the

carbinolamine. This behavior suggests that the reaction occurs by a concer­

ted mechanism. The reactions are subject to general acid catalysis by carbo

xylic acids. TheQ(; B~nsted exponent for the formation of the semicarbazone

of 2-thiophenecarboxaldehyde, !i-methyl-2-pyrrolecarboxaldehyde, and 2-pyrro

lecarboxaldehyde are, respectively, 0,080, 0,53 and 0,80. The semicarbazo­

nes were evaluated semi-quantitatively against various microorganisms by

two methods. Both methods shO# that the activity against Staphy Lococcus au­

reus, Escherichia coLi, Pseudomonas aeruginosa, Candida aLbicans, and Aspe~

giUus niger i8 very 10# when canpared with the activity of 5-nitro-2-fura­

nocarboxaldehyde semicarbazone. In the other hand six from nine prepared se

micarbazone inhibit the grow af CLadosporium Sphaerospermum.

-188-

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