53º Congresso Brasileiro de Quimica
Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4

ÁREA: Físico-Química

TÍTULO: Estudo teórico da reatividade química e estabilidade molecular de compostos derivados de benzimidazólicos usando orbitais de fronteiras e GAP

AUTORES: Picanço, R.M. (UNIFAP) ; Campos, M.B. (UNIFAP) ; Hyacienth, D.C. (UNIFAP) ; Queiroz, K.A. (UNIFAP) ; Vieira, J.B. (UNIFAP) ; Lobato, C.C. (UNIFAP) ; Ferreira, A.M. (UNIFAP) ; Hage-melim, L.I.S. (UNIFAP) ; Santos, C.B.R. (UNIFAP)

RESUMO: Os benzimidazólicos (BZ) são agentes antihelmínticos polivalentes, de amplo espectro contra parasitos de importância médica, veterinária e humana. Os derivados do benzimidazol que possuem ações terapêuticas mais eficazes têm modificações nas posições 2 e 5 no anel benzimidazol. No presente trabalho, foi proposto o estudo da reatividade química e estabilidade molecular de compostos derivados de benzimidazólicos com atividade tricomonicida utilizando métodos de química quântica no nível de teoria HF/3-21G*. Os resultados indicaram que o composto 9 é mais ativo (pIC50=4.53) que os demais derivados benzimidazólicos, e que o aumento dos valores de gap (-0.39733eV), HOMO (0.31673eV) e a diminuição do valor de LUMO (0.08060 eV), contribuíram para aumento da atividade tricomonicida do composto 9.

PALAVRAS CHAVES: Benzimidazólicos; atividade tricomonicida; orbitais de fronteiras

INTRODUÇÃO: Os altos custos de tempo e dinheiro são fatores preocupantes para o crescimento da Indústria Farmacêutica, que necessita de investimentos em Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) para a descoberta de novos fármacos com maior eficácia e seletividade. Assim, para otimizar tempo e custo, a utilização de inovações científicas e tecnológicas, como ferramenta de pesquisa, combinando conhecimentos multidisciplinares de informática, biotecnologia, química e biologia, refletem no planejamento de novos fármacos (MAGALHÃES, 2009). O planejamento de fármacos auxiliado por computador (Computer-Aided Drug Design, CADD) é uma dessas evoluções tecnológicas promissoras no desenvolvimento de novos candidatos a fármacos, podendo reduzir em até 50% os gastos na pesquisa de uma novo agente terapêutico (MAGALHÃES, 2009). Os benzimidazólicos (BZ) são agentes antihelmínticos polivalentes, de amplo espectro contra parasitos de importância médica, veterinária e humana. Os derivados do benzimidazol, que possuem ações terapêuticas mais eficazes com modificações nas posições 2 e/ou 5 no anel benzimidazol. Os BZ interferem na produção de energia, com consequente paralisia muscular e morte do parasito. A ação está baseada no bloqueio do transporte de grânulos secretores e movimentação e de organelas subcelulares de helmintos. Estes efeitos coincidem com o desaparecimento dos microtúbulos citoplasmáticos. Albendazol, mebendazol e tiabendazol atuam inibindo a polimerização dos microtúbulos, o que pode resultar em aneuploidia e inibir o transporte de glicose, levando à morte celular (SILVA, 2004). Neste trabalho propomos estudar 12 novos derivados benzimidazólicos usando técnicas computacionais e os parâmetros HOMO, LUMO e gap como indicativo de reatividade química e estabilidade molecular.

MATERIAL E MÉTODOS: Um conjunto de 12 derivados benzimidazólicos (Pérez, 2011), com a atividade tricomonicida expresso com valores de concentração máxima inibitória (IC50) foram selecionados, e os valores de IC50 foram convertidos no correspondente pIC50 (-logIC50). Os cálculos de pré-otimização de geometria dos novos derivados benzimidazólicos foram realizados com o programa HyperChem Release 6.02 (CHEMPLUS, 2000), com o método semi-empíricos em um computador com processador Core 2 Duo (3 GHz), com 4,00 Gb de RAM. Após a pré-otimização os compostos foram otimizadas com o método Hartree-Fock (HF) com o conjunto de base 3-21G* no programa Gaussian 98, e dessa forma obteve- se as estruturas otimizadas com menor energia e maior estabilidade molecular. A conformação mais estável de cada composto foi usada para realizar os cálculos dos parâmetros energéticos: energia total (corresponde a soma da energia de repulsão nuclear com a energia eletrônica), energia eletrônica (foi determinada mediante aproximação de Born- Oppenheimer assumindo-se uma posição fixa dos núcleos), energia dos orbitais moleculares de fronteiras (HOMO e LUMO), e a diferença de energia entre os orbitais HOMO-LUMO (GAP), que é um importante indicador de reatividade química e estabilidade molecular. Pois, moléculas com baixo valor de gap são geralmente reativas, enquanto moléculas com alto valor de gap indicam alta estabilidade da molécula, no sentido de baixa reatividade nas reações químicas (ZHANG, 2007). A visualização molecular dos orbitais de fronteiras foi realizada pelo software livre multiplataforma Molekel, originalmente desenvolvida na Universidade de Genebra por Peter F. Flükiger na década de 1990 para Silicon Graphics Computadores (SANTOS, et al., 2013).

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os estudos de propriedades químico-quântica são utilizados para prever o comportamento químico de moléculas e, consequentemente, a sua atividade biológica em diversas situações de estabilidade e reatividade química (SANT’ANNA, 2009). A energia do orbital molecular de maior energia ocupado (HOMO) e do orbital molecular de menor energia desocupado (LUMO) são descritores químico-quânticos, que desempenham um papel importante nas reações químicas, e na formação de diversos complexos de transferência de cargas. Quanto maior o HOMO, maior a capacidade elétron-doadora e, quanto menor o LUMO menor será a resistência para aceitar elétrons. A energia de HOMO está relacionada ao potencial de ionização do composto e caracteriza a capacidade da molécula em realizar ataques nucleofílicos (GRANT, 1996). Na Figura 1 é mostrado o LUMO dos derivados benzimidazólicos, e podemos notar que nesta região está diretamente ligada a afinidade eletrônica, e caracteriza a suscetibilidade ao ataque por nucleofilos. Os parâmetros analisados estão dispostos na Tabela 1. A análise da atividade tricomonicida indicou que o composto 9 é mais ativo (pIC50=4.53) que os demais derivados benzimidazólicos. Observou-se que o aumento dos valores de gap (-0.39733 eV), HOMO (0.31673 eV) e a diminuição do valor de LUMO (0.08060 eV), contribuíram para aumento da atividade tricomonicida do composto 9. O inverso ocorreu com o composto 3 que é o menos ativo (pIC50=6.63), que têm os valores de gap (-0.41567 eV) e HOMO (-0.33302 eV) menores, e maior valor de LUMO (0.08265 eV) que o composto 9. A atividade elevada apresentada pelo composto 9 está relacionada com o aumento do valor de gap, já que este, teoricamente, colabora com o aumento da estabilidade da molécula frente as reações químicas nos fluídos biológicos.

Figura 1

Orbital molecular de menor energia (LUMO) dos derivados benzimidazólicos com atividade tricomonicida

Tabela 1

Descritores moleculares e atividade biológica dos derivados benzimidazólicos com atividade tricomonicida

CONCLUSÕES: A química computacional é uma importante ferramenta para racionalização dos processos de desenvolvimento de novos fármacos, pois diminui o tempo e os custos de obtenção. Os métodos computacionais utilizam fundamento físico-químico para o planejamento de análogos com maior atividade intrínseca ou com melhor perfil farmacológico. As propriedades moleculares HOMO, LUMO e gap apresentam alto potencial de relevância para os compostos benzimidazólicos com atividade tricomonicida, uma vez que estas propriedades realizam importantes funções nas estruturas, reatividade química e estabilidade molecular.

AGRADECIMENTOS: Programa de Pós-Graduação da Rede BIONORTE Laboratório de Modelagem e Química Computacional da Universidade Federal do Amapá pelo apoio computacional.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CHEMPLUS, Modular Extensions for HyperChem Release 6.02, Molecular Modeling for Windows, HyperClub, Inc, Gainesville, 2000.

G. H. Grant, and W. G. Richards, Computational Chemistry, Oxford Science Publications. 1996.

MAGALHÃES, U. O. Modelagem molecular e avaliação da relação estrutura-atividade acoplados a estudos físico-químicos, farmacocinéticos e toxicológicos in silicode derivados heterocíclicos com atividade leishmanicida. Rio de Janeiro, 2009.

PÉREZ-VILLANUEVA, J.; MEDINA-FRANCO, J. L.; CAULFIELD, T. R.; HERNÁNDEZ- CAMPOS, A.; HERNÁNDEZ-LUIS, F.; YÉPES-MULIA, L.; CASTILLO, R.; Eur. J. Med. Chem. 2011, 46, 3499.

SANT’ANNA, C. M. R. Métodos de modelagem molecular para estudo e planejamento de compostos bioativos: Uma introdução. Rev. Virtual Quim., 2009.

SANTOS, C. B. R., LOBATO, C. C., SOUSA, M. A. C., MACÊDO, W. J. C., CARVALHO, J. C. T. Reviews in Theoretical Science. No Prelo, 2013.

SILVA, L. P. Avaliação genotóxica de líquido de vesícula e extrato salino da forma metasestódea de Taenia solium e de agentes antiparasitários benzimadazólicos. Uberlandia, 2004.

TAVARES, L. C. QSAR: A abordagem de Hansch. Química Nova. V. 27, 2004.
ZHANG G., E MUSGRAVE C. B., J. Phys. Chem. 111, 1554, 2007.