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60º COngresso Brasileiro de Química
60º Congresso Brasileiro de Química Química é Vida

VERSATILIDADE DE BISAMIDAS: APLICAÇÃO EM REAÇÕES DE ACOPLAMENTO SUZUKI E NA REVELAÇÃO DE IMPRESSÃO DIGITAL


ÁREA

Química Orgânica

Autores

Duarte, L.S. (FURG) ; Nobre, S.M. (FURG)

RESUMO

Análogos de bisamida podem ser sintetizados com rendimentos adequados exibindo propriedades fluorescentes com emissões de comprimentos de onda distintos. Bisamida foram aplicadas ao acoplamento Suzuki, sendo eficientes para brometos com ativação e desativação de grupos substituintes obtendo-se o produto em curto espaço de tempo, com rendimentos acima de 95% e a avaliação do desenvolvimento da impressão digital mostrou que bisamidas possuem propriedades promissoras na revelação de impressões digitais latentes.

Palavras Chaves

Bisamidas; Acoplamento Suzuki; Impressão Digital

Introdução

Substâncias nitrogenadas constituem uma classe de estruturas orgânicas com vasta possibilidade de modificação estrutural e por conseguinte um grande número de aplicações. Estas aplicações são associadas as propriedades químicas e físicas destas estruturas, como por exemplo, ampla possibilidade de síntese, estabilidade térmica, possibilidade de efeitos eletrocrômicos como luminescência e fluorescência(SATHDEO; SCHOULTZ; GERBER; BETZ et al., 2016). Dentre as possibilidades de aplicação, pode-se citar o desenvolvimento de catalisadores associados a metais de transição(NUNEZ-MONTENEGRO; CARBALLO; HERMIDA-RAMON; VAZQUEZ-LOPEZ, 2011), condutores elétricos de polímeros conjugados(HOU; HUO; HE; YANG et al., 2006), anticorrosivos(ALVES; CALADO; MATENCIO; DONNICI, 2010), materiais eletrocrômicos(SOTZING; REYNOLDS; STEEL, 1996), células solares orgânicas(NOGUEIRA; LOMBA; SOTO-OVIEDO; CORREIA et al., 2007),(SUN; YANG; ZHANG; WANG et al., 2015),(BEAUJUGE; REYNOLDS, 2010), biossensores(LANGE; ROZNYATOUSKAYA; MIRSKY, 2008) e reveladores de impressão digital(DALILA VENZKE, 2021) e entre outros. Substâncias nitrogenadas também são muito aplicados na indústria de polímeros, a variação de substituintes da cadeia lateral polimérica é uma das características que altera suas propriedades de processabilidade e aplicação (CHENG; LUH, 2004)(HOYOS; TURNER; NAVARRO, 2011). Substâncias nitrogenadas do tipo bisamida compreendem uma importante classe de substâncias nitrogenadas formados por dois grupos amidas conectados por espaçadores que incluem metileno ou fenileno (CAVALHEIRO; NOBRE; KESSLER, 2019). Essas características fazem com que estas estruturas tenham propriedades físico-químicas e eletrocrômicas interessantes. A emissão de fluorescência encontrada em análogos de bisamida são associadas as características estruturais, que dentre elas, compreende a presença de um grupo amida conectado aos anéis aromáticos (DILEK; BANE, 2016; JURCZAK; DYDIO; STEPNIAK; ZIELINSKI, 2016). A classe de substâncias apresentada neste trabalho possui muitos grupos cromóforos como C– N, C=O e C–Ar na mesma molécula, o que lhe confere uma alta capacidade fluorescente(PAVIA, 2012; STEINER, 1984). Em bisamidas, os grupos substituintes interferem na fluorescência da molécula, pois altera a ressonância existente, modificando a radiação emitida pela molécula quando ela retorna do estado excitado singleto para o estado fundamental(CAVALHEIRO; NOBRE; KESSLER, 2019). Bisamidas simétricas podem ser preparadas pela reação de condensação de um aldeído ou derivado de ácido carboxílico com a diamina correspondente. Recentemente, análogos de bisamida foram usados como ligantes em reações de acoplamento de Suzuki (DA COSTA; NOBRE, 2013; NOBRE; CAVALHEIRO; DUARTE, 2018). Estas bisamidas podem ser utilizadas como ligante na reação de acoplamento Suzuki e/ou como substrato, na construção de novas moléculas(CAVALHEIRO; NOBRE; KESSLER, 2019). Além disso, existem relatos de patentes utilizando bisamidas em formulação de tintas (J. BOSWELL). Embora as bisamidas tenham demonstrado ampla importância farmacológica e sintética, seu potencial como reagentes para detecção de impressões digitais latentes (do inglês latent fingermark – LFM, sigla mais comumente utilizada) em casos forenses ainda é pouco explorado. No contexto da detecção de impressões digitais, novos pós para revelação podem desempenhar um papel fundamental para melhorar a LFM e podem contribuir fortemente em casos forenses(DALILA VENZKE, 2021). Essas substâncias nitrogenadas podem ser utilizados também como reveladores alternativos para impressões digitais em relação aos materiais convencionais como derivados metálicos e derivados da ninidrina (LENNARD, 2020). Substâncias nitrogenadas apresentam propriedades fotométricas e termoluminescentes satisfatórias e dado a esse bom desempenho, a busca por novos reveladores de impressão digital com propriedades luminescentes tem sido de considerável interesse para aplicações forenses. Sendo assim, este trabalho visa apresentar diferentes aplicações utilizando bisamida. Nosso grupo de pesquisa, vem trabalhando com esta classe de substâncias e destaca principalmente a versatilidade de síntese da mesma e também diferentes possibilidades de aplicação, destacando sua aplicação em reações de acoplamento Suzuki, como ligante auxiliar e como agente de revelação para impressão digital.

Material e métodos

Para a síntese das bisamidas [1,2-bis(benzamida)benzeno (1A), 1,2- bis(benzamida)etano (2A), 1,2-bis(2-hidroxibenzamida)etano (3A), 1,2-bis(4- bromobenzamida)benzeno (1B) e 1,2-bis(3-clorobenzamida)benzeno (2B), mostradas na Tabela 1 da Figura 1] foram utilizados dois métodos de síntese, partindo de derivados de ácidos carboxílicos distintos, o salicilato de metila (índice A) e o cloreto de benzoíla (índice B). Na síntese foi utilizado salicilato de metila (0,2 mol, 25,7 mL) juntamente com a diamina de interesse (0,1 mol), sob agitação magnética constante, mantidos a 110 °C em sistema com refluxo por 7 horas. Foi feita extração orgânica do composto utilizando acetato de etila (3 x de 30 mL). A fase orgânica foi seca com cloreto de cálcio anidro. Na síntese partindo do derivado de ácido cloreto de acila (índice B) foi utilizado cloreto de 4-bromobenzoíla (5mmol, 1,1g) e trietilamina (5 mmol, 0,7 mL) juntamente com diamina de interesse (2,5 mmol) e cloreto de metileno (20 mL) como solvente, sob agitação magnética, mantido a temperatura ambiente (25 °C) por 7 horas. Após o tempo reacional foi realizada filtração e o produto foi seco. Os testes catalíticos com ligantes bisamida foram realizados em vidraria do tipo Schlenk com selo de teflon. Ao tubo Schlenk foram adicionados primeiramente, cloreto de paládio (2 mol% - 0,01 mmol); bisamida (0,015 mmol); 4-bromotolueno (0,5 mmol); ácido fenilborônico (0,75 mmol); carbonato de potássio (1 mmol) e EtOH:H2O (1:1). Deixou-se reagir a 70°C, sob agitação durante 2hs, ao final da reação foi possível calcular a conversão e o rendimento isolado do produto. As caracterizações foram feitas por RMN de 1H 13C, conforme descrito na literatura (NOBRE; CAVALHEIRO; DUARTE, 2018). As bisamidas foram testadas como agentes de desenvolvimento para revelação de impressão digital. Para preparar o pó de revelação, os análogos foram macerados com nitrogênio líquido e testados de acordo com o protocolo de pesquisa de impressão digital recomendado pelo Fingerprint International Research Group (LENNARD, 2020). O pó resultante foi testado em superfície de vidro e aplicado em dois tipos diferentes de marcas de dedo - secreções naturais e sebáceas conforma descrito na literatura (DALILA VENZKE, 2021). Espectros de fluorescência síncrona foram adquiridos em aparelho RF – 6000 - Shimadzu. Os dados dos espectros foram tratados no software ACDLAB 2012.

Resultado e discussão

Substâncias nitrogenadas podem ser agrupados de acordo com suas estruturas e funções orgânicas, este trabalho destaca as substâncias N,O-doadoras do tipo bisamida, que apresentam diferentes possibilidades de aplicação. Primeiramente será mostrado a aplicação destas substâncias em reação de acoplamento Suzuki e posteriormente como reveladores de impressão digital. As bisamidas sintetizadas neste trabalho foram caracterizadas por RMN 1H, e Fluorescência Síncrona, mostrado no Esquema 1 da Figura 1. As estruturas obtidas, os dados de caracterização obtidos e os respectivos dados de Fluorescência Síncrona se encontram na Tabela 1 da Figura 1. Comparando os espectros obtidos, foi possível verificar que bisamidas sofrem influência dos substituintes na emissão de fluorescência da molécula. Grupos espaçadores etileno e fenileno, localizados entre os nitrogênios não influenciaram na emissão de fluorescência das substâncias. No entanto a posição e o tipo de substituinte na bisamida interferiram nas propriedades luminescentes da molécula, devido à polarizabilidade da molécula. Primeiramente os estudos do sistema para reação acoplamento Suzuki se deram de acordo com a literatura que serviram de suporte para esta pesquisa. Esta proposta utilizou um sistema catalítico brando de reação e ligantes do tipo bisamida (DA COSTA; NOBRE, 2013). Neste estudo foi utilizado a bisamida 1B como ligante auxiliar para reação de acoplamento Suzuki que promove a formação de ligação carbano-carbono entre anéis aromáticos, como mostrado no Esquema 2 da Figura 2. Inicialmente, foi realizado um estudo de otimização das fontes de paládio e tempo de reação para o acoplamento entre o 4-bromotolueno e ácido fenilborônico usando como base K2CO3 e como solvente MeOH (NOBRE; CAVALHEIRO; DUARTE, 2018). A avaliação dos precursores catalíticos mostra que a utilização de PdCl2 no sistema catalítico forneceu melhores rendimentos de 99% em 2h de reação a temperatura de 70 ºC, para o acoplamento entre 4-bromotolueno e o ácido fenilborônico nas condições reacionais estudadas. Para justificar as melhores conversões utilizando o cloreto de paládio, pode ser levado em consideração, que o PdCl2 ser menos volumoso em relação aos grupos acetato e acetilacetonato, tornando assim o átomo de paládio com um menor impedimento estéreo e facilitando a coordenação do ligante para formar a espécie cataliticamente ativa(MENG; SZOSTAK, 2016)(DA COSTA; NOBRE, 2013). Foi observado também que o sistema proposto neste trabalho não necessita da utilização de atmosfera inerte, com rendimentos inferiores a 60 %. Os estudos catalíticos tiveram continuidade ao verifica-se que variando o solvente obteve-se os melhores resultados de conversão em 97% e 100% respectivamente utilizando MeOH/H2O e EtOH/H2O proporção (1:1) como solvente. A busca pelo desenvolvimento de um sistema catalítico que opere em condições brandas e capazes de fornecer altos rendimentos justifica a escolha do EtOH/H2O como o apropriado entre os solventes estudados. Tendo o sistema catalítico otimizado, foi realizado o estudo para avaliar a versatilidade deste sistema, testando diferentes haletos de arila e ácido fenilborônico. O sistema catalítico otimizado utilizando ligante bisamida 1B na presença de paládio, foi capaz de promover a formação de bifenilas com rendimentos acima de 98% à temperatura de 70°C e tempo reacional de 2 horas. Podemos observar na Tabela 2 da Figura 2, que este sistema se mostrou eficiente para reagentes com grupos substituintes eletroretiradores, nos anéis aromáticos dos haletos de arila, inicialmente foi testado com grupo nitro, umeletroretirador forte na reação 1 da tabela 2 da Figura 2, assim obtendo bons rendimentos. É importante salientar que as reações apresentadas na Tabela 2 da Figura 2, foram realizadas sob atmosfera ambiente, e sem tratamento prévio do solvente. Nota-se também que os rendimentos isolados foram acima de 98% para todas as reações que utilizam brometos de arila com substituintes eletroretiradores (Reações 1 e 2) e eletrodoador (Reações 3 e 4), o que torna estes substratos mais reativos frente à etapa de adição oxidativa (KALE; RASHINKAR; KUMBHAR; SALUNKHE, 2017). Para cloretos de arila, mostrado na reação 5* evidenciou-se uma modesta eficiência do sistema catalítico proposto com rendimento de 53%. Atribui-se, a ordem de reatividade dos haletos de arila frente a etapa de adição oxidativa do paládio: I>>Br>>Cl. Essa ordem pode ser explicada em função da energia necessária para quebrar a ligação carbono-halogênio. A reatividade dos haletos de arila também é influenciada pelos substituintes no anel, onde grupos eletroretiradores aumentam a reatividade do substrato (LIU; LIU; ZHAO, 2016). Na reação 4, foi testado o sistema utilizando ácido arilborônico diferente. Podemos observar que o valor de conversão obtido (99%) não proporciona variação de rendimento ao sistema catalítico variando o ácido arilborônico. Outra possibilidade de aplicação para bisamida é na atuação como revelador de impressão digital. Assim um procedimento padrão foi mantido a fim de determinar a eficácia do pó testado para a revelação de impressão digital depositado em substratos de vidro. Os resultados da aplicação de bisamida 3A como revelador podem ser observados nas Imagens 1 e 2 da Figura 2. A análise de impressão digital latente natural teve como objetivo identificar as interações químicas entre os resíduos da impressão digital e o reagente de realce. Pode ser de interesse adicional determinar quais constituintes específicos dentro daqueles abrangidos pelas descrições gerais de "écrino" ou "sebáceo" o reagente estava realmente direcionado(SEARS; BLEAY; BANDEY; BOWMAN, 2012). Espera-se que o pó adira a substâncias úmidas, pegajosas e gordurosas, de modo que a impressão digital latente sebácea deve ter melhores resultados. As marcas naturais contêm uma mistura variável de conteúdo écrino e sebáceo dependente de hábitos pessoais e outros fatores. Por isso, estão mais próximos de casos reais de perícia e é importante avaliar este tipo de LFM, visto que são frequentemente evidências em julgamentos judiciais(GIRELLI; VIEIRA; SINGH; CUNHA et al., 2018). Os resultados para a revelação de impressões digitais naturais com bisamida 3A para todos os voluntários (A, B, C e D) e comparação com pó branco padrão (A', B', C ', D') são mostrados na Imagem 1 da Figura 2. Embora a bisamida 3A tenha se mostrado eficiente no desenvolvimento da impressão digital de todos os doadores, foram observadas variações em sua eficiência entre os indivíduos. Por meio da análise das imagens de impressão digital latente foi possível visualizar que a revelação da impressão digital utilizando bisamida 3A com os doadores A, B e D apresentou mais detalhes das cristas em relação ao doador C. Essas variações podem ocorrer devido a diferenças na composição das marcas de impressão digital entre os doadores, relacionadas a diversos fatores como idade, sexo, dieta, distúrbios metabólicos e patologia da pele (FRICK; CHIDLOW; LEWIS; VAN BRONSWIJK, 2015; GIROD; WEYERMANN, 2014). Além disso, também foi realizada a comparação entre as impressões digitais latentes naturais com ou sem o uso de luz ultravioleta (395 nm), como mostrado na Imagem 2 da Figura 2. Com base nos resultados obtidos foi possível observar que a utilização de luz ultravioleta para a bisamida 3A apresentou níveis detectáveis de fluorescência. Pós fluorescentes quando iluminados com radiação UV aumentam o contraste das marcas de dedo contra o fundo(BALSAN; ROSA; PEREIRA; SANTOS, 2019), mostrado assim que a utilização de substâncias fluorescentes destacam as cristas para detecção de impressões digitais, favorecendo a identificação pelo profissional capacitado.

Figura 1: Síntese de compostos bisamida.



Figura 2: Aplicação de compostos bisamida.



Conclusões

Avaliando a combinação de solvente, base, precursor de paládio e ligante bisamida ,como resultado desta etapa de otimização, foi obtido o seguinte sistema catalítico para acoplamento Suzuki para brometos de arila: PdCl2; Ligante bisamida B1 (0,015 mmol); K2CO3 (1 mmol); EtOH/H2O (6 mL); 70°C, 2hs. Neste estudo é proposto um sistema catalítico eficiente para realizar o acoplamento Suzuki de diferentes substratos com excelentes rendimentos sob condições reacionais brandas, sendo tolerante a diversos substituintes em brometos de arila. As imagens de impressões digitais latentes mostraram boa visibilidade e clareza dos detalhes, pois os pós de bisamidas mostraram alta sensibilidade e também forneceram um contraste satisfatório entre o fundo do substrato e as impressões digitais devido às suas propriedades fluorescentes. Além disso, bisamidas têm mostrado outras vantagens, pois podem ser obtidos por síntese em larga escala, têm estabilidade química, sua reação envolve uma síntese verde e têm baixo custo de produção. Sendo assim, este trabalho apresenta diferentes aplicações utilizando bisamida, mostrando a versatilidade de síntese desta classe de substâncias e também diferentes possibilidades de aplicação.

Agradecimentos

FURG, EQA e CIA-FURG.

Referências

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