ÁREA
Química Orgânica
Autores
Oliveira, M.B. (UFES) ; Alves, T.A. (UFES) ; Alves, T.A. (UFES) ; Bigui, W.C.C. (UFES) ; Silva, A.F.B. (UFES) ; Lima, A.M.A. (UFV) ; Teixeira, R.R. (UFV) ; Queiroz, V.T. (UFES) ; Praça-fontes, M.M. (UFES) ; Costa, A.V. (UFES)
RESUMO
Devido a ampla bioatividade dos 1,2,3-triazóis e a alta demanda por novos compostos para atuar no controle de pragas que prejudicam lavouras, o objetivo do estudo foi sintetizar 1,2,3-triazóis derivados do glicerol e avaliar seu potencial fitotóxico sobre Lactuca sativa. Os compostos obtidos via reação “click” e devidamente caracterizados, apresentaram rendimentos superiores a 55%. Quanto à atividade fitotóxica: %G não foi influenciada por nenhum tratamento; IVG apresentou inibição para os compostos 4j e 4k; e CR apresentou inibição nas sementes tratadas com a molécula 4k. A reação “click” mostrou-se eficiente para síntese de 1,2,3-triazóis. Os bioensaios indicaram que o triazol 4l não apresentou fitotoxicidade sobre as sementes de L. sativa, podendo ser utilizado como herbicida.
Palavras Chaves
Fitotoxicidade; Herbicidas; Heterociclos nitrogenados
Introdução
É incontestável o papel crucial que as atividades agrícolas desempenham para o desenvolvimento econômico de um país, em especial para aqueles com altos índices de produtividade e exportação, como o Brasil (SOUZA et al., 2023; VIEIRA FILHO e GASQUES 2023). Diante disso, torna-se imprescindível implementar medidas de controle contra doenças e pragas que acometem lavouras, tendo em vista o impacto significativo na segurança alimentar em larga escala. O desenvolvimento de plantas daninhas é uma grave problemática na produção agrícola, devido a ampla competição por recursos como luz, água e nutrientes com diversas culturas, que pode causar uma perda de aproximadamente 34% nas produções em todo o mundo (GALON et al., 2020; LIU et al., 2019). A principal forma de manejo dessas espécies ocorre através do emprego de herbicidas. Contudo, o uso exacerbado desse controle facilita o desenvolvimento de organismos resistentes àqueles utilizados atualmente, fazendo-se necessária a investigação contínua pelo desenvolvimento de novos herbicidas com diferentes princípios ativos (JIANG et al., 2023; SALOMÃO; FERRO; RUAS, 2020). Nesse sentido, os 1,2,3-triazóis representam uma classe de compostos promissora para obtenção de novos herbicidas (BARCELOS et al., 2023; NEJMA et al., 2018). Esses heterociclos aromáticos de cinco membros de origem exclusivamente sintética, podem ser obtidos por meio de metodologia clássicas ou modernas. A reação de cicloadição 1,3-dipolar entre um alcino terminal e uma azida, catalisada por cobre, um tipo de reação “click”, é a mais comumente empregada devido às condições brandas reacionais (MELO et al., 2006; SHARPLESS; KOLB; FINN, 2001). Além disso, os 1,2,3-triazóis são compostos alvo de diversos estudos devido às suas diversificadas aplicações e atividades biológicas, das quais incluem-se: antifúngica, antibacteriana, leishmanicida, antimalárica e herbicida (ADDO et al., 2022; DHEER; SINGH; SHANKAR, 2017; OUBELLA et al., 2022) Para avaliação do potencial herbicida, bem como da atividade fitotóxica desses compostos, são conduzidos bioensaios vegetais. Essa ferramenta é indicada por se tratar de testes rápidos e de baixo custo e utilizando modelos vegetais que possuem pequenas e numerosas sementes, como a Lactuca sativa (COSTA et al., 2017, 2020; BARCELOS et al., 2023). Nestes ensaios, parâmetros relacionados ao desenvolvimento inicial das plântulas são avaliados e os resultados obtidos permitem a análise do potencial herbicida das substâncias teste, direcionando novas etapas de estudos acerca do modo de controle no organismo alvo, por exemplo (VALENTE et al., 2022). Perante o exposto, o objetivo do presente trabalho foi sintetizar e posteriormente avaliar o potencial efeito fitotóxico de três novos 1,2,3- triazóis, utilizando o glicerol como material de partida, sobre sementes de Lactuca sativa.
Material e métodos
Os 1,2,3-triazóis com porção 1,4-dissubstituída (4j, 4k e 4l) foram obtidos por meio de uma rota sintética desenvolvida em quatro etapas, conforme demonstrado na Figura 1. O material de partida utilizado para síntese foi o glicerol, subproduto gerado em grande quantidade na formação do biodiesel. Para obtenção dos derivados triazólicos, a azida (3) (1,00 g, 6,40 mmol), o alcino correspondente a cada triazol (9,60 mmol), a solução aquosa de álcool terc-butílico (1:1 v v-1, 12,0 mL), a solução aquosa de CuSO4.5H2O (0,100 mol L- 1, 1,00 mL, 0,0960 mmol), e o ascorbato de sódio (0,0600 g, 0,288 mmol) foram adicionados a um balão de fundo redondo e a mistura reacional foi agitada a 50°C durante 8 h. Após o final da reação, a fase orgânica foi extraída com diclorometano (3 x 20,0 mL) e os 1,2,3-triazóis (4j, 4k e 4l) obtidos foram purificados por cromatografia em coluna de sílica gel. Os triazóis foram devidamente caracterizados quanto à sua estrutura química via Infravermelho, Massas e RMN de 1H e 13C. Os compostos também foram submetidos à ensaios biológicos a fim de avaliar-se a potencial atividade fitotóxica contra as sementes da planta modelo (alface), obtidas comercialmente. Cinco soluções nas concentrações de 300, 150, 75, 50 e 25 µg mL-1 de cada triazol foram preparadas, juntamente com os controles negativos, água destilada e DCM, e o controle positivo, glifosato, um herbicida comercial, na concentração recomendada pelo fabricante (0,1%). O experimento seguiu o método de aplicação contínua das soluções teste, sendo realizado em quadruplicatas, com 25 sementes por repetição, totalizando 100 sementes por tratamento, (ALVES et al., 2021). A germinação das sementes foi avaliada em intervalos de 8 h durante 48 h. Após o tempo total de exposição das sementes aos tratamentos, avaliaram-se os seguintes parâmetros: porcentagem de germinação (%G), índice de velocidade de germinação (IVG) e crescimento radicular (CR). Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância (ANOVA) e as médias obtidas foram comparadas pelo teste de Dunnett a 5% de significância (VASCONCELOS et al., 2022). Todas as análises estatísticas foram realizadas no programa GENES (CRUZ, 2013).
Resultado e discussão
Os derivados triazólicos do glicerol foram sintetizados em apenas quatro etapas,
de acordo com a proposta sintética apresentada na Figura 1. Inicialmente, o
glicerol sofreu reação de condensação, na presença de ácido p-
toluenossulfônico, como catalisador, e sulfato de cobre anidro para obtenção de
(1). Em seguida, a conversão do aceto-álcool (1) no sulfonato (2) ocorreu via
reação de substituição nucleofílica bimolecular (SN2), na presença de piridina
como solvente. Esse tipo de reação também foi empregado para obtenção de (3), a
partir da substituição nucleofílica do grupamento tosila de (2) pela azida de
sódio, utilizando-se dimetilformamida como solvente. Todos os compostos
intermediários (1, 2 e 3) foram sintetizados e purificados por coluna
cromatográfica com sílica gel, sendo obtidos com rendimentos satisfatórios de
63%, 75% e 93%, respectivamente (COSTA et al., 2020).
A última etapa da rota sintética consistiu na síntese dos derivados 1,2,3-
triazólicos (4j, 4k e 4l) via reação de cicloadição 1,3-dipolar entre três
alcinos terminais distintos e a azida orgânica (3), utilizando-se quantidades
catalíticas de cobre (Cu(I)). Os compostos de interesse foram obtidos com
rendimentos moderados de 61%, 57% e 68%.
As evidências de formação dos compostos supracitados foram dadas através da
análise dos espectros no infravermelho, RMN de 1H e 13C e Massas. A título de
exemplificação, no espectro de IV do triazol 4j, observou-se uma banda de
absorção intensa referente a deformação axial da ligação N=N em 1211 cm-1. No
espectro de RMN 1H, foi observado um simpleto em δH 7,80, característico do
hidrogênio de anel triazólico. A análise dos demais espectros dos triazóis 4k e
4l foi feita analogamente, uma vez que a única diferença entre eles é a posição
do grupo metoxila. Esses dados comprovam que as transformações decorridas ao
longo da rota sintética de fato levaram à obtenção dos compostos de interesse.
Existem diversas metodologias relatadas na literatura para obtenção de derivados
1,2,3-triazólicos. O procedimento adotado no presente trabalho está englobado na
categoria de reação “click”, descrito inicialmente por Sharpless, Kolb e Finn
(2001), a partir do uso de Cu(I) como catalisador da reação, gerado in situ a
partir da redução de CuSO4.5H2O pelo agente redutor ascorbato de sódio. Esse
tipo de reação ocorre em baixas temperaturas, com curto tempo reacional e leva á
formação exclusiva do regioisômero 1,2,3-triazol-1,4-dissubstituído, como
observado neste estudo. Resultados semelhantes foram encontrados por Costa et
al. (2017) e Barcelos et al. (2023) ao também utilizarem a reação “click” como
ferramenta para obtenção de 1,2,3-triazóis.
Uma vez sintetizados, os compostos foram submetidos aos bioensaios vegetais a
fim de avaliar o efeito fitótoxico dos três triazóis (4j,4k e 4l) em sementes
de Lactuca sativa, planta modelo utilizada, conforme exposto na Figura 2. Diante
disso, as médias seguidas pela letra a se igualaram com controle negativo água,
as médias seguidas pela letra b se igualaram ao controle negativo diclorometano
(DCM) e as médias seguidas pela letra c se igualaram ao controle positivo
glifosato, de acordo com teste de Dunnett (p>0,05). Onde: %G - porcentagem de
sementes germinadas; IVG - índice de velocidade de germinação; CR - crescimento
radicular das plântulas.
As avaliações biológicas demonstraram o efeito diferencial dos compostos de
acordo com a posição orto, meta e para do grupamento metóxi. A molécula 4l
(posição meta do grupamento metóxi) não apresentou diferença estatística aos
controles negativos para nenhuma das variáveis avaliadas (Figura 2). Essa baixa
atividade fitotóxica também foi observada por Costa et al. (2017) ao
investigarem 1,2,3-triazóis com adição de diferentes grupamentos metila.
A variável %G não apresentou alteração entre tratamentos e controles em nenhuma
molécula (Figura 2). Esse resultado é de certa maneira esperado, pois tal
variável é relatada na literatura como a menos sensível em ensaios fitotóxicos,
apresentando alteração significativa apenas frente à alta toxicidade (COSTA et
al., 2017, 2020; BARCELOS et al., 2023).
Por outro lado, a variável germinativa IVG apresentou inibição na molécula 4j
nas concentrações de 500 e 25 µg mL-1 e a molécula 4k nas concentrações 500 e
150 µg mL-1 (Figura 2). O IVG é um parâmetro germinativo com maior sensibilidade
a agentes tóxicos, sofrendo inibição mesmo quando o agente-teste não possui alta
toxicidade (COSTA et al., 2017).
O CR foi inibido nas plântulas tratadas com a molécula 4k na concentração de 150
µg mL-1. Esse resultado demonstra que o grupamento metóxi na posição orto
apresentou maior toxicidade quanto ao desenvolvimento inicial de plântulas de
alface, quando comparado com as posições meta e para.
Em contrapartida, o CR também foi induzido nas concentrações 150, 75, 50 e 25 µg
mL-1 do triazol 4j e nas concentrações 50 e 25 µg mL-1 do triazol 4k (Figura 2).
Essa indução de 1,2,3-triazóis derivados do glicerol também foi observada em
compostos com diferentes grupos metilas (COSTA et al., 2017, 2020). Desta forma,
infere-se que o comportamento indutivo pode estar relacionado com a interação do
grupamento metilado com os hormônios vegetais responsáveis pelo desenvolvimento
inicial das radículas.
Parâmetros germinativos de sementes de Lactuca \r\nsativa após 48 h de exposição às moléculas 4j, 4k e \r\n4l (300, 150, 75, 50 e 25 µg mL-1) e aos controles.
Conclusões
A obtenção dos 1,2,3-triazóis substituídos com grupamento metóxi em diferentes posições foi bem sucedida e ocorreu a partir de transformações químicas realizadas no material de partida, o glicerol. Portanto, constata-se que a rota sintética proposta foi eficiente e altamente seletiva, uma vez que os compostos foram facilmente purificados e obtidos com bons rendimentos. Com relação aos ensaios biológicos, conclui-se que o triazol 4l com grupamento metóxi na posição meta, não apresentou toxicidade frente ao desenvolvimento inicial da alface. O composto 4j com o grupamento metoxi na posição para, apresentou efeito indutor do crescimento das radículas. Já a molécula 4k com o grupamento metoxi na posição orto apresentou maior toxicidade, sendo a concentração 150 µg mL-1 a mais tóxica. Essas evidências podem estar associadas à posição do grupo metóxi em cada triazol e indicam a sua interferência em rotas hormonais imprescindíveis para o desenvolvimento de plantas.
Agradecimentos
Os autores agradecem à FAPES, CNPq, CAPES - Código de Financiamento 001, GEAPS e UFES por todo apoio.
Referências
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