Síntese de um derivado da quinazolinona e seu uso como um sensor fluorescente reutilizável para detecção de ácidos e bases voláteis

Área

Síntese orgânica verde

Autores

Silva Néto, J.V. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO) ; Teixeira, R. (UNIVERSITY OF NOTTINGHAM) ; Silva, R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO) ; de Lucas, N.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO) ; Garden, S.J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO)

Resumo

Quinazolinonas são uma classe de compostos N-heterocíclicos que apresentam diversas propriedades biológicas e potencial como corantes funcionais. Convencionalmente, a síntese de derivados de quinazolinona é realizada fazendo uso de catalisadores compostos por paládio ou cobre, sob condições de alta temperatura e longos tempos de reação. O presente trabalho teve por objetivo sintetizar um derivado de quinazolinona, a 11H-pirido[2,1-b]quinazolin-11-ona, e desenvolver um sensor a partir dela. Foram utilizadas técnicas espectroscópicas e espectrométricas na caracterização do produto, que foi obtido em apenas 2 horas, com 83% de rendimento. Em seguida o produto foi utilizado em estudos para o desenvolvimento de um sensor fluorescente reutilizável para detecção de ácidos e bases voláteis.

Palavras chaves

Quinazolinona; Sensor; Fluorescência

Introdução

As quinazolinonas são uma classe de compostos N-heterocíclicos já conhecidos pelos químicos desde o século XIX. Há um grande interesse nestes compostos devido a ampla gama de propriedades biológicas que seus derivados apresentam [SHANG, et al. 2018]. Seus derivados têm sido utilizados como corantes funcionais e como materiais ópticos não lineares. [HAN, et al. 2022; JIA, et al. 2018; JIA, et al. 2019]. São conhecidas diversas rotas sintéticas para a obtenção de derivados de quinazolinona e, convencionalmente, os métodos de síntese envolvem aquecimento por muitas horas e uso de catalisadores baseados em metais de transição como paládio e cobre [LIU, et al. 2017; CHEN, et al. 2015; YU, et al. 2013]. Mas nas últimas décadas, devido a uma maior consciência da importância da conservação e preservação dos recursos naturais, tem crescido na Química o interesse por abordagens mais sustentáveis na síntese de moléculas de interesse, seguindo os princípios da Química Verde [JUN LI, et al. 2008; KHARISSOVA, et al. 2019]. Quinazolinonas apresentam reatividade frente à ácidos e bases e podem exibir emissão de fluorescência, o que confere a elas o potencial para o desenvolvimento de sensores fluorescentes. Sensores são dispositivos que detectam e quantificam de maneira precisa as mudanças em um ambiente. Sensores fluorescentes fazem uso da variação na emissão de fotoluminescência como seu mecanismo de sinalização de mudança no meio [LAKOWICZ, J. R. 2006]. Neste trabalho foi desenvolvido um método, livre de uso de solvente e sem a necessidade de uso de catalisador, para a síntese da 11H-pirido[2,1- b]quinazolin-11-ona. Além disso, também se buscou explorar a aplicação desta molécula fluorescente como um sensor "turn-on/off" para detecção de ácidos e bases voláteis.

Material e métodos

Para a realização do trabalho, foram adquiridos e utilizados, sem necessidade de purificação, os solventes PA acetato de etila (VETEC), DMSO (VETEC) e diclorometano HPLC (Tedia). Os reagentes 2-bromopiridina, antranilato de metila, ácido clorídrico (HCl), ácido acético (AcOH) e ácido trifluoroacético (TFA) foram adquiridos na Sigma-Aldrich (Merck) e usados conforme recebidos. Em um frasco vial de vidro incolor com tampa (volume de 4 mL), foram adicionados 2-bromopiridina (0,632 g, 4,0 mmol) e antranilato de metila (0,665 g, 4,4 mmol). O sistema foi aquecido a 150°C por 2 h, momento em que a mistura de reação se solidificou e a cromatografia em camada delgada revelou a ausência de substratos no meio. A mistura de reação foi deixada esfriar e foi então solubilizada por aquecimento com DMSO (3 x 2 mL). Esta solução de DMSO foi adicionada uma solução aquosa de NH4OH 10% (40 mL), o que resultou na precipitação do produto bruto. O sólido foi isolado por filtração, lavado com água e deixado secar ao ar. O produto bruto foi então solubilizado em acetato de etila e adsorvido em sílica cromatográfica. O material adsorvido em sílica foi aplicado a uma coluna curta de sílica cromatográfica e foi eluído com acetato de etila. As frações contendo o produto foram identificadas por cromatografia em camada delgada, unidas e evaporadas sob pressão reduzida para dar origem ao produto, um sólido amarelo. As placas sensores fluorescentes de sílica adsorvida com 11H-pirido[2,1- b]quinazolin-11-ona foram preparadas e as medições de fluorescência de estado sólido foram registradas usando um espectrofluorômetro da Edinburgh Instruments, modelo FS5, acoplado a um suporte de amostra sólida.

Resultado e discussão

Na Figura 1 está apresentado o esquema reacional e o rendimento do produto obtido, a 11H-pirido[2,1-b]quinazolin-11-ona. Foram utilizados como reagentes 2- bromopiridina e antranilato de metila, um produto natural muito utilizado como flavorizante industrialmente [LUO, et al. 2019]. Obteve-se um rendimento de 83% para esse novo método, livre do uso de solventes e de catalisadores metálicos caros e tóxicos, que necessita de um curto tempo de reação, de apenas 2 horas, tempo menor do que o de outros trabalhos, que variavam de 4h a 48h [LIU, et al. 2017; YU, et al. 2013]. O produto foi caracterizado por RMN de H e 13C, por espectrometria de massa de alta resolução, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, espectroscopia de absorção UV-Vis e por espectroscopia de emissão de fluorescência. Tendo em vista que este produto apresentou sensibilidade à presença de ácidos e bases, variando reversivelmente sua luminescência, ele foi adsorvido em placas de sílica e sua aplicação como um sensor fluorescente do tipo "turn-on/off" foi estudada. As placas “neutras” aumentam a intensidade do brilho na presença de ácidos voláteis e estas placas, expostas a ácidos, após serem expostas a vapores de amônia ou de aminas voláteis, diminuíam suas intensidades de emissão em valores próximos aos das placas “neutras”, de forma reversível e cíclica, sem perda de eficiência mesmo após dezenas ciclos de exposição à ácido e base. A Figura 2 exibe um gráfico da intensidade de emissão das placas de sílica modificadas com 11H-pirido[2,1-b]quinazolin-11-ona em função da presença de vapor de ácido ou de base e foto da emissão destas placas antes e após a exposição de vapores de ácido acético, ácido clorídrico e ácido trifluoroacético.

Esquema reacional da síntese da 11H-pirido[2,1- b]quinazolin-11-ona.


Intensidade de emissão das placas de sílica modificadas em função da presença de vapor de ácido ou de base e foto da emissão destas placas.

Conclusões

Este novo método de síntese da 11H-pirido[2,1-b]quinazolin-11-ona apresentou rendimento de 83%, demonstrando ser eficaz para o preparo desta substância sem a necessidade de se utilizar solvente e catalisadores metálicos caros na reação. Além disso, essa substância adsorvida em placas de sílica apresentou propriedades sensíveis à presença de vapores de ácidos e bases, propriedade que pode ser explorada tecnologicamente a fim de se desenvolver novos sensores fluorescentes baratos, de fácil preparação e reutilizáveis para a detecção de ácidos e bases voláteis.

Agradecimentos

Os autores agradecem às agências CAPES, CNPq e FAPERJ pela assistência financeira e bolsas de pesquisa.

Referências

SHANG, et al. Biologically active quinoline and quinazoline alkaloids part I. Med Res Rev; 38: 775–828. 2018. https://doi.org/10.1002/med.21466
HAN, et al. Novel pyridoquinazolinone dyes for dye sensitized solar cells. Tetrahedron; 108, 132658. 2022. https://doi.org/10.1016/j.tet.2022.132658
JIA, et al. New quinazolinone derivatives and its nonlinear optical properties. Chemical Physics Letters; 708, 201-209. 2018. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2018.08.017
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CHEN, et al. Palladium-Catalyzed Carbonylative Cyclization of Arenes by C-H Bond Activation with DMF as the Carbonyl Source. Chemistry – A European Journal; 21, 46, 16370-13373. 2015. https://doi.org/10.1002/chem.201503314
YU, et al. Copper-Catalyzed Aerobic Oxidative C-H and C-C Functionalization of 1-[2-(Arylamino)aryl]ethanones Leading to Acridone Derivatives. Chemistry – A European Journal; 19, 13, 4271-4277. 2013. https://doi.org/10.1002/chem.201204169
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LAKOWICZ, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy, Springer, New York, USA, 3rd edn., 2006.
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