Novos compostos bioativos relacionados às espécies Homalinotus depressus (Coleptera: Curculionidae), Pseudomonas veronii (Pseudomonadales: Pseudomonadaceae) e Micromonospora echimospora (Actinomycetales: Micromonosporaceae)

Orientador : Prof. Dr. Paulo Henrique Gorgatti ZarbinTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 19/02/2016Inclui referências : f. 151-166Área de concentração : Química OrgânicaResumo: Este trabalho descreve aspectos relacionados à ecologia química de três espécies distintas (uma espécie de inseto e duas de bactérias), abordando desde a criação dos organismos em condições de laboratório com o objetivo de realizar a extração de voláteis e posterior identificação estrutural, síntese, estudos biossintéticos e de determinação de bioatividade. Desta maneira, o trabalho está dividido em dois capítulos. O primeiro capítulo discute de aspectos relacionados à identificação e síntese do feromônio de agregação do besouro Homalinotus depressus (Coleoptera: Curculionidae), cuja população tem crescido constantemente na região norte do Brasil, levando a perdas financeiras de grandes proporções na produção de coco. Devido a aspectos biológicos da espécie, acredita-se que o uso de feromônios no controle da praga é promissor. Respostas comportamentais de H. depressus a extratos de aeração de coespecíficos sugerem a presença de um feromônio de agregação produzido pelos machos. As análises destes extratos em GC revelaram a presença de quatro compostos macho-específicos. O conjunto de dados analíticos sugeriu que o componente minoritário da mistura estaria relacionado à estrutura da isoforona, que foi confirmada através da co-injeção com um padrão analítico. Algumas reações foram propostas a partir da isoforona, com o objetivo de identificar os demais componentes da mistura. A reação de epoxidação resultou na epóxi-isoforona, a qual coelui com um dos compostos macho-específicos. Através das análises em GC-FTIR e GC-MS e da redução da epóxi-isoforna com NaBH4, o composto majoritário foi identificado como 4,4,6-trimetil-7-oxa-biciclo[4.1.0]heptan-2-ol (homalinol). A preparação diastereoseletiva dos estereoisômeros syn e anti do homalinol e a comparação de seus respectivos perfis cromatográficos permitiu a determinação da configuração relativa do composto majoritário como syn. Ambos os enantiômeros do syn-homalinol foram obtidos em bons excessos enantioméricos via biocatálise e a configuração absoluta do homalinol natural foi determinada como (1R,2R,6S). Bioensaios em olfatômetro-Y e em campo demonstraram que o componente majoritário sintético puro ou em mistura com os demais compostos macho-específicos é atrativo para H. depressus. A segunda parte do trabalho relata a identificação, síntese e biossíntese de nitrilas voláteis emitidas por culturas das bactérias Pseudomonas veronii e Micromonospora echinospora. Os voláteis produzidos por culturas de P. veronii R02 e M. echinospora DSM 43816 foram coletados por aparato de trapeamento em circuito fechado (CLSA) e analisados por GC-MS. Análises prévias à realização deste trabalho permitiram a identificação de diversos compostos presentes nos extratos de ambas as espécies, assim como a detecção de nitrilas de cadeia longa, não identificadas. Foram detectados seis compostos nos extratos de P. veronii R02 e onze compostos nos extratos de M. echinospora DSM43816 contendo a função nitrila. Através da análise dos respectivos índices de retenção, espectros de massas e dados oriundos de derivatização com disulfeto de dimetila (DMDS) foram elaboradas propostas estruturais para as nitrilas presentes nos extratos de ambas as espécies. As propostas foram confirmadas através da síntese de padrões. Em P. veronii R02 foram identificadas as seguintes estruturas: (Z)-tetradec-7-enonitrila, tetradecanonitrila, pentadecanonitrila, (Z)-hexadec-9-enonitrila, hexadecanonitrila e (Z)-octadec-11- enonitrila. Em M.echinospora DSM43816 foram identificadas as seguintes estruturas: (Z)-12-metiltridec-3-enonitrila, (E)-12-metiltridec-3-enonitrila, (Z)-tetradec-3- enonitrila, (E)-tetradec-3-enonitrila, (Z)-13-metiltetradec-3-enonitrila, (Z)-12- metiltetradec-3-enonitrila, (E)-13-metiltetradec-3-enonitrila, 13- metiltetradecanonitrila, (Z)-pentadec-3-enonitrila, (Z)-14-metilpentadec-3-enonitrila e (Z)-hexadec-3-enonitrila. Através da síntese e aplicação de compostos isotopicamente marcados às culturas foi possível elaborar propostas biossintéticas para a obtenção das nitrilas naturais em ambas as espécies. Estudos de atividade antimicrobiana preliminares demonstraram que a E/Z-pentadec-3-enonitrila é capaz de inibir o crescimento de culturas de Staphylococcus aureus.Abstract: This project describes aspects related to the chemical ecology of three different species (one insect and two bacteria species), approaching since the organism rearing in laboratory conditions, aiming the extraction of volatiles followed by sctructural elucidation, synthesis, biosynthetic studies, and bioactivity determination. In this way this thesis is divided in two distinct chapters. The first chapted describes aspects related to the identification and synthesis of the aggregation pheromone produced by the beetle Homalinotus depressus (Coleoptera: Curculionidae), whose population has constantly increased on the Brazilian Northern region, leading to heavy financial losses on coconut production. Due to biological aspects of the species, the use of pheromones in pest management programs is promising. The behavioral responses of H. depressus to conspecifics aeration extracts suggested the presence of a maleproduced aggregation pheromone. GC analyses of these extracts revealed the presence of four male-specific compounds. Analytical dataset suggested the identity of the minor component as isophorone which was confirmed by co-injection with an analytical standard. Several reactions were proposed starting from isophorone in order to identify the remaining components. The epoxydation reaction resulted in epoxyisophorone, which co-eluted with one of the male-specific compounds. By GCFTIR and GC-MS analyses and NaBH4 reduction of epoxyisophorone the major compound was identified as 4,4,6-trimetil-7-oxa-biciclo[4.1.0]heptan-2-ol (homalinol). Diastereoselective preparation of syn and anti stereoisomers of homalinol and the comparison of their respective chromatographic profiles allowed the determination of the relative configuration of the major compound as syn. Both enantiomers of syn-homalinol were obtained in high enantiomeric excesses by biocatalysis and the absolute configuration on natural homalinol was determined as (1R,2R,6S). Y-tube olfactometer and field bioassays demonstrated that the synthetic major compound pure or as a mixture of all the male specific compounds is attractive to H. depressus. The second chapter describes the identification, synthesis and biosynthesis of volatile nitriles released by bacterial cultures of Pseudomonas veronii and Micromonospora echinospora. Volatiles produced by P. veronii R02 and M. echinospora DSM 43816 cultures were collected by closed loop striping apparatus (CLSA) and analyzed by GC-MS. Previous analyses allowed the identification of several compounds in extracts from both species and the detection of unidentified long chain nitriles. Six nitriles were detected on extracts from P. veronii R02 and eleven from M. echinospora DSM43816. Structural proposals for the nitriles contained on extracts from both species we performed through the analysis of the respective retention indexes, mass spectra and dimethyl disulfide (DMDS) derivatisations data. The proposed structures were confirmed by synthesizing standards. The following structures were identified on P. veronii R02: (Z)-tetradec-7-enenitrile, tetradecanenitrile, pentadecanenitrile, (Z)-hexadec-9-enenitrile, hexadecanenitrile e (Z)-octadec-11-enenitrile. The following structures were identified on M.echinospora DSM43816: (Z)-12-methyltridec-3-enenitrile, (E)-12-methyltridec-3-enenitrile, (Z)- tetradec-3-enenitrile, (E)-tetradec-3-enenitrile, (Z)-13-methyltetradec-3-enenitrile, (Z)- 12-methyltetradec-3-enenitrile, (E)-13-methyltetradec-3-enenitrile, 13- methyltetradecanenitrile, (Z)-pentadec-3-enenitrile, (Z)-14-methylpentadec-3- enenitrile and (Z)-hexadec-3-enenitrile. It was possible to propose biosynthetic routes to the natural nitriles through synthesis and application of isotopically labeled compounds to the cultures. Preliminary antimicrobial activity studies showed that pentadec-3-enenitrile is active against growth of Staphylococcus aureus culture