Compuestos tipo cembrano naturales y algunos análogos sintéticos como potenciales agentes antifouling (2013)
Los estudios de bioprospección en los octocorales del Caribe colombiano Pseudoplexaura flagellosa y Eunicea knighti permitieron aislar e identificar dieciséis compuestos tipo cembrano, encontrando que los ocho compuestos aislados de la fracción orgánica de P. flagellosa son epímeros en C-8 (1-8). Los compuestos 2, 4 y 6 son reportados por primera vez y aunque los compuestos 1, 3, 5, 7 y 8 han sido reportados previamente, sus estructuras y asignaciones de RMN fueron revisadas, completadas o corregidas en estos cembranos según cada caso. Las estructuras de estos compuestos fueron establecidas con base en los análisis detallados de sus datos espectroscópicos. Adicionalmente, la configuración relativa de los compuestos 1-3 y 7 fue confirmada mediante el análisis de difracción de Rayos-X de los cristales y la configuración absoluta de los compuestos 1-8 fue determinada usando una combinación del método modificado de Mosher e interconversiones químicas inequívocas. De la fracción orgánica del octocoral E. knighti fueron aislados como constituyentes menores tres nuevos diterpenos 9-11, junto con los cembranos conocidos 12-16. Las estereoestructuras de los compuestos nuevos fueron determinadas mediante un análisis detallado de los datos espectroscópicos, y una combinación de transformaciones químicas y el método modificado de Mosher. Todos los cembranos aislados (1-16) fueron evaluados para establecer sus propiedades antifouling usando los bioensayos de inhibición de quorum sensing (QS) e inhibición del biofilm bacteriano, estableciendo que los compuestos 3, 6, 7, 10, 11 y 14 tienen excelente actividad inhibitoria de QS contra la cepa biosensora Chromobacterium violaceum, la cual fue establecida mediante inhibición de la producción del pigmento violeta sin interferir en su crecimiento. Adicionalmente, los compuestos 3, 5, 6, 8, 9, 11 y 16 exhibieron inhibición de la maduración del biofilm bacteriano en las cepas Pseudomonas aeruginosa, Vibrio harveyi y Staphylococcus aureus. Por lo anterior se puede concluir que 3, 6, 7, 10, 11 y 14 fueron los compuestos más activos en los dos bioensayos, lo que los hace excelentes agentes antifouling y a su vez pueden ser considerados como potenciales aditivos ambientalmente amigables en las pinturas comerciales antifouling. Algunos compuestos tipo cembrano reportados en este trabajo presentan mejores valores de inhibición de QS y de biofilm bacteriano que los reportados para la mayoría de los compuestos aislados previamente de organismos marinos. También es importante mencionar que en esta investigación se hizo el primer reporte de compuestos tipo cembrano como inhibidores del biofilm bacteriano y como inhibidores de QS en C. violaceum. Sobre la base de lo anterior se pudo establecer que los cembranos naturales presentan propiedades antifouling, pero la interacción estructura-función no ha sido esclarecida, por lo cual treinta y cuatro análogos de cembranos fueron sintetizados a partir de seis cembranos naturales (1, 3, 4, 13, 15 y 16) los cuales fueron usados como cabezas de serie. Los análogos sintéticos (17-50) obtenidos a través de transformaciones químicas selectas fueron evaluados in vitro contra los sistemas de QS y como inhibidores de la formación y maduración del biofilm bacteriano en las cepas anteriormente mencionadas, encontrando que la mitad de los análogos ensayados presentaron una superior actividad inhibitoria de QS y del biofilm bacteriano que los compuestos precursores; principalmente los cembranos 17, 18, 20, 21, 23, 27, 28, 35-37 presentaron los mejores valores de inhibición y algunos compuestos (18, 23 y 28) mostraron una alta efectividad, hasta tres veces superior que los precursores naturales. Este selecto grupo de cembranos estructuralmente relacionados pueden ser usados como inhibidores de QS y del biofilm bacteriano, lo que los hace excelentes candidatos para ser usados como agentes activos en pinturas antifouling comerciales, ya que los compuestos inhibidores del biofilm e inhibidores de QS son a menudo considerados como potentes agentes antifouling. Teniendo en cuenta lo anterior se planeó un ensayo de campo diseñado por nosotros, el cual consistió en preparar diferentes formulaciones de pinturas antifouling utilizando el compuesto que presentó la mejor actividad inhibitoria de los sistemas de QS y de la formación del biofilm bacteriano en los ensayos in vitro, y que a su vez pudiera ser obtenido en cantidades del orden de gramos. De este modo se escogió el cembrano 28 para hacer una mejor aproximación a la realidad de sus propiedades antifouling al ser usado como aditivo en un recubrimiento industrial en condiciones naturales y de mayor interacción con diversos organismos del fouling en el océano. Los resultados permitieron establecer que los sustratos tratados con el compuesto 28 previnieron completamente el asentamiento del macrofouling durante el periodo de prueba y es importante notar que algunos cirripedios y bivalvos fueron observados en el lugar donde se realizó el experimento, pero no en los sustratos utilizados. La formulación con el compuesto 28 previno el asentamiento de microorganismos en un 50% durante los seis meses que duró la prueba, mientras que los controles fueron completamente cubiertos por organismos del fouling como algas filamentosas, esponjas, tunicados, gusanos, poliquetos, tubícolas y cianobacterias. Se estableció una aproximación sintética para la obtención del cembrano 19 el cual presentó la mejor actividad antifouling en los ensayos in vitro y en campo, a partir de la macrociclización del C9-alcohol propargílico 16 y el cloruro C10-alílico 6. Se logró desarrollar una ruta sintética que permitió obtener los precursores 15 y 6 con altos rendimientos y en cantidades del orden de gramos a partir de materiales de partida comercialmente disponibles, económicos y sencillos. Sin embargo, el paso final de macrociclización no fue desarrollado debido al bajo rendimiento en la obtención del compuesto 16, aunque es de resaltar que se desarrolló una ruta sintética exitosa en la obtención de los compuestos 15 y 6. Nuevos intentos para lograr la conversión de 15 en 16 con mejores rendimientos están siendo realizados en este momento en nuestro grupo de investigación, para lograr concluir la síntesis total de este compuesto, ya que la estrategia sintética ha sido desarrollada en más de un 90%. Finalmente, el trabajo desarrollado durante esta tesis tuvo unos alcances excelentes y sorprendentes que permitieron ir mas allá de los objetivos planteados inicialmente, logrando hacer un aporte significativo a la comunidad científica, principalmente en las áreas de productos naturales, síntesis, RMN y estereoquímica.