Desenho, caracterização, estudos DFT e docking molecular de novos híbridos benzofurano–pirazol-acrilamida como agentes inseticidas contra Spodoptera littoralis e Tribolium castaneum

Novas armas para proteger as plantações

Agricultores ao redor do mundo travam uma batalha constante contra insetos que devoram folhas no campo e grãos no armazenamento. Dois culpados especialmente danosos são a lagarta-do-cartucho-egípcio e o besouro-da-farinha-vermelha, que juntos podem destruir grandes parcelas das colheitas e estragar farinha estocada. Este artigo descreve o desenho e os testes de uma nova família de moléculas sintéticas que visam matar essas pragas de forma mais precisa, atuando em seus sistemas nervosos, ao mesmo tempo em que oferecem potencial para riscos menores às pessoas e ao meio ambiente.

Por que essas pragas são um problema tão grande

A lagarta-do-cartucho-egípcio alimenta-se de dezenas de culturas, do algodão e tomate ao trigo e morango, e pode reduzir rendimentos em até metade. O besouro-da-farinha-vermelha, por sua vez, prospera em depósitos de grãos e moinhos quentes, transformando alimento valioso em pó contaminado que ainda cheira mal e pode representar riscos à saúde. Inseticidas existentes costumam ter ação ampla, podem prejudicar organismos não‑alvo e estão perdendo eficácia à medida que os insetos evoluem resistência. Há forte impulso para encontrar novos químicos que atuem de formas mais específicas, de modo que doses menores sejam eficazes e efeitos colaterais indesejados sejam reduzidos.

Construindo um novo tipo de molécula inseticida

A equipe de pesquisa criou oito compostos relacionados que combinam três blocos de construção comprovados frequentemente encontrados em medicamentos: um anel benzofurano, um anel pirazol e um grupo acrilamida. Ao unir esses fragmentos em uma única estrutura e alterar apenas um anel ligado de diferentes maneiras, eles geraram uma pequena “família” de candidatos. Em seguida, usaram ferramentas padrão da química — espectroscopia no infravermelho, ressonância magnética nuclear e espectrometria de massas — para confirmar que cada produto tinha a estrutura pretendida. Paralelamente ao trabalho de bancada, empregaram cálculos avançados para explorar como a forma tridimensional e a distribuição eletrônica de cada composto mudam quando uma parte-chave da molécula alterna entre dois arranjos espelho — conhecidos como formas E e Z.

Testando os novos compostos

Na etapa seguinte, os cientistas mediram a toxicidade dos compostos em larvas de quarto estádio da lagarta-do-cartucho e em besouros adultos da farinha-vermelha. Os insetos foram expostos a diferentes doses em superfícies tratadas, e as mortes foram monitoradas ao longo de três dias. Três moléculas — rotuladas 3a, 3b e 3c — se destacaram, causando alta mortalidade em ambas as espécies, enquanto as demais foram fracas ou inativas. Entre elas, 3a foi a mais potente contra a lagarta, e 3b foi a mais eficaz contra o besouro, alcançando morte total na maior dose testada dentro de 72 horas. Ao comparar os pequenos ajustes químicos entre membros ativos e inativos da família, a equipe constatou que a adição de grupos doadores de elétrons, como metil ou metoxi, em uma posição específica aumentou o poder inseticida, enquanto grupos fortemente retiradores, como nitro ou carboxila, suprimiram em grande parte a atividade.

Investigando o sistema nervoso dos insetos

Para entender como esses compostos agem, os autores recorreram a modelos computacionais da acetilcolinesterase, uma enzima-chave que encerra sinais nervosos degradando um mensageiro químico chamado acetilcolina. Muitos inseticidas clássicos desativam essa enzima. Utilizando docking molecular, a equipe simulou como os compostos 3a, 3b e 3c se encaixam na acetilcolinesterase de ambas as espécies-alvo. Os três foram previstos para se ligar firmemente no bolso ativo por meio de uma rede de contatos hidrofóbicos e ligações de hidrogênio, com forças de ligação comparáveis ou superiores a um inseticida de referência amplamente usado. Simulações de dinâmica molecular adicionais, que acompanham os movimentos dos átomos ao longo do tempo, mostraram que o complexo entre o composto 3b e a enzima permaneceu estável e compacto, sugerindo um efeito de bloqueio persistente. Ao mesmo tempo, triagem ADMET computacional (absorção, distribuição, metabolismo, excreção e toxicidade) indicou que essas moléculas atendem às regras comuns de “drug‑likeness” e provavelmente não são fortemente mutagênicas ou cancerígenas, embora sua natureza oleosa possa limitar formulações simples à base de água.

O que os cálculos eletrônicos revelam

A teoria do funcional da densidade, uma abordagem de modelagem em nível quântico, foi usada para sondar por que pequenas mudanças estruturais geram diferenças tão grandes. Os cálculos mostraram que, para alguns membros da série, especialmente o composto 3c, a forma E apresenta uma lacuna de energia muito pequena entre orbitais eletrônicos chave, tornando‑a altamente reativa e um forte aceptor de elétrons. Outros membros, como 3b, foram previstos preferir a forma Z, que oferece melhor alinhamento de elétrons e maiores momentos dipolares. Essas sutis características eletrônicas influenciam quão bem uma molécula pode interagir com o alvo enzimático ou com superfícies, e ajudam a explicar por que certas variantes se ligam mais firmemente mesmo que não sejam as mais reativas na teoria. Dessa forma, o estudo conecta a forma e a distribuição de carga de uma molécula diretamente ao seu impacto biológico.

Para onde esse trabalho pode levar

No geral, o estudo identifica um pequeno conjunto de híbridos benzofurano–pirazol–acrilamida, especialmente os compostos 3a, 3b e 3c, como leads promissores para novos inseticidas contra duas pragas de importância econômica. Ensaios de laboratório mostram que eles podem matar lagartas e besouros em concentrações relativamente baixas, e modelos computacionais sugerem que atuam bloqueando firmemente uma enzima nervosa vital enquanto exibem características de segurança aceitáveis. Embora sejam necessários muitos mais testes em condições reais e sobre organismos não‑alvo, esses resultados delineiam um caminho racional para projetar agentes de controle de pragas de próxima geração que sejam ao mesmo tempo potentes e mais precisamente direcionados aos seus alvos.

Citação: El-Bana, G.G., Fouad, M.R., Deeb, A.D.H. et al. Design, characterization, DFT studies, and molecular docking of new benzofuran–pyrazol-acrylamide hybrids as insecticidal agents against Spodoptera littoralis and Tribolium castaneum. Sci Rep 16, 10344 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39839-z

Palavras-chave: projeto de inseticida, inibidores da acetilcolinesterase, controle de pragas agrícolas, híbridos benzofurano pirazol, toxicologia computacional