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SESQUITERPENLACTONAS

ALEJANDRO OSSA BUITRAGO LAURA VANESSA MORALES ERAZO

UNIVERSIDAD DEL QUINDÍO FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y TECNOLOGÍAS PROGRAMA DE QUÍMICA ARMENIA-QUINDÍO 2012


SESQUITERPENLACTONAS

ALEJANDRO OSSA BUITRAGO LAURA VANESSA MORALES ERAZO

Milton Gómez Barrera, Q.F.U.N.

UNIVERSIDAD DEL QUINDÍO FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y TECNOLOGÍAS PROGRAMA DE QUÍMICA ARMENIA-QUINDÍO 2012


Tabla de contenido INTRODUCCIÓN ..............................................................................................................................4 1.

OBJETIVOS ...........................................................................................................................5

1.1.

Objetivo general ................................................................................................................5

1.2.

Objetivos específicos ........................................................................................................5

2.

SESQUITERPENLACTONAS .............................................................................................6

2.1.

Definición ............................................................................................................................6

2.2.

Clasificación .......................................................................................................................6

2.3.

Nomenclatura.....................................................................................................................7

2.4.

Biosíntesis ..........................................................................................................................8

2.5.

Distribución y estado natural ...........................................................................................9

2.6.

Extracción ........................................................................................................................ 12

2.7.

Separación y Análisis Cromatografico ........................................................................ 12

2.8.

Análisis instrumentales .................................................................................................. 13

2.8.1.

Espectrometria de Masas ......................................................................................... 13

2.8.1.1. Guayanolidos ................................................................................................................ 14 2.8.2.

Espectrometria de RMN-H ........................................................................................ 15

2.8.3.

Espectrometria RMN-13C........................................................................................... 16

2.8.4.

Espectrometría infrarrojo........................................................................................... 16

2.8.5.

Espectrometría ultravioleta ....................................................................................... 17 Ensayos de reconocimiento.......................................................................................... 17

2.9. 2.9.1.

Hiidroxamato Férrico.................................................................................................. 17

2.9.2.

Legal ............................................................................................................................. 17

2.9.3.

Kedde ........................................................................................................................... 17

2.9.4.

Raymond ..................................................................................................................... 18

2.9.5.

Baljet............................................................................................................................. 18

2.9.6.

Espejo de plata ........................................................................................................... 18

2.10.

Actividad biológica y ensayos .................................................................................. 18

3.

CONCLUSIONES............................................................................................................... 20

4.

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................... 21


INTRODUCCIÓN

Las

sesquiterpenlactonas

son

metabolitos

secundarios

derivados

biogenéticamente de los sesquiterpenos, conforman un grupo numéricamente importante de sustancias evocadas bajo el nombre de "principios amargos" encontradas en hongos, briofitas y en algunas angiospermas de las familias Apiaceae, Lauraceae y mayoritariamente en la Asteraceae, de la que se han aislado aproximadamente 3000 estructuras diferentes. Dichos “principios amargos” se encuentran en todas las partes de las plantas en concentraciones que varían entre 0.01 y 8,00% del peso seco, frecuentemente se localizan en los pelos secretores situados a nivel de los tallos, hojas y brácteas de las inflorescencias, al igual que en los aquenios y raramente en los órganos subterráneos constituyen uno de los mayores grupos de productos naturales, son bastante solubles en cloroformo y éter etílico. Dentro de las actividades fitotoxicas de las sesquiterpenlactonas, se pueden incluir: Alergénicas, antivirales, antitumorales, anti fúngicas, entre otras. Estos esqueletos lactónicos son primariamente clasificados en base a su esqueleto carbociclico como

germacronólidos, guaianólidos, eudesmanólidos y

pseudo guaianólidos, entre otros (Ugaz, 2002).


1. OBJETIVOS

1.1.

Objetivo general

Conocer los conceptos relacionados con las sesquiterpenlactonas, metabolitos secundarios

presentes

en

algunas

especies

de

plantas

a

diferentes

concentraciones. 1.2.

Objetivos específicos

Reconocer las diferentes clasificaciones de las sesquiterpenlactonas

Conocer las reacciones de identificación de estos metabolitos secundarios

Comprender la nomenclatura de las sesquiterpenlactonas


2. SESQUITERPENLACTONAS

2.1.

Definición

Las sesquiterpenlactonas, son metabolitos secundarios

derivados de los

sesquiterpenos (Terpenoides de quince carbonos) en cuya estructura se incluye un anillo lactónico (Figura 1.)

Figura 1. Estructura básica de una sesquiterpenlactona En modelo de resortes y bolitas

2.2.

Clasificación

Las sesquiterpenlactonas se clasifican comúnmente de acuerdo con el tipo de núcleo que posean con la terminación ólido que indica la existencia de un grupo funcional lactona (Figura 2); por ejemplo las que tienen el núcleo tipo Germacrano se las llama Germacranólidos; las que tienen el núcleo tipo Eremofilano son


Eremofilanólidos, las que contengan núcleo tipo Eudesmano son Eudesmanólidos, Heliangólidos , Michampanólidos, etc.

Figura 2. Estructuras y numeración de carbonos en seis núcleos diferentes de sesquiterpenlactonas

2.3.

Nomenclatura

Debido a la gran diversidad estructural de las sesquiterpenlactonas, no se cuenta con unas normas claras para su nomenclatura, por esto se acostumbra denominarlas con nombres vulgares como: Helenalina, Mexicanina, Artemisinina, entre otros, aunque también se nombran relacionando el núcleo básico y los


sustituyentes. La Figura 2 muestra varios núcleos de sesquiterpenlactonas, y la manera como se enumeran los átomos de carbono del núcleo básico.

2.4.

Biosíntesis

Las sesquiterpenlactonas se originan a partir de farnesilpirofosfato como los demás sesquiterpenos naturales. La Figura 3 esquematiza la biogénesis de los cationes I, II, III y IV, a partir de los cuales se origina la mayoría de sesquiterpenos.

La lactonización del precursor sesquiterpenoide parece producirse por un mecanismo de oxidación de un grupo metilo hasta carboxilo, la oxidación de un carbono adyacente y finalmente la deshidratación entre los grupos carboxilo e hidroxilo formados. La Figura 4 describe este proceso.

En una forma similar se cree que se biosintetizan las otras clases de sesquiterpenlactonas. La Figura 5 muestra las relaciones biogenéticas propuestas para las diversas clases de sesquiterpenlactonas. La Figura 6 muestra un esquema propuesto para la biogénesis de ambrosanólidos y helenanólidos. (Greissman, Et al. 1969)

Figura 3. Biogénesis de los cationes precursores de sesquiterpenos


Figura 4. Biogénesis anillo lactónico de las sesquiterpenlactonas

2.5.

Distribución y estado natural

Las sesquiterpenlactonas son constituyentes característicos de plantas de la familia de las compuestas, aunque se han encontrado en otras pocas plantas de familias como magnoliáceas, umbelíferas, y lauráceas. Hasta 1983 se habían reportado unas 1.000 sesquiterpenlactonas naturales. Las concentraciones de sesquiterpenlactonas pueden variar entre el 0.01 y el 8% del peso seco, y se las encuentra generalmente en hojas y partes floridas. Se las puede encontrar en forma libre principalmente, y raramente en forma glicosídica


Figura 5. Interrelaciones biogenĂŠticas entre varias clases de sesquiterpenlactonas


Figura 6. Biog茅nesis de Ambrosan贸lidos y Helenan贸lidos


2.6.

Extracción

Debido a que la gran mayoría de sesquiterpenlactonas naturales se encuentran en forma libre en las plantas que las poseen, tienen las propiedades de solubilidad características de la gran mayoría de terpenoides, y son por lo tanto solubles en solventes relativamente apolares como cloroformo, benceno, éter etílico, etc.; siendo el cloroformo el más usado para su extracción. Algunos autores recomiendan extraer el material vegetal seco y molido con cloroformo. El extracto concentrado se redisuelve en etanol caliente y se añade solución acuosa de acetato de plomo al 4%, con lo cual se precipitan sustancias más polares. Luego de filtrar, el filtrado se concentra y se somete a cromatografía. (Sanabria, 1983)

2.7.

Separación y Análisis Cromatografico

Las sesquiterpenlactonas pueden

separarse

y analizarse bien

sea por

cromatografía en columna o cromatografía en capa fina, utilizando sílice gel y eluentes como: Cloroformo: Metanol 9:1, Cloroformo: Metanol 19:1, Cloroformo: Éter etílico 4:1, Cloroformo: Éter etílico 5:1, Benceno: Acetona 4:1, Benceno: Acetato de Etilo 5:5, etc. Como agentes visualizadores (Reveladores) para los análisis por Cromatografía en capa fina pueden utilizarse: Acido sulfúrico concentrado y calentamiento, Vapores de yodo, Luz Ultravioleta 254 nm o Permanganato de potasio al 1%. También se han reportado otros reveladores para las sesquiterpenlactonas. Actualmente, se pueden separar y analizar mezclas de sesquiterpenlactonas en poco tiempo, por cromatografía líquida de alta eficiencia. La

Figura

7

muestra

el

cronograma

HPLC

del

sesquiterpenlactonas del Parthenium schottii, Compositae.

extracto

crudo

de


Figura 7. Cromatograma HPLC del extracto crudo de sesquiterpenlactonas de Parthenium sp Compositae (Columan ODS, Eluente acetonitrilo/agua, detección 215nm)

2.8.

Análisis instrumentales

La estructura química de las sesquiterpenlactonas se elucida a partir de datos obtenidos principalmente de los análisis por espectroscopía infrarrojo, ultravioleta, y espectrometría de masas y de Resonancia Magnética nuclear. Más recientemente se utiliza mucho la difracción de rayos X18 y la Resonancia Nuclear de Carbono.

2.8.1. Espectrometria de Masas Se han realizado investigaciones sobre la Espectrometría de masas de Germacranólidos, Guayanólidos, etc.; pero debido a la gran diversidad estructural de las sesquiterpenlactonas encontradas, no se tienen

todavía unas normas

claras de fragmentación como en el caso de otros productos naturales.


2.8.1.1. Guayanolidos Un estudio de alta resolución para la grosmicina (Figura 8) reveló que todos los iones de masa superior a 145 se originan por pérdidas consecutivas de fragmentos pequeños como agua, metilo, monóxido de carbono y etileno. Se observó también que el fragmento m/z=136 se origina por un mecanismo probable como el mostrado en la Figura 8. La retención de la carga por el anillo carbocíclico más pequeño se observa también en los espectros de otros guayanólidos más oxigenados como p.ej. Canina, Rupina-A, Rupina-B (Figura 9).

Figura 8. Mecanismo de formación del ion m/z 136 de la Gromicina


Figura 9. mecanismo de formaci贸n del ion m/z 111 en los espectros de masas de canina y rupinas A y B

2.8.2. Espectrometria de RMN-H Los

espectros

sesquiterpenlactonas

de

RMN-1H muestran

de

las

se帽ales

Caracter铆sticas: Los grupos metileno terminales aparecen como 2 dobletes entre 6.0-6.2 y 5.6-5.5 ppm, con constantes de acoplamiento de aprox. 3 Hz. Los grupos metilos ligados al anillo saturado aparecen como dobletes J=7 Hz alrededor de 1.1 ppm. Y en el sistema el prot贸n 6 aparece como doblete (J=10 Hz) entre 4.4-5.0 ppm. Como doblete (J=10 Hz) entre 4.4-5.0 ppm. Los protones 7 y 8 aparecen como dobles tripletes a 4.5 ppm.


2.8.3. Espectrometria RMN-13C

En la figura a continuación se muestran algunos valores característicos de los desplazamientos de RMN-C13 de dos sesquiterpenlactonas. Esta espectrometría a diferencia de RMN-H1 es mucho más útil para la identificación de este tipo de productos naturales.

Figura 10. Espectrometria RMN-C13 a. Valores hallados experimentalmente. B. valores calculados con software

2.8.4. Espectrometría infrarrojo El grupo carbonilo de las lactonas saturadas absorbe alrededor de 1770 cm -1, el carbonilo de las alfa-beta insaturadas da señal alrededor de 1795 cm-1 cuando hay variaciones estructurales como fusiones trans de los anillos, el carbonilo de la ciclopentanona absorbe a 1740 cm-1

y el de la ciclopentanona a 1620 cm-1,

finalmente el grupo exometileno ligado al anillo lactónico absorbe a 1665, 1405, 965 y 890 cm-1.


2.8.5. Espectrometría ultravioleta Las sesquiterpenlactonas saturadas no absorben por encima de 200 nm. Las sesquiterpenlactonas a, b-insaturadas absorben fuertemente entre 205-225 nm (E= 5000-14000). La presencia de sistemas ciclohexanona o de ciclopentanona origina máximos de absorción a 214-230 nm (E=10000) que cumplen las Reglas de Woodward.

2.9.

Ensayos de reconocimiento

Para el reconocimiento de la presecia de productos naturales como las sesquiterpenlactonas en una muestra, se utilizan frecuentemente los siguientes ensayos:

2.9.1. Hiidroxamato Férrico La muestra se disuelve en etanol, se añade solución de clorhidrato de hidroxilamina y KOH. La mezcla se calienta hasta que aparezca una espuma de color rojizo. Se enfría y se acidula con HCl. Se añade cloruro férrico y se forma una coloración violeta. Esta prueba la dan positiva en general todas las sustancias con funcionalidad éster o lactona como p.ej. las cumarinas, y se basa en la formación de un complejo entre el ácido hidroxámico formado y el cloruro férrico.

2.9.2. Legal Las sesquiterpenlactonas con anillos g-lactona a, b-insaturados producen coloración rosa cuando se disuelven en piridina, se añade nitro prusiato de sodio y un álcali. La prueba también la dan positiva las lactonas b, g-insaturadas cuando no se controla el pH, ya que se isomerizan en medio alcalino. La prueba también la dan positiva las metiléncetonas.

2.9.3. Kedde A la muestra disuelta en alcohol se añade ácido 3,5- dinitrobenzoico y KOH. Se producen coloraciones violetas o azules que desaparecen después de una hora. La prueba también la dan positiva los cardenólidos.


2.9.4. Raymond A la muestra disuelta en alcohol se agrega m-dinitrobenceno y NaOH. Se producen coloraciones violeta que desaparecen rápidamente. Los cardenólidos también dan positiva esta prueba.

2.9.5. Baljet Las sesquiterpenlactonas producen coloraciones naranja cuando se tratan con picrato de sodio o potasio.

2.9.6. Espejo de plata Las

lactonas

a,b-

y

b,¡-insaturadas

reducen

el

reactivo

de

Tollens

(AgNO3/NaOH/NH4OH) formando un "espejo de plata". Las lactonas b,¡insaturadas son reductores tan fuertes que reducen el reactivo aún en ausencia de NaOH por lo cual se pueden diferenciar de las a,b-insaturadas.

2.10. Actividad biológica y ensayos

A las sesquiterpenlactonas se han asociado actividades biológicas tales como: Acción citotóxica, antiinflamatoria, antitumoral, antibacterial, antidermatitis en humanos, venenosa, insecticida, antimicótica , inhibidores del crecimiento de las plantas. La actividad citotóxica de las sesquiterpenlactonas ha sido relacionada con el anillo lactónico provisto del grupo exometileno. Por otro lado, la presencia de un grupo carbonilo a,b-insaturado ha sido asociada con la acción citoprotectora de algunas sesquiterpénlactonas. Se ha estudiado la actividad antitumoral de sesquiterpenlactonas relacionadas a la helenalina .La actividad antimicrobiana también ha sido evaluada. Un hecho interesante es que la artemisinina, una sesquiterpenlactona aislada de varias plantas del género Artemisia compuestas, es 50 veces más activa contra el parásito de la malaria Plasmodium falciparum, que la cloroquina, y parece ser que su acción se relaciona con la presencia de una funcionalidad peróxido, su estructura, biosíntesis y función han sido publicadas recientemente8, así como se han obtenido derivados sintéticos estructuralmente


relacionados y con mayor actividad. En 1990 Mankil y col. reportaron la reducción de la artemisinina hasta (+)- deoxoartemisinina, siendo ésta última 8 veces más potente contra el parásito Plasmodium falciparum en ensayos in vitro, que el producto

natural.

Oketch-Rabah

y

col.,

han

reportado

que

el

16,17-

dihidrobraquicalixólido, de Vernonia brachycalyx, Asteráceas, es activo in vitro contra los parásitos de la malaria y la leishmaniasis. También se ha reportado la actividad de eudesmanólidos contra el microorganismo causante de la tuberculosis Mycobacterium tuberculosis. Existen dos ensayos preliminares que pueden utilizarse para evaluar sesquiterpenlactonas y otras sustancias naturales potencialmente citotóxicas o antitumorales, y estos bioensayos son con larvas de camarón marino Artemia salina (ECM), y el ensayo con discos de papa Solanum tuberosum (EDP) . En el bioensayo ECM se determina la mortalidad de larvas de camarón marino frente a diferentes concentraciones de un extracto o sustancia vegetal, y se obtienen los valores LC50. Estos valores se analizan para determinar la posible toxicidad al animal de las sustancias probadas. En el bioensayo EDP se determina en discos de papa infectados con una línea de células tumorales de la bacteria Agrobacterium tumeofaciens, el grado de aumento o disminución del número de tumores frente a diferentes concentraciones de extractos o sustancias vegetales a ensayar. (Dey et al, 1991). Para la evaluación de la actividad antiinflamatoria, se utiliza ampliamente el ensayo del edema inducido con carrageenano en ratones. (Schinella et al, 1998)


3. CONCLUSIONES Las sesquiterpenlactonas son metabolitos secundarios

de gran importancia

farmacol贸gica, puesto que tienen amplia funcionalidad biol贸gica, que les permite ser usado incluso ante enfermedades como la tuberculosis y la malaria.

A pesar

de no ser muy abundantes, estas sustancias amargas est谩n presentes en todas las plantas especialmente en las hojas y tallos en concentraciones que varian desde 0,01% y 8,00%


4. BIBLIOGRAFIA DEY P.M., Harborne J.B., eds., "Methods in Plant Biochemistry", Vol. 6: Assays for bioactivity, Hostettmann J. ed., Academic Press, London-San Diego, 1991, capítulo 1. DOMÍNGUEZ X.A., "Métodos de investigación Fitoquímica", Editorial Limusa, México, 1979. GEISSMAN T.A., CROUT D.H.G., "Organic chemistry of secondary metabolism", Freeman & Cooper Co., San Francisco, 1969. GROS E.G., POMILIO A.B., SELDES A.M., Burton G., "Introducción al estudio de los productos naturales", Monografía No. 30, Serie de Química, O.E.A., Washington, 1985. OKETCH-RABAH, H. A., y col., PLANTA MED. 64, 559-562, 1998. SANABRIA G.A., "Análisis fitoquímico preliminar", Departamento de Farmacia, Universidad Nacional de Colombia, 1983. SCHINELLA, G. R., y col., J. PHARM. PHARMACOL. 50, 1069-74 (1998). UGAZ, Olga. Análisis Fitoquimico y metabolitos secundarios. Ed. 1, Perú: Ediciones paidós, Pontifica universidad Catolica del Perú.

Sesquiterpenlactonas  

El documento es una breve revision bibliografica respecto a uno de los metabolitos secundarios con presencia mas abundante en las plantas.

Sesquiterpenlactonas  

El documento es una breve revision bibliografica respecto a uno de los metabolitos secundarios con presencia mas abundante en las plantas.

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