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

2.9. Ensayos de reconocimiento.......................................................................................... 17

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 biogenéticas entre varias clases de sesquiterpenlactonas

Figura 6. Biogénesis de Ambrosanólidos y Helenanólidos

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 extracto crudo de

sesquiterpenlactonas del Parthenium schottii, Compositae.

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 formación 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 de RMN-1H de las

sesquiterpenlactonas muestran señales

Características: 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

protón 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

farmacológica, puesto que tienen amplia funcionalidad biológica, que les permite

ser usado incluso ante enfermedades como la tuberculosis y la malaria. A pesar

de no ser muy abundantes, estas sustancias amargas están presentes en todas

las plantas especialmente en las hojas y tallos en concentraciones que varian

desde 0,01% y 8,00%

4. BIBLIOGRAFIA

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capítulo 1.

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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).

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Ediciones paidós, Pontifica universidad Catolica del Perú.