Alcaloides
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ALCALOIDES GENERALIDADES Los alcaloides constituyen un grupo de compuestos secundarios que contienen nitrógeno, a menudo formando parte de un anillo heterocíclico, con carácter más o menos básico, de distribución restringida y dotados, a dosis débiles, de propiedades farmacológicas marcadas.
HISTORIA
El término alcaloide, etimológicamente proviene del árabe del griego e i d o s , de aspecto.
, la al kaly
sosa y
Fue en 1819 cuando W. Meissner los definió como “sustancias naturales que reaccionan como bases, como los álcalis”.
La entrada en escena de Pelletier, un naturalista y químico francés que en 1820 preparó el alcaloide activo de la corteza de la quina al que llamó quinina, le da un impulso al estudio de los productos naturales. Después de este éxito, Pelletier aisló diversos alcaloides más, entre ellos la atropina (de la Atropa belladona) y la estricnina (de la Strychnos nux- vomica). Junto con Caventou, aislaron en 1817 una sustancia activa de las hojas de vegetales verdes, a la que llamaron clorofila. En 1910 Winterstein y Trier, denominan a los alcaloides como compuestos básicos, nitrogenados, de origen vegetal o animal.
Quinina
Atropina
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N
N O
O Estricinina
Ya las culturas precolombinas utilizaban plantas que contenían alcaloides para sus ceremonias mágico-religiosas, es así como tanto en Méjico como en el Perú antiguos, se observan artefactos que conmemoran las plantas que contenían este tipo de compuestos.
Méjico antiguo. Dos hallazgos importantes se encontraron: el primero una escultura con danzantes alrededor de un hongo alucinógeno; y la segunda se trata de la estatua Azteca de Xochipilli (príncipe de las flores) donde se observan la flor de tabaco y el sombrero de un hongo ( Psylocibe aztecorum). Perú antiguo. Un hallazgo interesante es el relieve donde se encuentra un chamán sujetando un cactus sagrado. Templo de Chavin de Huántar, 1000 a. C.
LOCALIZACIÓN En las plantas, los alcaloides se encuentran en forma de combinaciones solubles al estado de sales o sales de ácidos orgánicos. Los ácidos orgánicos más frecuentes son: benzoico, cinámico, hidroxifenilpropiónico, 3-metilbutìrico, tíglico, trópico, truxílico y tricarboxílicos. Acido benzoico O
Acido trans cinámico O
OH
Acido tíglico
Me
OH
Acido hidroxifenilpropiónico
Me CO2H
CO 2H H
OH
3-metilbutírico Me CO 2H
Me
Ácido trópico
H CH2OH CO2H
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Los alcaloides se localizan generalmente en: raíces, cortezas, semillas, hojas, frutos, rizomas, látex y sumidades. Tabla 1.
Tabla 1. Alcaloides. Plantas y actividades farmacológicas
Ubicación
Planta
Nombre científico
Alcaloide
Acción
Raiz
Ipecacuanha
Psychotria ipecacuanha
Emetina
Emético
Semillas
Cacao
Theobroma cacao L.
Teobromina
Estimulante
Frutos
Cicuta
Conium maculatum
Coniina
Venenosa
Tabaco
Nicotiana tabacum
Nicotina
Estimulante
Coca
Erythroxylon coca
Cocaína
Anestésico local
Corteza
Quina
Cinchona officinalis
Quinina
Antimalárico
Rizomas
Hidrastis
Hydrastis canadensis
Hidrastina
Vasoconstrictor
Sumidades
Efedra
Ephedra cinica
Efedrina
Broncodilatador
Látex
Opio
Papaver somniferum
Morfina
Analgésico
Hojas
CONTENIDO La cantidad de alcaloide presente en una planta es muy variada, puede ser de algunas partes por millón ( p.p.m) como en la Vinblastina de Catharantus roseus; o de porcentajes mayores al 10% como es el caso de la Quinina en la Cinchona.
Vinblastina (usada en el tratamiento del cáncer)
Quinina (usada en el tratamiento de la malaria)
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PAPEL DE LOS ALCALOIDES Aunque no hay consenso general y puesto que su función aún no es clara, algunos autores consideran que:
Es una forma de almacenamiento de nitrógeno. En la interacción entre plantas y depredadores, protegen a las primeras frente a las agresiones de los segundos.
Son sustancias de reserva o reguladores del crecimiento.
Son desechos de las rutas metabólicas del vegetal.
Hay que observar que algunas de estas afirmaciones tienen seguidores y detractores.
ESTRUCTURA QUÍMICA Los alcaloides son un grupo muy heterogéneo de compuestos con estructuras muy variadas y generalmente complejas.
1) Todos contienen C, H y N.
N N
Ejemplo: Nicotina
CH3
2) Algunos presentan oxígeno Ejemplo: Lofoforina
3) El nitrógeno que contienen puede formar parte de un anillo (lo más habitual es N -heterociclo). Ejemplo: Escopolamina
Me N O CH2OH OCCHPh O
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4) Se presentan casos donde el N no hace parte del anillo. Ejemplo: Mescalina
CLASIFICACIÓN DE LOS ALCALOIDES Los alcaloides se pueden clasificar según: 1 ) Biogénesis o 2) Solubilidad
1. BIOGÉNESIS
Con base en su biogénesis, los alcaloides se pueden organizar en cuatro grupos:
1.1. ALCALOIDES VERDADEROS. El nitrógeno que presentan hace parte de un heterociclo, tienen naturaleza básica, se encuentran normalmente al estado de sales y proceden biogenéticamente de aminoácidos.
Me N
CO 2Me
Ejemplo: Cocaína
OCPh O 1.2. PROTOALCALOIDES. Presentan el nitrógeno extracíclico y son aminas relativamente sencillas. Provienen desde los aminoácidos.
OH NHMe Ejemplo: Efedrina
Me
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1.3. PSEUDOALCALOIDES. Aunque poseen todas las características de los alcaloides, su diferencia radica en que no derivan de aminoácidos.
Ejemplo: Coniina
N
Me
H
1.4. ALCALOIDES IMPERFECTOS. Este tipo de alcaloide se deriva de las bases púricas (adenina, guanina, xantina). Sin embargo, no precipitan con los reactivos específicos para alcaloides.
CH3 O Ejemplo: Teofilina
H3C
N
N
O
N H
N
2. SOLUBILIDAD Con base en su solubilidad, estos alcaloides también se pueden catalogar en cuatro grupos: 2.1. AMINAS PRIMARIAS, SECUNDARIAS Y TERCIARIAS
Estos alcaloides son solubles en solventes orgánicos. La formación de sales solubles en agua se puede lograr al tratarlos con ácidos minerales diluidos (1-10%). Por ejemplo, atropina.
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2.2. ALCALOIDES DE AMONIO CUATERNARIO Se caracterizan porque permanecen ionizados en medios ácido o básico. Son solubles en agua y solventes muy polares como el etanol. Por ejemplo, el hidróxido de berberina. O N
O
OH OCH3
Hidróxido de berberina
OCH3
2.3. OXIDOS DE AMINA Poseen en su estructura N -óxido, están ionizados y son solubles en agua y solventes polares a cualquier pH. Ejemplo, N- óxido de retronecina.
2.4. ALCALOIDES FENÓLICOS Además de poseer la amina primaria, secundaria o terciaria, presentan uno o varios hidroxilos fenólicos. Estos alcaloides, al ser tratados con ácidos minerales diluidos, pueden formar sales solubles en agua. Al mezclarlos con NaOH (álcali fuerte) o NH4OH, forman fenóxidos solubles en agua. Para extraer estos alcaloides con un solvente no miscible en agua la sal del alcaloide, disuelta en agua, se alcaliniza con una base débil, por ejemplo, bicarbonato de sodio; así forma la base del alcaloide y no el fenóxido. Ejemplo, norlaudanosolina.
HO
norlaudanosolina
HO
NH OH OH
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NOMENCLATURA Uno de los inconvenientes de los alcaloides es que no presentan sistematización, es decir, son difíciles de nombrar . Su terminación es “- ina”. Son denominados de acuerdo:
1. A la especie que los contiene
Ephedra sp.
→
Efedrina
2. Al nombre vulgar de la especie Ergot del cornezuelo → que los produce del centeno
Ergotamina
3. Al género a partir del cual se ha Papaver → obtenido (Papaver somniferum)
Papaverina
4. A la actividad farmacológica
Emetina
5. Al nombre o dioses
de
Emético
→
Jean Nicot (embajador francés en Lisboa que envió personas semillas de la planta de tabaco a Francia) → Morfeo (Dios griego del sueño)
→ Nicotina
Morfina
BIOSÍNTESIS DE LOS ALCALOIDES Dentro de la gama que presentan los alcaloides y considerando aquellos que provienen de los aminoácidos (alcaloides verdaderos), se pueden considerar cuatro grupos:
Alcaloides derivados de Ornitina
Alcaloides derivados de Lisina
Alcaloides derivados de Fenilalanina y Tirosina
Alcaloides derivados del Triptófano
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ALCALOIDES DERIVADOS DE LA ORNITINA Dentro de este grupo se encuentran:
1) Pirrolidínicos 2) Tropánicos 3) Pirrolicidínicos 4) Derivados del ácido nicotínico
NÚCLEOS ALCALOIDALES DERIVADOS DEL AMINOÁCIDO ORNITINA Pirrolidínico
Ácido nicotínico CO 2H
N N CO 2H NH2
H2 N Ornitina
N N Tropánico
Pirrolicidínico
1. ALCALOIDES CON ESTRUCTURA PIRROLIDÍNICA Las pirrolidinas se caracterizan por poseer un anillo hetorocíclico de cinco miembros. Ejemplos de éstas, se tienen:
Estrachidrina (
Cuscohigrina
Higrina
( Atropa belladona)
(Erythroxylum sp.)
O
CO 2
N Me
Me
O
N
N
N
Me
Me
Me
Me
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2. ALCALOIDES CON ESTRUCTURA TROPANICA Este tipo de alcaloide se caracteriza por presentar una estructura bicíclica puenteada con un nitrógeno, el cual a su vez posee un grupo metilo.
Cocaína
Escopolamina
Atropina
(Erythroxylum coca)
(Scopolia sp.)
(Atropa belladona)
Me N O CH2OH OCCHPh O Ferrugina ( )
Me N
Bellendina ()
Me N
H
Escopina ()
Me N
O Me
CPh
O
O
O OH
ALCALOIDES CON ESTRUCTURA PIRROLICIDÍNICA Se observa un biciclo, con nitrógeno compartido entre los anillos de cinco miembros.
Retronecina ()
HO
H N
CH2OH
Supinidina ()
H N
CH2OH
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Platinecina ()
HO
CH2OH
H
Heliotridina ()
HO
H
N
CH2OH
N
Monocrotalina ()
O
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HO OH Me C C Me O C CH O O
C H2 N
Lasiocarpina () H HO CMe2 Me C HO C CH(OMe)Me C Me O O O O C H2 N
3. ALCALOIDES DERIVADOS DEL ÁCIDO NICOTÍNICO Algunos investigadores han agrupado a los alcaloides piridínicos como derivados del aminoácido ornitina.
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ALGUNOS ALCALOIDES DERIVADOS DEL ÁCIDO NICOTÍNICO Anabasina N N
H
Nicotina
Anatabina Ácido nicotínico CO 2H
N CH3
N
N H
N N Cantleyina
Cotinina N N
O
MeO2C
OH Me3
CH3 N
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ALCALOIDES DERIVADOS DEL AMINOÁCIDO LISINA Entre los alcaloides derivados de lisina se encuentran: 1. Piperidínicos 2. Quinolicidínicos
NÚCLEOS ALCALOIDALES DERIVADOS DE LA LISINA
1. ALCALOIDES PIPERIDÍNICOS Las piperidinas se caracterizan por poseer un anillo hetorocíclico de seis miembros. Ejemplos:
(+) – Pelletierina ()
Sedamina ()
O N H
H
HO H Me
N Me
H
Ph
Lobelina
Anaferina
(Lobelia sp.)
( Whitania sp.)
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Piperina ()
Esquitantina ()
2. ALCALOIDES QUINOLICIDÍNICOS Estos alcaloides presentan un biciclo, donde el nitrógeno es compartido por los anillos de seis miembros.
Lupinina ()
Esparteína ()
Angustifolina () H H NH
Matrina () O
N H
O
N H
H
H
H
N Citisina ()
Tinctorina () H NMe
NH N O
N O
H
