ANÁLISIS FITOQUÍMICO DE QUINONAS EN LA PLANTA JUGLANS NEOTROPICA (NOGAL) 1
Oscar Luis Gómez Villamil, Laura Patricia Rocha 2 Beatriz Debía Castillo 1,2 Universidad Distrital Francisco José de Caldas 1 Estudiantes-Productos Naturales 2 Profesor- Productos Naturales Bogotá D.C 17-octubre-2017
RESUMEN Las quinonas son muy abundantes en la naturaleza, en el reino vegetal se encuentran tanto en vegetales superiores como en hongos y bacterias, y dependiendo del grado de complejidad d e su estructura química pueden clasificarse en benzoquinonas, naftoquinonas o antraquinonas si son estructuras monocíclicas, bicíclicas o tricíclicas. La especie juglans neotropica es una planta nativa de la región andina de Colombia y en ella se encuentra gran variedad de compuestos fenólicos y poli-fenólicos como las quinonas, por tal razón se analizó la respectiva planta con el fin de evidenciar compuestos que presentan estas estructuras mediantes reacciones de coloración y cromatografía en capa fina. En este manuscrito se exhiben los resultados del análisis de quinonas para esta planta, generando prueba positiva para cada uno de los ensayos empleados, concluyéndose finalmente que el nogal andino de Bogotá presenta gran diversidad de compuestos quinónicos como antraquinonas y naftoquinonas, con ausencia de benzoquinonas.
Palabras claves Benzoquinonas, Antraquinonas, naftoquinonas, metabolitos secundarios, Reacciones de coloración, Cromatografía en capa fina, juglans neotropica.
ABSTRACT Quinones are abundant in nature, in the vegetal kingdom plant are both vegetable superior fungi and bacteria, and depending on the degree of complexity of its chemical structure they can be classified into benzoquinones, naphthoquinones or anthraquinones are Monocyclic, bicyclic or tricyclic tricyclic structures. The species juglans neotropica is a plant native to the Andean region of Colombia and you will find variety of phenolic compounds and poly-phenolic as Quinones, b y such reason the respective plant was analyzed in order to reveal that compounds These structures is presented through reactions of staining and thin layer chromatography. This manuscript displays the results of the analysis of Quinones for this plant, generating positive test for each of the used tests, concluding finally that the Andean Walnut of Bogotá presents great diversity diversity of quinonoid compounds as Anthraquinones Anthraquinones and naphthoquinones, with absence of benzoquinones.
KEY WORDS Benzoquinones, anthraquinones, naphthoquinones, secondary metabolites, staining, chromatography, thin layer, juglans neotropica reactions.
Introducción Las plantas continúan siendo utilizadas en todo el mundo, para el tratamiento de múltiples enfermedades y nuevos fármacos se desarrollan a partir de la investigación de productos naturales, esto es debido a la gran variedad de metabolitos secundarios que poseen entre los que se incluyen las quinonas, cuya principal características es colorear o pigmentar diferentes materiales utilizados por las personas. Las quinonas son muy abundantes en la naturaleza, en el reino vegetal se encuentran tanto en vegetale s superiores como en hongos y bacterias, y dependiendo del grado de complejidad de su estructura química pueden clasificarse en benzoquinonas, naftoquinonas o antraquinonas si son estructuras monocíclicas, bicíclicas o tricíclicas (Requiees, 2002). El grupo de las benzoquinonas tiene escaso interés desde el punto de vista de la fitoterapia aunque si es necesario conocer su importante poder alergizante. Muchas benzoquinonas y algunas naftoquinonas se comportan como haptenos que al combinarse con los grupos amino o tiol de las macromoléculas pueden inducir dermatitis por sensibilización (Schagger, Cramer and Vonjagow, 1994). Las naftoquinonas son pigmentos naturales, que tienen como característica estructural poseer dos grupos carbonilo en las posiciones 1,4 y con menor frecuencia en 1,2 ó 1,3 en el anillo del naftaleno, de donde deriva su nombre común. En la naturaleza se presentan con grupos hidroxilo y/o metilo como sustituyentes, además de encontrarse en forma libre o condensada con diversos monosacáridos. La distribución de las naftoquinonas es amplia, ya que se han aislado de plantas, hongos, bacterias, e inclusive de animales. Sin embargo, se encuentran en mayor proporción en plantas superiores de determinadas familias de Angiospermas como: Ebenaceae, Droseraceae, Bignoniaceae, Verbenaceae, Plumbaginaceae, Juglandaceae, Boraginaceae, etc. Además de las
propiedades tintóreas de las naftoquinonas y sus derivados, se han descrito importantes actividades biológicas destacando como agentes antiparasitarios, antibacterianos, antifúngicos y anticancerígenos. Debido a ello las naftoquinonas han sido sujeto de estudio por diversos grupos de investigación (Lluvia Itzel López, Leyva and de la Cruz, 2011) Las antraquinonas constituyen el grupo más amplio de las quinonas y son la base y fuente de una cantidad importante de colorantes. Son compuestos aromáticos polihidroxilados mas o menos metilados y su función varía de acuerdo a sus sustituyentes, si poseen dos grupos OH en las posiciones 1 y 2, tienen propiedades colorantes; si éstos se encuentran en las posiciones 1 y 8, el efecto es laxante. (San Marcos, 2015). Las antraquinonas se encuentran libres y al estado de combinaciones glucósiladas. Pueden hallarse en la corteza y la raíz de diversos géneros y especies de las familias: Rubiáceas, Rhamnáceas, poligonáceas, leguminosas, escrofulariáceas, liliáceas, y verbenáceas, en los líquenes, hongos, y en los insectos tintóreos de la familia de los cóccidos(Schagger, Cramer and Vonjagow, 1994). En la figura 1 se observan los grupos de quinonas más relevantes, encontradas en la mayoría de plantas que las poseen.
F igura 1- Grupos de quinonas
El género juglans contiene aproximadamente 23 especies distribuidas en norte, centro y Sudamérica, Europa del este y Asia, las dos especies de mayor importancia económica en el
ámbito mundial son el nogal persa ( juglans regia), altamente comercializado por la calidad de su nuez y el nogal negro ( J. Nigra), apreciado por su excelente madera. En Sudamérica se cuenta con las especies nogal argentino (J. Australis), cuyo rango de distribución es argentina y el sur de Bolivia; nogal boliviano (J. boliviana), del norte de Bolivia, sur y centro del Perú; nogal ven ezolano (J. venezuelensis), el cual se desarrolla en zona montañosa de la costa norte de Venezuela y como arboles aislados en zona fría cerca a caracas. Solo la especie cedro negro (J. neotropica), tiene su rango de distribución en Colombia(Carlos et al., 2003). La familia Juglandaceae son árboles caducifolios, leñosos, de flores monoicas, unisexuales, apétalas, hojas innatas compuestas y espaciadas, y fruto en nuez rodeado de una especie de cúpula. La familia Juglandaceae abarca siete géneros los cuales comprenden aproximadamente 23 especies. En la figura 2 se observan las plantas más conocidas de la familia juglandácea. El nogal es un árbol que mide de ocho a quince metros de altura, con hojas de tres a cuatro centímetros de largo de color verde claro y lisas por el anverso, y en el reverso con pelos suaves Los frutos se encuentran en pares y la semilla es una bellota con forma ovoide. De las hojas se han identificado los monoterpenos borneol, beta-fa mesen o, limoneno, linalol, mirceno, a y p ocimeno, a y (3 pineno y sabineno; Los sesquiterpenos cariofileno, a farneseno y germacreno; y la juglona. En las hojas y pericarpio del fruto se han encontrado los componentes ácidos caféico, clorogénico, cumárico, ferúlico y sinápico. El fruto contiene las quinonas juglona y 1,4-naftaquinona. En la corteza la juglona y regiolona; los triterpenos betulina y ácido botulínico; p sitosterol; el alcaloide berberina; el flavonoide catequina; y el ácido cafeico. La raíz contiene las quinonas juglona, 3-3'-bis-juglona y ciclo-tri-juglona; y beta sitosterol (Salinas, 2004).
Figura 2- plantas más conocidas de la familia juglandácea
Metodología Tomado de la guía de laboratorio “PRÁCTICA DE QUINONAS” de la profesora Beatriz Debía Castillo, del curso productos naturales.
Resultados Los resultados del análisis fitoquímico de quinonas mediantes las reacciones de coloración se encuentra consignado en la tabla 1. En esta tabla se pueden apreciar las tonalidades tomadas por la muestra de cascara de fruto de nogal al momento de aplicar cada reacción especifica.
Figura 3- Cascaras de fruto de nogal empleadas para el desarrollo de la práctica
Tabla 1- Resultados del análisis fitoquímico de la cascara del fruto de nogal evidenciado reacciones de coloración
Metabolitos Secundarios (grupos)
Metabolitos secundarios
Análisis
Resultado
Observaciones
Quinonas
Reacciones generales (H2SO4)
+++
Amarillo claro
Quinonas
Reacciones generales (NaOH)
+++
Rojo
Quinonas
Reacción con Na2S2O4
+++
Amarillo
Naftoquinonas y Antraquinonas
Reacción de Borntrager
+/-
Color amarillo y la fase de benceno decolorada
1,4-naftoquinonas
Naftoquinonas
++
Rojo
Quinonas
Se sabe que las quinonas son colorantes, por tal motivo se decidió teñir una fibra de lana para evidenciar el poder de pigmentación que poseen estos metabolitos secundarios, figura 4. F igura 4- Teñido de la fibra de lana empleando las cascaras del fruto de nogal
La cromatografía en capa fina ayuda a identificar ciertas sustancias que se encuentran presentes en diferentes especies de plantas, y en esta práctica no fue la excepción. Se tomaron diferentes sistemas de solventes consultados por la literatura y al grupo de quinonas que identifican. Tabla 2.
Donde: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Extracto de la fibra 2. Extracto EtOH Extracto acuoso Extracto benzóico Alizarina Juglona
Tabla 2- Mezcla de solventes utilizados para la cromatografía de quinonas
Siste ma I
II
III IV
Mezcla de solventes
Metabolit Polari os dad Secundar ios tolueno:acetato de Naftoquin Apolar etilo:ácido onas fórmico (5,5:4:0,5) acetato de Antraquin Polar etilo:metanol:agua onas (10:1,5:1) tenceno:cloroform Antranqui Apolar o(1:1) nonas tolueno:acetato de Quinonas Polar etilo (1:9)
F igura 6- Placas cromatográficas reveladas en la cámara de UV
Las placas cromatográficas fueron corridas con los sistemas de solventes mencionados en la tabla 2 y reveladas en cámara de radiación UV. Figuras 5 y 6.
Análisis de resultados Como se ha mencionado a lo largo de este manuscrito los compuestos quinónicos son colorantes contenidos en las plantas, por tal motivo las reacciones que se llevaron a cabo para su presencia y análisis son debidas a las tonalidades de colores que cada compuestos da como evidencia. Reacción con H2SO4:
1
6
4
2
4
3
4
2
3
1
6
F igura 5- Placas cromatográficas corridas con los sistemas de solventes.
4
Como se logró evidenciar en la tabla 1 las cascaras del fruto de nogal, al obtenerles un extracto etanólico se les agrego ácido sulfúrico e hidróxido de sodio logrando evidenciar tonalidades color, para el primero amarillo pardo y para el segundo rojo. Ya se había mencionado que la especia J. neotropica contiene la naftoquinona juglona (de ahí el nombre de la especie) está al reaccionar con ácido sulfúrico, sufre una oxidación a acido-3-
hidroxiftálico que genera la tonalidad amarilla fácilmente evidenciable.
En la reacción con hidróxido sodio ocurre una hidrolización, pues es bien sabido que las quinonas se encuentran en las plantas unidos con glucósidos y en el nogal se evidencia la juglona en el estado de 4-b-D-glucósido del 1,4,5-trihidroxinaftaleno, el cual al reaccionar con hidróxido de sodio desprende el glucósido y generando la adición de un grupo hidroxilo en el grupo naftaleno quedando una carga negativa sobre el oxígeno del grupo naftaleno. Responsable de la coloración roja optada en el ensayo.
Reacción de Bornträger La reacción de Bornträger se utiliza frecuentemente para investigar la presencia de principios antraquinónicos en vegetales. Esta reacción consiste en agregar un reactivo alcalino como amoníaco, solución de hidróxido de sodio o de potasio directamente a la droga en polvo o a un extracto y se basa en la coloración roja que dan los derivados antraquinónicos en medio alcalino; la aparición de una coloración anaranjada o roja indicará la presencia de agliconas libres oxidadas y la intensidad del color será proporcional a la concentración de principios activos. En la tabla 1 se evidencia el resultado para esta prueba, donde genero poca coloración, esto es debido a como se mencionó anteriormente la especificidad de esta prueba para identificar compuestos antraquinónicos, y la planta nogal no presenta este tipo de compuestos, por tal razón la coloración esperada no se efectuó a gran escala. Teñido de fibra:
Reacción con Na2S2O4: Se sabe que la juglona es el metabolito principal de esta especie en general, por tal razón es la que incluye mayor participación en todas las reacciones que se evidencian, en este caso este compuesto reacciona con ditionito de sodio, para de esta manera generar una reducción del grupo ceto del anillo naftalenico y evidenciar coloración amarilla.
En la figura 4 se observa el teñido de la fibra de lana, por parte de la juglona, donde este compuesto quinónico, reportando la literatura tiñe la lana o algodón a un color rosa pálido mordentados con sulfato de aluminio. Sin embargo esta fibra fue teñida con el fruto de la cascara del nogal directamente, donde esta planta tiñe diferentes materiales artesanales a castaños, tonalidad de color que se logra evidenciar en la figura 4. La reacción general transcurre de la siguiente manera.
En esta reacción se forma un complejo quelato con el metal responsable de la coloración parda de la lana. Además se sabe que las cascaras del fruto de las plantas de nogal sirven para teñir la piel, esto se debe a que al quitar la cáscara del fruto del nogal, el compuesto hidroxilado incoloro que contiene, se oxida con el aire y da una quinona, la cual reacciona con los grupos activos de la proteína de la piel formando un complejo quinona-proteína coloreado El fruto del nogal además de juglona contiene ácido gálico y ácido cafeico, los cuales en medio alcalino se oxidan produciendo polímeros de color oscuro.
Conclusiones La especia Juglans Neotropica posee en su fruto quinonas, específicamente: naftoquinonas y antraquinonas. No se obtuvo una buena corrida en la cromatografía en capa fina de quinonas debido a la baja concentración de los extractos preparados.
Bibliografía
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Carlos, O. et al. (2003) ‘El cedro negro : una especie promisoria en la zona cafetera’, Cenicafe, 25, pp. 5 – 6. Lluvia Itzel López, L., Leyva, E. and de la Cruz,
R. F. G. (2011) ‘Las naftoquinonas: Más que pigmentos naturals’, Revista Mexicana de Ciencias Farmaceuticas, 42(1), pp. 6 – 17. Requiees, B. (2002) ‘Compuestos Fenólicos: Quinonas’, Quimica avanzada, 1, pp. 16 – 19. Available at: https://botplusweb.portalfarma.com/Documentos/ panorama documentos multimedia/PAM236 PLANTAS MEDICINALES CON QUINONAS.PDF. El implemento de la cromatografía en capa fina es el método de análisis que constituye una primera aproximación y una etapa preliminar imprescindible a la hora de optimizar la aplicación de métodos analíticos más precisos y sofisticados, se realizaba con el fin lograr evidenciar los grupos quinónicos presentes en la muestra, utilizando patrones de referencia como un extracto de juglona, y diferentes sistemas de eluyentes. Se utilizó como revelador una solución básica de hidróxido de amonio, y posteriormente una cámara de revelado ultravioleta (figura 6), donde por lo evidenciado en la figura no se logró obtener un sistema correcto para la separación y visualización de las muestras, queriéndose decir que no se demostró la presencia de estos compuestos por medio de esta técnica.
Salinas, N. R. (2004) ‘Análisis de la actividad de extractos crudos de Juglans regia L., Juglans mollis y Carya illinoensis contra Mycobacterium tuberculosis’, pp. 1– 63.
San Marcos, U. N. M. De (2015) ‘Antraquinonas’. Schagger, H., Cramer, W. A. and Vonjagow, G.
(1994) ‘Quinonas Y Compuestos relacionados’, Analytical Biochemistry, 217(2), pp. 220 – 230. Available at: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S00032 69784711122.
