RUTA DEL ACIDO SHIKÍMICO PARA P ARA OBTENER FENOLES, ÁCIDOS FENÓLICOS Y CUMARINAS CUMARINAS
ACIDO SHIKÍMICO El ácido shikímico se aisló inicialmente en 1885 de la planta asiática "SHIKIMI-NOKI" Illicium sp. sp. (Fam. Illiciaceae) y es reconocido como el compuesto punto de partida para un vasto número de sustancias naturales. Su existencia como un discreto constituyente vegetal, ha sido observado en años recientes, pero no hay duda de que es el metabolito universal de las plantas superiores y de muchas clases de organismos no mamíferos. Podemos afirmar que el ácido shikímico es el precursor de la mayoría de constituyentes vegetales que contienen anillos aromáticos; dando un patrón de oxigenación en el anillo aromático claro, que permite reconocer los compuestos derivados de este; así, en compuestos aromáticos derivados del ácido shikímico, las posiciones oxigenadas son de tipo catecol (orto) o pirogalol (diorto), y en el caso de los fenoles monooxigenados son generalmente p-hidroxi-compuestos. En compuestos derivados de la ruta del AcetatoMalonato los grupos oxigenados están en disposición meta entre sí, o sea que los polifenoles son derivados tipo resorcinol. Del ácido shikímico se obtiene por hemisíntesis el oseltamivir, un medicamento antiviral selectivo contra el virus de la influenza. Lo produce la casa Roche bajo la marca Tamiflu®. El oseltamivir es una prodroga, que se transforma en un compuesto activo en el organismo disminuyendo los síntomas de pacientes con la gripe adquirida recientemente y reduce la incidencia de los síntomas propios de una gripe confirmada, como las infecciones bacterianas: bronquitis, sinusitis y neumonía.
COOH
HO
OH OH
Acido Shikimico
BIOSÍNESIS DEL ÁCIDO SHIKÍMICO La formación del ácido shikímico ocurre a partir de precursores de 3 y 4 átomos de carbono como son el ácido fosfoenolpirúvico (PEP) y la eritrosa 4-fosfato (E4P) por una condensación de tipo aldólica, produciendo un compuesto C7 a través de una serie de etapas.
PEP
H
COOH
O H
P
O
COOH
CH2 - Pi
P
O
O
OH
HO
OH
HO OH
O
COOH
- Pi
P
H HO
O
HO
OH
OH E4P
- 2H COOH
COOH
OH OH
COOH
- H2O
+ 2H HO
HO
O
OH OH
O
OH OH
Acido shikímico Biosíntesis del ácido shikímico a partir de fosfoenol pirúvico y eritrosa 4- fosfato.
FENOLES Y ÁCIDOS FENÓLICOS GENERALIDADES SOBRE LAS COMBINACIONES FENÓLICAS Las estructuras fenólicas son metabolitos secundarios que pueden proceder de la ruta del ácido shikímico o de la ruta del acetato. 1. Proceden de la ruta del ácido shikímico: fenoles sencillos, ácidos fenólicos (benzoicos, cinámicos, etc.), cumarinas, lignanos, flavonoides, antocianos y taninos. 2. Proceden de la ruta de los acetatos o ruta del ácido mevalónico, los siguientes derivados fenólicos: antraquinonas y heterósidos antracénicos.
COOH
COOH
HO
NH2
COOH
OH OH
Ácido shikímico
Ácido cinámico
Fenilalanina
Cumarinas
Fenoles sencillos y ácidos fenólicos
FENOLES SENCILLOS Los fenoles sencillos son poco frecuentes y están en la planta en forma de heterósidos. Los principales fenoles sencillos son: 1. Arbutósido: se encuentra en las hojas de la gayuba ( Arctostaphylos uva-
ursi). 2. Vainillósido: se obtiene de los frutos de la vainilla (Vanilla fragans). 3. Salicósido: se encuentra en la corteza de sauce (Salix alba).
OH
H2C OH
CHO
O Glucosa
O Glucosa Arbutósido
O Glucosa Vainillósido
Salicósido
ÁCIDOS FENÓLICOS Los ácidos fenólicos se pueden agrupar en: 1. Derivados del ácido benzoico, C6-C1: ácido salicílico, ácido gálico.
COOH COOH
COOH OH HO
OH OH
Ácido benzoico
Ácido salicílico
Ácido gálico
2. Derivados del ácido cinámico, C6-C3: ácidos orto- y para-cumárico, ácido cafeico.
HO
COOH
COOH
HO Ácido cafeico
Ácido cinámico
HO
OH
COOH
COOH
Ácido para-cumárico
Ácido orto-cumárico
Características: Los derivados del ácido cinámico poseen un doble enlace en la cadena que en el vegetal tiene la disposición trans, pero durante la extracción o manipulación se isomeriza fácilmente para dar el isómero cis y se obtiene una mezcla de los dos estereoisómeros (cis y trans, Z y E). Principales especies con ácidos fenólicos:
Drog a/ espe cie
Hojas de alcachofa , Cynara scolymus
Corteza de sauce, Salix alba
Sumidad florida de romero, Rosmarin us officinalis
Hoja de gaulteria , Gaulther ia procumb es
O OH
Ácido shikímico
CO2
R
R Si R=OH
OGlucosil
OH
Glicosilación
HO
[O]
HO
Arbutina
HO
Biogénesis de arbutina (Compuesto C6).
A partir de los ácidos cinámicos las plantas pueden generar compuestos aromáticos C6C1, formando inicialmente el éster de la coenzima A del ácido cinámico, el cual puede sufrir degradación de la cadena lateral, mediante un proceso enzimático similar a la β oxidación de los ácidos grasos.
COSCoA
COOH Ac. Shikímico CoASH H O 2
R
R [O]
O
OH COSCoA
COSCoA
[O]
H R
R HSCoA CH3SCoA
O
O H2O HSCoA
OH
SCoA R
R Biogénesis de compuestos C6C1.
COOH
COOH
HO
COOH
[O]
HO
ácido cinámico
HO p-cumárico
cafeico C1
COOH
CH3O
[O]
HO
COOH
CH3O HO
OH
ferúlico
C1 COOH
OH3C HO OMe
sinápico (Angiospermas)
Biogénesis de compuestos C6C3.
PROPIEDADES DE LOS FENOLES SENCILLOS Y LOS ÁCIDOS FENÓLICOS 1. Solubilidad: Los fenoles sencillos son solubles en solución acuosa de carbonato sódico (Na2CO3) y los ácidos fenólicos en solución acuosa de hidrogenocarbonato sódico (NaHCO 3), una base más débil que la anterior. Esta propiedad permite la separación de estos dos tipos de compuestos ya que, tratando primero con solución acuosa de hidrogenocarbonato sódico, se solubilizan y se separan los ácidos fenólicos y posteriormente, haciéndolo con carbonato sódico, se solubilizan los fenoles sencillos. Estos compuestos se extraen del vegetal (donde se encuentran mayoritariamente combinados) con mezclas hidroalcohólicas. Las formas libres se extraen con disolventes orgánicos (éter) en medio ácido. 2. Poder reductor: Poseen propiedades reductoras que se utilizan para su identificación. Son capaces de reducir el nitrato de plata amoniacal (AgNO3/NH3, reactivo de Tollens) y el ácido silicowolfrámico (reactivo de Folin-Denis).
3. Capacidad de formar complejos: Dan positivo en el test de cloruro férrico (FeCl3). 4. Capacidad de copular con las sales de diazonio (copulación fenólica): dan productos ¨azo¨ coloreados (-N=N-). 5. Estabilidad: Son bastantes inestables. En forma de heterósidos o ésteres, se hidrolizan con facilidad en medio básico o por acción enzimática. 6. Detección: Se detectan fácilmente por cromatografía de capa fina (CCF) con los reveladores tricloruro de hierro o la sal de diazonio de la p-nitroanilina (copulación fenólica). 7. Toxicidad: No se suele exigir la valoración de estas sustancias porque resultan en general poco tóxicas.
Alcachofa (Cynara
Romero (Rosmarinus
Gaulteria (Gaultheria Sauce (Salix alba)
CUMARINAS Las cumarinas su nombre viene de “Coumarou” nombre común de la haba tonca ( Dipteryx odorata Willd., Coumarouna odorata Aubl. Fam. Leguminosae/Fabaceae), son metabolitos típicos de plantas superiores y algunos pocos microorganismos, su núcleo es benzo 2 pirona o benzo α pirona. En general son lactonas insaturadas y comprenden otra clase de compuestos C6C3, prácticamente todas las cumarinas, a excepción de la cumarina propiamente dicha, poseen un sustituyente oxigenado en posición 7, ya sea hidroxilado como sucede en la umbeliferona, o combinado (metilo, azúcares, etc.). Se han aislado unas 1000 cumarinas naturales en unas 150 especies distribuidas en aproximadamente 30 familias, principalmente en Umbeliferae/Apiaceae, Rutaceae, Leguminosae/Fabaceae, Papilionaceae, Rubiaceae, Lamiaceae, Asteraceae, Solanaceae, Gramineae, etc. En forma libre o como glicósidos. La propiedad física mas importante de estos compuestos es la fluorescencia generada con la luz ultravioleta (365 nm), propiedad ampliamente usada para su detección. Estos compuestos presentan un amplio rango de actividad biológica, podemos citar: la acción anticoagulante y antibacterial del dicumarol, la acción antibiótica de la novobiocina, la hepatoxicidad y carcinogenicidad de ciertas aflatoxinas, la acción estrogénica del cumestrol, la acción fotosensibilizadora de ciertas furanocumarinas, etc., se destaca además, el uso de cumarinas como saborizantes y en perfumería.
BIOSÍNTESIS DE CUMARINAS La biogénesis de las cumarinas simples presentes en Gramíneas y algunas plantas superiores, se derivan biogenéticamente del ácido shikímico, vía ácido cinámico, la especificidad del proceso consiste en la hidroxilación del carbono 2, produciendo un rompimiento (β-oxidación) de la cadena lateral, como ocurre en plantas del género Salix, o una isomerización de la cadena y posterior lactonización, generando la umbeliferona.
Ácido shikímico
Cumarina
Ácido trans-cinámico
Isomerización a cis
Ácido orto-cumárico
Glucósido
COOH COOH
COOH HO
OH
OH OH Ácido trans-cinámico
Ácido shikímico
Ácido orto-cumárico
COOH O Cumarina
O
COOH O Glucosa Glucósido cis
O Glucosa Glucósido trans
Biosíntesis de cumarinas.
En general la formación de cumarinas en plantas superiores, ocurre en forma radicalaria, por acción de enzimas del tipo peroxidasa.
BIO SINT ESISDECU M AR IN AS
O
O
OH
OH HO
HO
H2O2
H +
H +
P E R O X ID A S A
O H -
O H -
H2O
OH
O
HO
OH
O
O
O H
O
OH
OH
HO
HO
O
HO
HO
O
H
O
O
O
Clasificación: 1. Cumarinas sencillas: Poseen el núcleo base de benzo-α-pirona con más o menos sustituyentes en las posiciones 5,6,7 y 8. Los radicales son generalmente H, OH o OCH3 (hidroxi- y metoxicumarinas). Casi todas las cumarinas poseen función hidroxilo o metoxilo en posición 7. 2. Cumarinas c-predniladas: Llevan enlazadas al anillo de benzo-α-pirona unidades isoprénicas, generalmente C5 o C10. 3. Furanocumarinas: Llevan adosado al anillo de benceno un anillo de furano. Son 6,7-furanocumarinas y 7,8-furanocumarinas. 4. Piranocumarinas: Llevan adosado al anillo de benceno un anillo de pirano. Son 6,7-piranocumarinas y 7,8-piranocumarinas. 5. Dicumarinas: Son estructuras dímeras, como el dicumarol.
R1 R2
O
R3
O
H3C O
R4 Cumarinas sencillas
O
O
Cumarina c-prednilada
6 7
O
8
O
O
O 7
O
O
6,7-Piranocumarinas
7,8-Furanocumarinas
OH
O
OH
O O
O
Dicumarol
PROPIEDADES DE LAS CUMARINAS 1. Son sólidos cristalizables de color blanco o amarillento. 2. Solubilidad: Las hidroxicumarinas son solubles en disolventes orgánicos (éter, cloroformo, alcoholes); los glucósidos son solubles en agua y alcoholes y las furanocumarinas y piranocumarinas lo son únicamente en disolventes orgánicos apolares (éter etílico, cloroformo). 3. Fluorescencia a la luz ultravioleta (UV): Las cumarinas presentan fluorescencia (azul, amarilla, verde, púrpura), lo cual permite su reconocimiento.
Extracción e identificación:
Se extraen con mezclas hidroalcohólicas, se realiza una cromatografía de capa fina (CCF) y se identifican por fluorescencia al UV o revelando con el éster aminoetílico del
ácido difenilbórico (comúnmente llamado ‘reactivo de productos naturales’ porque permite detectar también otras sustancias naturales como los flavonoides).
Principales drogas con cumarinas
Droga Sumidades floridas de Melilotus officinalis Melioto, trébol de olor
Semillas y Frutos de corteza de Amni visnaga Aesculus Biznaga, Kela hippocastanum Castaño de Indias
Trébol de olor ( Melilotus officinalis)
Castaño de Indias ( Aesculus hippocastanum)
