Manual Farmacognosia

Curso de Farmacognosia, Unidad 1Dra. Rachel Mata Essayag 1 UNI DAD 1. I NTRODUCCI ÓN GENERAL CONTENI DO PROGRAMATI CO: Farmacognosia: definición e importancia. Productos y drogas naturales. Importancia de los fármacos naturales en el campo de la terapéutica Interrelación entre los fármacos naturales, sintéticos y semisintéticos. Investigación de los recursos naturales como una fuente potencial de fármacos. PROPÓSI TO. Con esta unidad se pretende proporcionar al estudiante una idea global de la asignatura de Farmacognosia, haciendo particular énfasis en: 1. La importancia del estudio de esta ciencia aplicada en la carrera de Farmacia. 2. El interés actual por lo fármacos de origen natural. OBJ ETI VOS. Al finalizar la unidad el estudiante deberá estar en capacidad de: 1. Definir los términos de Farmacognosia, droga y producto natural, droga cruda o materia prima, principio activo y medicamento. 2. Analizar la posición sui generis de la asignatura de Farmacognosia en la carrera de Farmacia. 3. Indicar los criterios que permiten clasificar a las drogas naturales y/o sus principios activos. 4. Clasificar químicamente los principios activos de las drogas naturales y reconocer las estructuras tipo o la particularidad química estructural que permite identificar a un grupo de compuestos dados como pertenecientes a un grupo en particular. 5. Clasificar los principios activos naturales de acuerdo a su origen biosintético o biogenético. 6. Analizar la contribución de los fármacos de origen natural en las ciencias médicas y farmacéuticas. 7. Establecer la interrelación entre los fármacos naturales, sintéticos y semisintéticos. 8. Enumerar y describir los criterios que se emplean para la preselección de plantas en el proceso de búsqueda de nuevos agentes medicinales de origen vegetal. Curso de Farmacognosia, Unidad 1 Dra. Rachel Mata Essayag 2 1.1 DEFI NI CI ONES I MPORTANTES Farmacognosia. Su etimología deriva de los vocablos griegos PHARMAKON (remedio) y GNOSI S (conocimiento), es una ciencia multidisciplinaria cuyo objetivo fundamental es el estudio de los productos naturales con propiedades medicinales. Producto natural. Es todo producto de origen orgánico o inorgánico, que se halle en la naturaleza y que pueda ser aislado o procesado por el hombre. Este término no debe ser aplicado a productos cuya estructura molecular haya sido modificada Droga. Producto de origen natural que, recolectado o separado de la naturaleza, tiene una composición y unas propiedades tales, dentro de su complejidad, que constituyen la forma bruta de un medicamento Droga cruda o materia prima. Toda droga de origen natural que ha experimentado exclusivamente el proceso de secado. Medicamento. Toda sustancia, cualquiera que sea su origen, composición, forma y presentación, que en una determinada dosis y forma sirva para procurar la salud en forma total o parcial, restableciendo el equilibrio en las funciones de un organismo, o también para prevenir enfermedades. En muchos casos, un mismo producto de origen natural puede ser simultáneamente droga, materia prima y medicamento. Ejemplos: polvo de opio, ging-seng, hojas de digital y corteza de quina. Principio activo. Sustancias de origen natural responsables de las propiedades medicinales de las drogas o medicamentos. También se usa el término para identificar los principios naturales responsables de cualquier actividad biológica. Curso de Farmacognosia, Unidad 1 Dra. Rachel Mata Essayag 3 1.2 CLASI FI CACI ON DE LAS DROGAS VEGETALES Y SUS PRI NCI PI OS ACTI VOS. Las drogas vegetales o sus principios activos se pueden clasificar de acuerdo a varios criterios: alfabético, taxonómico, morfológico, farmacológico o terapéutico, químico y biogenético. Alfabético. Hace uso de nombres comunes o científicos de las drogas. Este tipo de clasificación es muy utilizado en Farmacopeas, catálogos y monografías. Taxonómico. Las drogas se clasifican empleando uno de los sistemas de clasificación botánica aceptados (Cronquist o Engler). Estos sistemas agrupan a las plantas en categorías que reflejan su relación entre sí, desde un solo grupo que incluye todas (reino vegetal), hasta el individuo (variedad, forma). Generalmente la categoría básica es la especie. Las especies relacionadas son agrupadas en géneros. Los géneros estrechamente relacionados se reúnen en familias. A su vez, éstas familias pertenecen a un orden, los órdenes a las clases, las clases a la división, hasta finalmente llegar al reino. Es de hacer notar, que hay otras categorías taxonómicas como son: Subphyllum, subclase, suborden, subfamilias, tribu, subtribu, etc. Para la clasificación de las drogas generalmente se emplea, género, especie y la familia de planta. Este método fue ampliamente utilizado en los textos clásicos de esta disciplina. Ejemplo: Menta piperita L. Reino: Vegetal Phyllum: Angiospermae Subphyllum: Dicotyledoneae Clase: Sympetalae Orden: Tubiflorae Suborden: Verbenineae Familia: Lamiaceae Subfamilia: Stachyoideae Tribu: Satureieae Género: Menta Especie: Menta piperita L. Curso de Farmacognosia, Unidad 1 Dra. Rachel Mata Essayag 4 Morfológica. En éste caso, las drogas se clasifican según su apariencia física en organizadas (hojas, raíces, flores, tallos, frutos, semillas, planta entera, etc.) y no organizadas (látex, gomas, resinas, ceras, etc.). Farmacológica o terapéutica. Esta clasificación agrupa a las drogas de acuerdo a la acción farmacológica de sus componentes más importantes. Ejemplos: expectorantes, astringentes, emolientes, laxantes, carminativos, colinérgicos, analgésicos, vasodilatadores, etc. Química. Los principios activos de las drogas se clasifican de acuerdo a sus estructuras químicas. Biogenética. Los principios activos se clasifican considerando su biogénesis o biosíntesis. 1.3 I MPORTANCI A DE LA FARMACOGNOSI A Tradicionalmente la Farmacognosia estuvo orientada al estudio de las drogas de origen vegetal y se enfatizaba lo relativo a la identificación, descripción, análisis, comercio y uso medicinal de las mismas. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, esta disciplina ha alcanzado un alto grado de desarrollo y perfeccionamiento, tanto en los procesos de obtención de los constituyentes activos a partir de sus fuentes naturales, como en la biosíntesis e identificación de dichos constituyentes. Así mismo, los estudios genéticos referentes a metabolitos secundarios, el cultivo artificial de tejidos vegetales, la inducción de síntesis anormales en plantas y la implementación de ensayos biológicos simples que permiten la detección y obtención de principios activos, constituyen campos de acción de gran importancia para el farmacognocista moderno. Por otra parte, se destaca no sólo el estudio de productos vegetales, sino también de aquellos de origen animal, protista y fúngico. Curso de Farmacognosia, Unidad 1 Dra. Rachel Mata Essayag 5 La importancia fundamental del estudio de la Farmacognosia radica por lo tanto en la poderosa contribución que ofrecen los remedios de la naturaleza tanto a la terapéutica convencional (alopática), como a la tradicional. En este contexto, cabe destacar que las plantas siempre han sido una fuente común de remedios, tanto tradicionales, como de principios activos puros y en la forma de preparaciones. Aunque es imposible ignorar los beneficios aportados por los medicamentos sintéticos, cada vez se subraya más el interés por los fármacos naturales. Aún más, basta revisar un texto de Farmacología para notar el hecho de que en cada grupo farmacológico de principios activos existe al menos un compuesto prototipo de origen natural. Actualmente no se dispone de los datos necesarios para precisar el valor de la difusión del uso de las plantas o de los principios activos de ellas derivados en los sistemas de salud de los distintos países del mundo. Sin embargo, la Organización Mundial de la Salud, estima que quizá un 80% de la población mundial, principalmente de los países en vías de desarrollo, confía en las medicinas tradicionales para solucionar sus principales necesidades de salud, y se puede afirmar que gran parte de las terapias tienen como base el uso de las plantas o de sus principios activos. Los fármacos derivados de plantas tienen mucha importancia también en los países desarrollados. En los Estados Unidos de América, por ejemplo, el 25% de todas las prescripciones dispensadas por las farmacias desde 1959 hasta 1980, contenían extractos o principios activos de plantas superiores. Dicha cifra no varió apreciablemente en los 22 años estudiados. En J apón, entre 1981 y 1983, el 20% de las prescripciones dispensadas en farmacias comunitarias contenían principios derivados de plantas. Por último, en el mercado alemán, durante el mismo período, dicha cifra alcanzó un valor estimado entre el 35 y 40%. Cabe también hacer notar el valor de los compuestos de origen natural en el área de la síntesis de compuestos con actividad terapéutica. Por una parte, mucho de los compuestos naturales sirven de materia prima para la síntesis de los denominados fármacos semisintéticos. Un ejemplo clásico lo constituye la síntesis de un gran número de hormonas esteroidales (subunidad 4.3 esteroides). Así la progesterona (1) se obtiene a partir de la diosgenina (2), una sapogenina esteroidal derivada de la dioscina que se biosintetiza en varias especies de plantas del género Curso de Farmacognosia, Unidad 1 Dra. Rachel Mata Essayag 6 Dioscorea. Durante el curso, se estudiarán varios fármacos semisintéticos de gran importancia en la terapéutica moderna. También, los fármacos naturales han constituido los prototipos estructurales que han inspirado a muchos químicos y farmacéuticos, para la síntesis de drogas análogas con una mayor actividad biológica. Un grupo importante de anestésicos locales que incluye, entre otros, a la benzocaína (3), la lidocaína (4) y la procaína (5), se sintetizaron considerando a la cocaína (6) como modelo estructural. Por último, se debe recordar que muchos compuestos obtenidos de plantas y microorganismos han servido como instrumentos de investigación, tal es el caso de la colchicina (7) en estudios genéticos. Este alcaloide produce poliploidía o multiplicación de los cromosomas en el núcleo celular. O O O HO O COOOCH 2 CH 3 NH 2 progesterona (1) diosgenina (2) benzocaína (3) NHCOCH 2 N(CH 2 CH 3 ) 2 H 3 C CH 3 COCH 2 CH 2 N(CH 2 CH 3 ) 2 NH 2 lidocaína (4) procaína (5) CH 3 C O O CH 3 O C O H N O NHCOCH 3 H OCH 3 CH 3 O CH 3 O CH 3 O cocaína (6) colchicina (7) Curso de Farmacognosia, Unidad 1 Dra. Rachel Mata Essayag 7 En cuanto a la investigación propia de la disciplina, se plantea entre otros, uno de los propósitos de mayor relevancia en el campo de las ciencias médicas y farmacéuticas: LA BÚSQUEDA DE NUEVOS AGENTES MEDI CI NALES. 1.4 CRI TERI OS DE PRESELECCI ON DE LAS FUENTES POTENCI ALES DE NUEVOS MEDI CAMENTOS. En el caso particular de los productos naturales de origen vegetal, la preselección de las fuentes potenciales destinadas a la búsqueda de nuevos medicamentos se hace con base en los siguientes criterios: etnomédico, quimiotaxonómico y ecológico. Preselección de plantas de reconocido uso en la medicina vernácula (criterio etnomédico). El descubrimiento de un alto porcentaje de fármacos de origen vegetal, es el resultado del estudio científico de plantas bien reconocidas y empleadas en la medicina popular. De ello puede inferirse que dichos estudios son un método apropiado para el descubrimiento de fármacos, y que existe una mayor probabilidad de que dichas plantas contengan compuestos biológicamente activos. Por ejemplo, en los diversos estudios conducentes a la búsqueda de compuestos anticancerígenos, ha podido demostrarse una correlación entre la actividad biológica de los extractos vegetales y de las sustancias activas aisladas, y el uso en la medicina tradicional de un gran número de plantas. Es importante mencionar que aún cuando no se identifiquen los principios activos de algunas de las plantas utilizadas en la medicina tradicional, las pruebas históricas de su valor, permitirían la elaboración de preparados, siempre y cuando sean inocuos. En estos casos debe entonces darse prioridad a la evaluación de su inocuidad. En México, donde la búsqueda nuevos principios activos, se encuentra aún en pleno desarrollo, cientos de plantas de reconocido uso popular ameritan ser investigadas, de preferencia en nuestros laboratorios. Curso de Farmacognosia, Unidad 1 Dra. Rachel Mata Essayag 8 La bibliografía en relación al uso tradicional de estas plantas es extensa y plantea una serie de investigaciones. Vale la pena mencionar que existen algunas recopilaciones bibliográficas sobre la herbolaria medicinal de México, destacándose la publicada por el Dr. Xavier Lozoya en 1984 en su ensayo “BI BLI OGRAFÍ A BÁSI CA SOBRE HERBOLARI A MEDI CI NAL DE MEXI CO”. En este trabajo el autor ofrece una relación comentada de las 50 obras más importantes que configuran la bibliografía básica sobre la herbolaria medicinal de México. El registro escrito más antiguo sobre plantas medicinales, mal llamado “Códice Badiano”, es el “Libellus” que fue escrito en Náhuatl en 1552 por Martín de la Cruz, de Tlatelolco, y traducido al latín, por otro indígena xochimilca, J uan Badiano. Esta obra contiene 185 ilustraciones en color de plantas medicinales y menciona el uso de 270 especies vegetales. También en el siglo XVI, Fray Bernardino Sahagún, escribió su obra “Historia General de las Cosas de la Nueva España” (parte escrita en español del códice Florentino), considerada como la fuente de información más fidedigna sobre la herbolaria medicinal indígena del siglo XVI. Algunos años después, Francisco Hernández autor de “La Historia Natural de la Nueva España”, Nicolás Monardes y otros autores, dieron a conocer más información acerca de las plantas, medicinales de la Nueva España. En el siglo XVII sobresale la obra de Francisco Ximénes, “Cuatro Libros de la Naturaleza y Virtudes de las Plantas”, su contenido es esencialmente el texto elaborado por Francisco Hernández, aunque aparecen conjeturas y remedios incluidos por el propio Ximénes. En 1950 aparece la primera Farmacopea Mexicana. De entonces a la fecha, en estos textos oficiales se actualizan los usos de las plantas medicinales más importantes. En el siglo XIX destaca también los “Anales del I nstituto Médico Nacional”, colección de 12 tomos, que según Lozoya, contienen el acervo de estudios experimentales más notables sobre plantas mexicanas que se haya realizado en el pasado por una sola institución. En el presente siglo, quizá la obra más importante sobre plantas medicinales mexicanas es la del maestro Maximino Martínez, “Las Plantas Medicinales de México”, publicada en 1934. El Curso de Farmacognosia, Unidad 1 Dra. Rachel Mata Essayag 9 clásico texto de Martínez constituye un catálogo con la clasificación botánica, descripción, hábitat y usos comunes de 300 plantas medicinales. Merecen también mención especial como fuentes de información científica, las monografías y folletos editados por el desaparecido Instituto Mexicano para el Estudio de las Plantas Medicinales, AC (I MEPLAM), por el Instituto Mexicano del Seguro Social (I MSS) y por el Instituto Nacional Indigenista (I NI ). De las obras editadas por el IMEPLAM, posiblemente las más importantes son las siguientes: "I ndice y Sinonimia de las Plantas Medicinales de México" y "Uso de las Plantas Medicinales de México". Tal como lo expresa Lozoya en su compilación bibliográfica, estos dos tomos de las monografías científicas del IMEPLAM se han convertido en herramientas fundamentales para los investigadores interesados en el estudio de la flora medicinal mexicana, ya que proporcionan información acerca de 2,200 especies vegetales medicinales, cuyos nombres populares sobrepasan los 5,000 agrupadas en 168 familias y 915 géneros botánicos. El “Atlas de las Plantas de la Medicina Tradicional Mexicana” (3 volúmenes), publicada en 1991, representa la contribución más importante del INI. Esta obra al igual que las publicadas por el IMEPLAM proporcionan monografías científicas de las plantas medicinales de mayor uso en la medicina tradicional mexicana. Por último, debe mencionarse que en los últimos años se han publicado numerosos trabajos sobre plantas medicinales de México en revistas nacionales e internacionales. Así mismo, el número de monografías editadas por centros educativos, editoriales privadas y por institutos de investigación nacionales, han incrementado sensiblemente. Preselección de plantas mediante la aplicación del criterio quimiotaxonómico. Este criterio considera las semejanzas del metabolismo secundario entre las especies filogenéticamente relacionadas. Curso de Farmacognosia, Unidad 1 Dra. Rachel Mata Essayag 10 Preselección de plantas mediante la aplicación del criterio ecológico. El criterio ecológico se basa en la observación de los efectos de las interacciones, a veces complejas, entre dos organismos, los cuales pueden ser de la misma o diferentes especies: herbivoría, patogenicidad, alelopatía, atrayentes, repelentes y venenos. Una vez que las fuentes potenciales han sido preseleccionadas se realizan las pruebas biológicas de selección. Estas pruebas consisten en la determinación del efecto biológico de los extractos naturales mediante la aplicación de los bioensayos apropiados. Los extractos que demuestren respuestas positivas en los ensayos biológicos se consideran idóneos para la realización de estudios químicos biodirigidos con la finalidad de aislar los principios activos. Estos estudios implican la obtención de extractos vegetales en gran escala y su posterior estudio químico, utilizando a lo largo de todo el proceso los mismos ensayos biológicos de selección con la finalidad de monitorear la actividad biológica. Los compuestos naturales activos se identifican y, por último se someten a ensayos biológicos adicionales y a otros estudios. De manera general los bioensayos de selección y monitoreo pueden ser simples o complejos, los cuales a su vez pueden ser específicos o inespecíficos. En la literatura se describe a un número suficiente de técnicas de bioensayos inespecíficos o específicos, simples o complejos, que permiten realizar tanto el examen biológico preliminar de extractos vegetales como los estudios biodirigidos. En el Cuadro 1 se proporcionan ejemplos selectos de pruebas biológicas sencillas mismas que han sido empleadas con éxito para la selección de extractos vegetales y para la conducción de estudios fitoquímicos biodirigidos. El empleo de ensayos biológicos constituye la estrategia de selección más apropiada de materias primas idóneas para el descubrimiento de principios activos. Sin embargo, en ocasiones resulta problemático encontrar el personal interesado en efectuar las pruebas biológicas correspondientes. En muchas universidades y centros de investigación, este problema se ha podido subsanar por medio de la creación de equipos de trabajos mixtos (multidisciplinarios), integrados por biólogos, farmacognostas, químicos y farmacólogos, o mediante la Curso de Farmacognosia, Unidad 1 Dra. Rachel Mata Essayag 11 implementación de pruebas sencillas de carácter general, que no requieran la participación de personal especializado. Muchos de los ensayos sencillos de carácter general permiten detectar en forma preliminar actividades biológicas de mayor complejidad. Es importante destacar que los ensayos simples de caracter general solo se podrán utilizar para la prueba de selección y para realizar estudios biodirigidos con la finalidad de aislar compuestos activos, pero posteriormente será necesario realizar evaluaciones biológicas más complejas y de carácter específico. Entre las evaluaciones biológicas de carácter general, indicadas en el Cuadro 1, destaca por su sencillez y economía la determinación de la letalidad o toxicidad para el crustáceo Artemia salina Leach. En general los compuestos bioactivos son tóxicos a dosis bajas, por lo tanto la toxicidad de extractos vegetales para el organismo antes mencionado, puede ser empleado como una guía para aislar sustancias bioactivas. El método consiste en evaluar extractos, fracciones o compuestos puros en concentraciones de 10, 100 y 1000 g/ml. El material objeto de la evaluación se coloca en viales (tres viales por cada concentración). Posteriormente, a cada vial conteniendo la concentración adecuada del material de prueba se le adiciona un volumen determinado de medio salino y 10 larvas del crustáceo con 48 horas de desarrollo. Al cabo de 24 horas se cuentan los organismos sobrevivientes y se determina el porcentaje de mortalidad para cada dosis. Por último, se determina la dosis letal media mediante un programa de análisis Finney (Figura l). Cuando se obtienen dosis letales medias menores de 1 000 g /ml para extractos y fracciones, se consideran activos. Para compuestos puros dosis letales medias menores de 200 g/ml indican actividad. La toxicidad para Artemia salina ha correlacionado en múltiples ocasiones con actividades biológicas más complejas, como por ejemplo, citotoxicidad in vitro para células cancerígenas, actividad antihelmíntica y actividad antipalúdica, entre otras. Por último, cabe mencionar que los métodos biodirigidos resultan muy convenientes para el investigador ya que le ahorra el trabajo de aislar un mayor número de constituyentes de la planta que probablemente no tengan actividad biológica. En el caso de los estudios fitoquímicos convencionales o clásicos, se aíslan y caracterizan el mayor número posible de compuestos de Curso de Farmacognosia, Unidad 1 Dra. Rachel Mata Essayag 12 las plantas y posteriormente son ensayados biológicamente. Este procedimiento tiene la desventaja de que generalmente se aíslan los componentes que se encuentran en cantidades relativamente altas y que no necesariamente son los responsables de la actividad biológica previamente detectada en las pruebas de selección. Sin embargo, este procedimiento permite conocer los elementos constitutivos de la planta. En la Unidad 2 se analizarán ejemplos de estudios fitoquímicos convencionales y biodirigidos. Cuadro 1. Ejemplos de bioensayos simples utilizados para pruebas de selección y para estudios biodirigidos. TI PO DE ENSAYO TI PO DE SI STEMA EFECTO UTI L Determinación de la toxicidad para Artemia salina in vitro Anticancerígeno Antihelmíntico Antipalúdico Inhibición de los tumores inducidos por Agrobacteriumtumefaciens in vitro Anticancerígeno Actividad antimicrobiana cultivo bacteriano Antiinfeccioso Actividad antifúngica cultivo fúngico Antiinfeccioso Citotoxicidad cultivo celular Anticanceroso Antiviral cultivo celular Anticanceroso Antiinfeccioso Actividad piscicida in vitro Predictor del efecto molusquicida Molusquicida in vitro Reduce la incidencia de enfermedades transmitidas por caracoles Inhibición de la agregación plaquetaria in vitro Contra trastornos cardiovasculares Inhibición de la MAO in vitro Antihipertensivo Actividad antimitótica cultivo celular Anticanceroso Inhibición de la sintetasa de las prostaglandinas in vitro Antiinflamatorio Ensayo sobre intestino aislado de cobayo in vitro Actividad vasomotora Actividad sobre SNC Otros Curso de Farmacognosia, Unidad 1 Dra. Rachel Mata Essayag 13 Figura 1. Determinación de la toxicidad para Artemia salina L. 50 l solución original 500 l solución original 5 l solución original Desarrollo de los crustáceos durante 48 h Preparación de las muestras Bioensayo Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 14 UNI DAD 2. OBTENCI ÓN Y CARACTERI ZACI ÓN DE LOS PRI NCI PI OS ACTI VOS A PARTI R DE SUS FUENTES NATURALES. PROPOSI TO. Proporcionar a los estudiantes los conocimientos básicos acerca: (i) de los procedimientos que permiten obtener los extractos y principios activos puros, destinados a la elaboración de medicamentos, a partir de sus fuentes naturales; (ii) y de los procesos de control de calidad de las materia primas destinadas a la elaboración de medicamentos. CONTENI DO PROGRAMÁTI CO. Operaciones preliminares a la preparación de extractos de origen naturales. Métodos de extracción más utilizados para la preparación de extractos naturales. Fraccionamiento de los extractos naturales (objetivo y procedimientos utilizados). Métodos empleados para la separación y purificación de los principios activos. Identificación de los principios activos. Objetivos.- Al finalizar la unidad el estudiante estará en capacidad de: 1. Indicar los diferentes pasos a seguir para la obtención de principios activos (nuevos o destinados a la preparación de medicamentos), a partir de sus fuentes naturales. 2. Señalar y describir cada una de las operaciones previas a la preparación de extractos de origen natural destinados a la obtención de principios activos de aplicación terapéutica. 3. Señalar y describir cada una de las operaciones previas a la preparación de extractos de origen natural destinados al descubrimiento de nuevos agentes medicinales. 4. Analizar el propósito de las operaciones preliminares de desecación, estabilización, fermentación y desintegración. 5. Enumerar y describir brevemente los métodos de desecación, estabilización y desintegración más importantes, de acuerdo a su frecuencia y conveniencia de uso. 6. Definir el proceso de extracción y extracto. 7. Señalar y describir brevemente los métodos empleados para la preparación de extractos naturales. Analizar los criterios que intervienen en la selección del método más adecuado. 8. Analizar los criterios que intervienen en la selección del disolvente apropiado para la extracción de los principios activos. Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 15 9. Analizar el propósito de las denominadas extracciones preliminares. Indicar además el tipo de disolvente que se debe emplear para realizar dichas extracciones. 10. Indicar las ventajas del método de extracción utilizando fluidos supercríticos. 11. Señalar el propósito del proceso del fraccionamiento de un extracto natural. 12. Explicar brevemente en que consiste el fraccionamiento biodirigido de un extracto natural. 13. Clasificar los métodos más importantes utilizados para el fraccionamiento de los extractos naturales. 14. Definir el término cromatografía e indicar los componente básicos de un sistema cromatográfico. 15. Clasificar los métodos cromatográficos de acuerdo a los siguientes criterios: técnica cromatográfica, naturaleza de las fases móvil y estacionaria y, el fundamento fisicoquímico del proceso cromatográfico. 16. Definir el término cromatografía de reparto (absorción), de adsorción, de exclusión y de intercambio iónico. 17. Indicar las técnicas cromatográficas más utilizadas para el fraccionamiento de los extractos naturales, especificando en cada caso el tipo de cromatografía de acuerdo al fundamento fisicoquímico involucrado. 18. Indicar los tipos de adsorbentes cromatográficos más utilizados para el fraccionamiento de extractos naturales y para la separación de principios activos. 19. Indicar que tipo de fases estacionarias se utilizan para la realización de las cromatografías de exclusión y de intercambio iónico. 20. Indicar en que casos se aplican métodos químicos y procesos de partición para el fraccionamiento de extractos naturales. 21. Indicar los métodos de separación y purificación de los constituyentes activos. Analizar los criterios para la elección de los métodos de separación y la purificación de los principios activos. 22. Indicar las técnicas cromatográficas más utilizadas en la separación y purificación de los principios activos. 23. Señalar mediante ejemplos específicos la aplicación de la liberación fraccionada como técnica de separación. 24. Indicar los criterios de pureza de un compuesto orgánico. Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 16 25. Enumerar los pasos a seguir para determinar la identidad de un compuesto orgánico. 26. Clasificar los métodos empleados para determinar la estructura molecular de un compuesto orgánico. 27. Indicar que tipo de información estructural aportan cada uno de los siguientes métodos de identificación: a) Espectroscopías ultravioleta (U.V.), infrarroja (I.R.) y de resonancia magnética nuclear (R.M.N.) b) Espectrometría de masas c) Degradaciones químicas y preparación de derivados. 28. Señalar las diferencias entre los procesos biodirigidos y clásicos utilizados para el descubrimiento de nuevos principios de interés terapéutico. Indicar las ventajas de los procesos biodirigidos. 29. Indicar como se clasifican los criterios de calidad para drogas crudas. 30. Indicar cuales son los criterios de identidad, pureza y calidad Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 17 DESARROLLO DE LA UNI DAD. La obtención de principios activos a partir de sus fuentes naturales comprende varias etapas (Cuadro 2). Cada etapa se lleva a cabo mediante la aplicación de una o más operaciones siguiendo la metodología establecida para tales fines (Cuadro 3). 2.1 OPERACI ONES PRELI MI NARES A LA PREPARACI ÓN DE EXTRACTOS. 2.1.1 Recolección del material vegetal. La recolección es el acto de tomar el material vegetal a partir del cual se obtienen los principios activos. En el caso de las plantas medicinales destinadas a la obtención de principios activos utilizados en la elaboración de medicamentos, la recolección se hace generalmente a partir de plantas cultivadas, lo cual asegura la obtención de productos de calidad y en buenos rendimientos, lo cual no se logra en el caso de materias primas obtenidas de plantas silvestres. Para efectuar la recolección de las plantas medicinales destinadas a la obtención de materias primas, hay que tener en cuenta, de que cada planta requiere de condiciones y normas que garantizan la óptima realización del proceso: la época en que se recolecta cada planta u órgano vegetal tiene importancia, puesto que la cantidad y la naturaleza de los principios activos varían a lo largo del año: la edad de la planta influye también en el contenido de los principios activos, así por ejemplo el alcanforero tiene mayor cantidad de alcanfor a medida que el árbol envejece. Generalmente, las hojas se recolectan durante la época de floración: los frutos antes o después de madurar y las flores casi en época de polinización (hojas, flores y frutos deben desecharse si están descoloridos o atacados por animales ); las cortezas se recolectan antes de que comiencen los procesos vegetativos, en tanto que las raíces y rizomas , una vez cesados los mismos; las semillas se recolectan maduras. Por último, para la recolección de gomas, látex, resinas, etc., está indicado el tiempo seco. En caso de la obtención de materias primas que constituyen fuentes potenciales de nuevos fármacos, la recolección se hace generalmente a partir de plantas silvestres. Es recomendable recolectar la planta completa, preferiblemente con flores y frutos con la finalidad de facilitar el proceso de identificación. En todos los casos deben prepararse muestras de herbario, teniendo el Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 18 cuidado de anotar los datos relativos al nombre común de la especie, el hábitat, la localidad, la fecha de recolección, el nombre del recolector, el nombre científico (si se conoce), y la abundancia o escasez de la especie, entre las otras del mismo hábitat. Cuadro 2. Obtención de extractos y principios activos a partir de sus fuentes naturales. Para la preparación de medicamentos Para la búsqueda de nuevos agentes medicinales método biodirigido método clásico RECOLECCI ON PRESELECCI ON Y RECOLECCI ON plantas cultivadas plantas silvestres y de acuerdo a los criterios ya estudiados (preselección) CONTROL DE CALI DAD LI MPI EZA E I DENTI FI CACI ON DEL MATERI AL VEGETAL DESECACI ON FRAGMENTACI ON CONTROL DE CALI DAD EXTRACCI ÓN EN PEQUEÑA ESCALA CONTROL DE CALI DAD ELABORACI ÓN DE MEDI CAMENTOS FRACCI ONAMI ENTO ENSAYO BIOLOGICO DE LAS FRACCIONES SEPARACION DE LOS PRINCIPIOS ACTIVOS DESEADOS SEPARACION DE LOS COMPUESTOS DE LAS FRACCIONES ACTIVAS SEPARACION DE COMPUESTOS PURI FI CACI ON ENSAYOS BIOLOGICOS DE LOS COMPUESTOS PUROS I DENTI FI CACI ON ELABORACION DE MEDICAMENTOS EVALUACIONES BIOLOGICAS SECUNDARIAS Y OTROS ESTUDIOS CONTROL DE CALI DAD Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 19 Cuadro 3. Obtención de extractos y principios activos de origen vegetal destinados a la preparación de medicamentos. 2.1 Operaciones preliminares a la preparación de extractos. 2.1.1 Recolección del material vegetal 2.1.2 Limpieza e identificación del material recolectado (como parte del control de calidad; la identificación del material vegetal es una prueba de identidad). 2.1.3 Desecación del material seleccionado  al aire libre  estufas  hornos de microondas  liofilización 2.1.4 Estabilización (operación específica) 2.1.5 Curación (operación específica) 2.1.6 Fragmentación del material vegetal desecado  molinos  licuadoras  otros 2.1.7 Control de calidad (pruebas de identidad tales como análisis microscópicos de polvos y ensayos químicos). 2.2 Extracción del material vegetal (en pequeña escala para el control decalidad; en gran escala para la obtención de principios activos o extractos, una vez que las materias primas han demostrado la calidad apropiada).  Percolación.  Maceración.  destilación (destructiva, vapor y agua, arrastre con vapor).  extracción continua mediante aparatos Soxhlet.  reflujo.  otros (decocción, infusión, digestión, etc.).  fluídos supercríticos. 2.3 Otras operaciones de control de calidad.  pruebas de identidad (cromatogramas y ensayos químicos).  pruebas de pureza (húmedad, cenizas, constantes físicas, material extraíble, contaminación microbiológica, materiales extraños, adulteraciones).  Pruebas de composición (contenidos de principios activos o compuestos marcadores, actividad biológica). Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 20 Cuadro 3. Obtención de extractos y principios activos de origen vegetal destinados a la preparación de medicamentos (continuación). 2.4 Fraccionamiento de los extractos.  métodos cromatográficos.  métodos de partición (extractores líquido-líquido, embudos de separación, aparatos de contracorriente).  métodos químicos.  Destilación.  combinación de métodos químicos y procesos de partición. 2.5 Separación de los constituyentes activos.  métodos cromatográficos.  cristalización fraccionada.  combinación de reacciones químicas y procesos de partición.  métodos químicos.  destilación fraccionada.  liberación fraccionada. 2.6 Purificación de los principios activos.  métodos cromatográficos.  cristalización.  sublimación.  destilación. 2.7 I dentificación de los principios activos  determinación de las constantes físicas.  métodos espectroscópicos y espectrométricos.  rayos X (difracción de cristales adecuados).  métodos químicos (degradaciones y derivatización de grupos funcionales).  Otros. Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 21 2.1.2. Limpieza del material recolectado. Una vez finalizada la recolección es necesario seleccionar el material más adecuado para la obtención de principios activos, es decir aquel, material privado de tierra y sustancias extrañas y que no presente daño alguno. 2.1.3. Desecación del material vegetal. La desecación tiene por objeto privar a los materiales recolectados y seleccionados, del agua que contienen. De ésta forma se garantiza la calidad de la materia prima, evitando el enmohecimiento y ataque por bacterias. Así mismo, se detiene la acción enzimática, no deseada en muchas ocasiones. Por último , el secado fija los constituyentes y facilita el proceso de fragmentación de las drogas y sus principios activos. Determinar exactamente el punto que debe alcanzar la desecación, es problema de experiencia práctica. La desecación se puede realizar utilizando fuentes de calor natural o artificial (Cuadro 3). La desecación con calor natural se realiza en superficies o lechos secos, directamente o bajo sombra, y mediante secadores solares. Este procedimiento es poco costoso y lento. La desecación mediante calor artificial es más rápida, y se aplica en lugares húmedos, en épocas de lluvia o cuando el material vegetal es carnoso o jugoso, y por lo tanto el agua que contienen es difícil de separar. El secado con calor artificial se realiza en estufas, hornos de microondas o en secadores especiales. Los secadores especiales consisten de espacios cerrados, donde se ubican bandejas móviles y separadas para permitir la circulación de aire caliente. La ventilación puede ser regulada y del mismo modo, la fuente de calor que generalmente se encuentra en el piso. La desecación rápida contribuye a que las flores y las hojas conserven su color y las drogas aromáticas su aroma, pero la temperatura debe ajustarse a la naturaleza física de la droga y a las propiedades de sus componentes. En algunas ocasiones la liofilización puede ser utilizada como método de desecación, sin embargo es un método costoso. Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 22 2.1.4. Estabilización. La estabilización consiste en la destrucción irreversible de enzimas sin que se alteren o extraigan los principios activos presentes en las drogas. Esta operación es específica y no se aplica en todos los casos; las hojas de digital son a menudo estabilizadas para garantizar la integridad de los glicósidos cardiotónicos que contiene. Para realizar la estabilización se pueden emplear varios métodos. Uno de los más usados es el de Perrot y Goris, que consiste en someter el material, generalmente fresco a la acción de vapores de alcohol a una presión de 1/4 de atmósfera, durante 10 minutos. posteriormente el esterilizado se seca mediante una corriente de aire. El procedimiento es rápido y los órganos mantienen todos sus carácteres. 2.1.5 Fragmentación. Consiste en la desintegración y/o división del material vegetal (materia prima), con la finalidad de facilitar la extracción de los constituyentes activos. Cuando las materias primas son drogas no organizadas, ésta operación es innecesaria. Generalmente la desintegración se efectúa mediante molinos mecánicos de diferentes tipos. 2.2. Extracción del material vegetal. La extracción es el proceso de separación de los principios solubles de las materias primas de origen natural, mediante la acción de un disolvente, utilizando un método adecuado. De manera general la selección del método y disolvente de extracción se realiza con base en las propiedades físicas y químicas de los constituyentes activos. Entre los métodos más utilizados se encuentran los siguientes: percolación, maceración, métodos de extracción continua (Soxhlet, extractores para líquidos más densos que el agua, extractores para líquidos menos densos que el agua, reflujo, etc.), destilación y métodos de extracción mediante fluídos supercríticos. Otros procedimientos de menor uso incluyen: la digestión, la infusión y la decocción. Percolación. Es un método de extracción por medio del cual un material adecuadamente dividido y empacado propiamente en capas en un recipiente denominado percolador, es sometido Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 23 a la acción de porciones frescas y sucesivas de un disolvente, de tal modo que dicho líquido atraviesa las capas del material, impelido por su propio peso y separa los principios solubles. Los percoladores o lixiviadores son recipientes de diferentes formas (generalmente cónica) y capacidades, fabricados de vidrio o de acero inoxidable (Figura 2). El procedimiento se puede realizar en frío o caliente. En el último caso, los percoladores están provistos de una manta de calentamiento. También existe la percolación a presión, la cual tiene la ventaja de ser más rápida. La duración del proceso es variable, y se realiza hasta agotar los principios solubles. Maceración. Método de extracción que consiste en dejar en contacto por un tiempo determinado, y a la temperatura ambiente, el material vegetal con un disolvente apropiado, para que éste penetre bien la estructura celular y disuelva los principios solubles. Figura 2. Métodos de extracción MACERACI ON PERCOLACI ON Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 24 A: Extractor de Sohxlet B: Extractor líquido-líquido para líquidos menos densos que el agua C: Extractor líquido-líquido para líquidos más densos que el agua Figura 2. Métodos de extracción (continuación) Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 25 Figura 2. Métodos de extracción (continuación) Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 26 La operación debe repetirse hasta agotar los principios solubles y se realiza en recipientes de vidrio de diferentes capacidades. Este procedimiento es muy usado para extraer aquellas materias primas que poseen poca estructura celular. El método tiene la desventaja de ser prolongado en tiempo y de requerir grandes cantidades de disolvente. Es altamente recomendado para drogas que contengan principios termolábiles (Figura 2). Métodos de extracción continua. Los métodos de extracción continua son aquellos en los cuales una misma cantidad de un determinado disolvente actúa continuamente sobre el material objeto de la extracción gracias, a un proceso de evaporización-condensación repetitivo. Para la aplicación de éstos métodos se utilizan aparatos extractores tales como el de Soxhlet, extractores líquido-líquido (para líquidos más y menos densos que el agua) y hasta un simple aparato de reflujo (Figura 2). En el caso del extractor Soxhlet, el material objeto de la extracción se coloca en la cámara de extracción, directamente o en un dispositivo especial como cartuchos de papel o gasa y en un matraz de bola se coloca el disolvente apropiado (cámara de disolvente). Ambas cámaras se encuentran comunicadas entre sí por dos tubos laterales, uno de ellos con forma de U. El disolvente se calienta a ebullición mediante una fuente de calor apropiada (manta de calentamiento); cuando sus vapores ascienden por uno de los tubos laterales, se condensan en el refrigerante conectado a la cámara de extracción y cae sobre el material vegetal. Al nivelarse el volumen del extracto en la cámara de extracción con el volumen del mismo en el tubo comunicante (forma de U, lado izquierdo del aparato), sifonea y cae en el matraz de bola. Nuevamente el disolvente se evapora, dejando los principios extraídos en el matraz de bola, repitiéndose el ciclo tantas veces como sea necesario. Existen extractores de Soxhlet de muchas capacidades, lo cual permite utilizar el método desde extracciones en pequeña escala hasta extracciones a nivel industrial (a gran escala). Basado en el mismo principio del extractor de Soxhlet, funcionan los extractores para líquidos más o menos densos que el agua (Figura 2). Estos se utilizan generalmente para la extracción de drogas no organizadas. Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 27 Destilación. Los métodos de destilación se utilizan fundamentalmente para la obtención de esencias (ver capítulo de aceites esenciales). Digestión. Los digestión es una forma de maceración con aplicación de calor moderado. I nfusión. Proceso que consiste en verter sobre la droga fresca o desecada un disolvente (generalmente agua) a ebullición con el fin de extraer los principios solubles. Decocción. En este caso la extracción se logra al hervir simultáneamente el material vegetal, fresco o seco, con el disolvente, también generalmente agua. Los tres últimos métodos son de amplio uso para elaborar las preparaciones medicinales de amplio uso en la medicina tradicional o popular. Es importante hacer notar, que cuando se desconoce la naturaleza de los principios activos (columnas 2 y 3, Cuadro 2) es recomendable realizar extracciones en frío y utilizar el etanol, metanol o mezcla de diclorometano-metanol (1:1) como disolventes. Una vez preparado el extracto, es necesario reducir el volumen del mismo a fin de facilitar las operaciones posteriores conducentes a la obtención de principios activos. La concentración de los extractos se realiza generalmente por destilación a presión reducida en aparatos denominados rotaevaporadores (Figura 3). Existen rotaevaporadores de diversas capacidades. Generalmente los extractos se concentran a sequedad. 2.3 Fraccionamiento de los extractos. El fraccionamiento consiste en la separación a grosso modo de los constituyentes presentes en un extracto natural . Mediante éste procedimiento los diferentes compuestos presentes en un extracto se separan en grupos en función de las diferencias o similitudes en sus propiedades físico-químicas (solubilidad, tamaño, polaridad, reactividad, etc.). Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 28 Figura 3. Ilustración de un rotaevaporador. Existen numerosos métodos para la realización de éste proceso y se considerarán únicamente los de mayor aplicación fitoquímica. Métodos cromatográficos. La cromatografía es un método analítico mediante el cual los componentes de una mezcla se distribuyen entre dos fases, una móvil y la otra estacionaria. La fase móvil puede ser un líquido o un gas. La fase estacionaria, contenida en un soporte Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 29 cromatográfico, puede ser un sólido o un líquido (incluido en un sólido o en un gel). La clasificación de los métodos cromatográficos se indica en el Cuadro 4. En las Figuras 4 y 5 se ilustran los diferentes tipos de cromatografía considerando el principio fisicoquímico en que se basan y la técnica cromatográfica, respectivamente. Cuadro 4. Clasificación de los métodos cromatográficos. Tipo de cromatografía Fase móvil Fase Estacionaria Técnica Principio Gas-líquido Gas Líquido Gases Reparto Líquido-sólido Líquido Sólido Columna* Papel Capa fina Adsorción Exclusión Intercambio Iónico Líquido-líquido Líquido Líquido Columna Papel Capa fina Reparto Gas-sólido Gas Sólido Gases Adsorción *Columa abierta, a baja presión, a mediana presión, HPLC, cromatografía flash (rápida) y cromatografía en contracorriente. Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 30 Figura 4. Tipos de cromatografía según el principio fisicoquímico involucrado en el proceso de separación. Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 31 Figura 4. Tipos de cromatografía según el principio fisicoquímico involucrado en el proceso de separación (continuación). Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 32 Figura 4. Tipos de cromatografía según el principio fisicoquímico involucrado en el proceso de separación (continuación). Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 33 Procesos de partición. Están basados en la ley del reparto, y se pueden realizar en aparatos de extracción líquido-líquido, en embudos de separación de diferentes capacidades o en aparatos de contracorriente. Métodos químicos. En éste caso el fraccionamiento se hace en virtud a una propiedad química común que presenten algunos de los constituyentes presentes en el extracto. Un ejemplo clásico lo constituye la separación de alcaloides cuaternarios y terciarios mediante los reactivos de Meyer y reinecato de amonio. Con estos reactivos, los alcaloides son precipitados debido a la formación de sales complejas. Los alcaloides pueden ser luego regenerados por tratamiento con H 2 S, o bien cromatografiando la mezcla de sales a través de una columna de intercambio aniónico. 2.4 Separación de los constituyentes de las fracciones. Consiste en separar de manera individual los constituyentes de las diferentes fracciones obtenidas durante el proceso de fraccionamiento. Además de los métodos cromatográficos se pueden emplear los siguientes métodos para realizar el proceso de separación: Liberación fraccionada. Consiste en la separación gradual de los componentes de una mezcla considerando las diferencias de acidez o basicidad de los constituyentes presentes. Este método es ampliamente utilizado en la separación de alcaloides (ver obtención de alcaloides de la quina). Cristalización fraccionada. Este método se basa en las diferencias de solubilidad de los componentes de una mezcla en un determinado disolvente o mezcla de disolventes (ver obtención de la estricnina y de la brucina). Destilación fraccionada. Se basa en la separación de los constituyentes en virtud de las diferencias de sus puntos de ebullición. Este método es ampliamente utilizado para la separación de los constituyentes de los aceites volátiles. Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 34 2.5 Purificación de los principios activos. Una vez separados los constituyentes de las diferentes fracciones es necesario purificar y para ello se usan las técnicas convencionales de purificación de los compuestos orgánicos (recristalización, cromatografía, destilación, sublimación, etc.). En caso de utilizar el proceso de recristalización, éste debe efectuarse hasta que los sólidos presenten un punto de fusión constante. Los criterios de pureza generalmente empleados son: el punto de fusión (compuestos sólidos), el punto de ebullición (compuestos líquidos) y la homogeneidad cromatográfica. En el caso de utilizar las técnicas de papel o capa delgada, la homogeneidad debe verificarse utilizando al menos tres sistemas de elución diferentes. 2.6 I dentificación de los constituyentes activos. Es el proceso de establecer la estructura molecular de los constituyentes aislados de una fuente natural y para ello se emplean métodos físicos, espectroscópicos, espectrométricos, difracción de rayos X y métodos químicos, por tan solo mencionar los más importantes. En el caso de compuestos conocidos la identificación se puede realizar por comparación de sus constantes físicas y espectroscópicas con aquellas previamente descritas o bien por la comparación directa con muestras auténticas. En el caso de compuestos nuevos el proceso es más complejo y es necesario recopilar una serie de constantes físicas, espectrométricas y espectroscópicas. El análisis conjunto de estos datos permite proponer una estructura probable. La determinación inequívoca de las estructuras solo se puede realizar por difracción de rayos X o por síntesis. El Cuadro 5 resume los métodos más utilizados para la determinación de estructuras de los compuestos orgánicos. Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 35 Cuadro 5.- Métodos más utilizados para determinar la estructura molecular de los compuestos orgánicos. Métodos Principios I nformación Espectroscopía I nfrarroja Excitación en la vibración molecular grupos funcionales y conformación Espectroscopía RAMAN Excitación en la vibración molecular similar al IR Espectroscopía UV y visible Transición de los electrones de un orbital a otro Insaturaciones, aromaticidad, estereoquímica y grupos funcionales Resonancia Magnética Nuclear Transiciones entre orientaciones del spin nuclear grupos funcionales número de protones y carbonos. Secuencia de protones y carbonos Espectrometría de masas Fragmentación molecular por electrones peso molecular exacto y grupos funcionales Difracción de Rayos X Interferencia entre los rayos X dispersados por los electrones de los átomos determinación completa de la estructura molecular Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 36 ANEXO DE UNI DAD I I Serie eluotrópica de disolventes. DI SOLVENTE CONSTANTE DI ELECTRI CA(25ºC) Hexano 1.89 Ciclohexano 2.02 1,4-dioxano 2.21 Tetracloruro de carbono 2.24 Benceno 2.28 Tolueno 2.38 Acetonitrilo 3.88 Eter dietílico 4.34 Cloroformo 4.87 Acido fórmico 5.0 2-metilbutan-2-ol 5.82 Actetato de etilo 6.02 Acido acético glaciar 6.15 Tetrahidrofurano 7.58 Diclorometano 9.14 2-metilpropan-2-ol 17.7 Butan-2-ol 17.8 Propan-2-ol 18.3 Propan-1-ol 20.1 Acetona 20.7 Etanol 24.3 Metanol 33.6 Agua 78.3 ORDEN DE ADSORCI ON DE ALGUNOS DE LOS GRUPOS FUNCI ONALES DE MAYOR USO EN CORMATOGRAFI A -CH=CH- <-OCH 3 <CO 2 R <-C=O <-CHO <-SH <NH 2 <-OH <-COOH Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 37 ESQUEMA 1. OBTENCIÓN DE LA PINOCEMBRINA A PARTIR DE T. GRAVEOLENS. Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 38 6) Dejar reposar por 24 h y filtrar RESIDUO INSOLUBLE SOLUCION ALCOHOLICA 4) Adicionar 10 ml de KOH (10%) 5) Decantar EXTRACTO CONCENTRADO 3) Concetrar al vacío EXTRACTO ETANOLICO RESIDUO VEGETAL 1) Extraer con etanol (150 ml) en un aparato de Soxhlet por dos horas 2) Flitrar PIMIENTA NEGRA DESECADA Y MOLIDA (10g) CRISTALES DE PIPERINA DE p. f.= 125 ºC AGUAS MADRES N C O CH CH CH CH O O Piperina ESQUEMA 2. OBTENCIÓN DE LA PIPERINA A PARTIR DE LA PIMIENTA NEGRA Curso de Farmacognosia, Unidad 2 Dra Rachel Mata Essayag 39 O O OH OH COOH 10) Recristalizar con ácido acético REINA CRUDA 8) Lavar con agua para eliminar acídez 9) Lavar con acetona AGUAS MADRES PRECIPITADO AMORFO 6) Acidificar con HCl diluído hasta pH de 2 7) Filtrar FASE ACUOSA ALCALINA 5) Partición con 25 ml de una solución de bicarbonato de sodio al 5% cuatro veces FASE ORGANICA FASE ACUOSA 4) Partición con isobutil-metilcetona 3) Reducir el volumen a 100ml RESIDUO VEGETAL EXTRACTO ACUOSO 1) Extraer con agua (750ml), hirviendo a reflujo durante 1.5h (3 veces) 2) Filtrar RAIZ DE RUIBARBO MOLIDA Y DESECADA (100g) EXTRACTO ACUOSO CONCENTRADO FASE ORGANICA REINA PURA (Agujas amarillas, p.f.= 326-329 ºC) Esquema 3. Obtención de la reína a partir de la raíz de ruibarbo. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 40 UNI DAD 3. BI OSI NTESI S DE METABOLI TOS SECUNDARI OS DE I MPORTANCI A MEDI CI NAL. CONTENI DO PROGRAMATI CO. Biosíntesis. Generalidades sobre metabolismo secundario. Importancia de los estudios de biosíntesis. Rutas biosintéticas del metabolismo secundario: Ruta del ácido siquímico, Ruta del acetato-malonato. Ruta del acetato-mevalonato. Aminoácidos como precursores de los alcaloides. Compuestos que derivan de dos o más rutas biosintéticas. PROPÓSI TO. Con esta unidad se pretende proporcionar al estudiante una idea global acerca de: 1. Los procesos biosintéticos que conllevan a la formación de los diversos metabolitos secundarios de importancia medicinal. 2. La importancia del establecimiento de las rutas biosintéticas de los compuestos con propiedades medicinales. OBJ ETI VOS. Al finalizar la unidad, el estudiante estará en la capacidad de: 1. Definir los términos biosíntesis, metabolismo primario, metabolismo secundario, metabolito primario y metabolito secundario. 2. Establecer diferencias y analogías entre metabolismo primario y metabolismo secundario. 3. Indicar que tipo de compuestos se forman a través de la ruta del ácido siquímico. 4. Indicar las características estructurales sobresalientes de los compuestos aromáticos formados a través de la ruta del ácido siquímico. 5. Señalar el origen biosintético e indicar el precursor inmediato de metabolitos secundarios pertenecientes a los siguientes grupos de compuestos: taninos hidrolizables, alcaloides (indólicos, quinolinicos, isoquinolinicos y feniletilaminas), quinonas, lignanos, cumarinas y compuestos aromáticos simples de los tipos C 6 , C 6 -C 1 , C 6 -C 2 y C 6 -C 3 . 6. Indicar en forma general que tipo de compuestos se forman por la ruta del acetato-malonato. 7. Definir los términos policétido, unidad iniciadora y unidad de extensión. 8. Señalar las diferencias estructurales entre los compuestos aromáticos biosintetizados por la ruta del ácido siquímico y los obtenidos por la ruta del acetato-malonato. 9. Indicar que tipo de compuestos se biosintetizan por la ruta del acetato-mevalonato y DOXP (desoxixilulusa fosfato). Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 41 10. Esquematizar mediante reacciones químicas en la ruta del acetato-mevalonato la formación de los siguientes compuestos: i) dimetilalilpirofosfato e isopentenilpirofosfato, ii) pirofosfato de geranilo, iii) pirofosfato de farnesilo y iv) escualeno. 11. Indicar los precursores generales de cada uno de los siguientes tipos de compuestos: monoterpenoides, sesquiterpenoides, diterpenoides, carotenoides, triterpenoides y esteroides. 12. Describir el papel de los aminoácidos no aromáticos en la biosíntesis de los metabolitos secundarios. 13. Analizar el origen biogenético de ejemplos selectos de metabolitos de biogénesis mixta: flavanona, vitamina K 1 , cocaína, equinulina, chanoclavina, novobiocina y tetrahidrocannabinol, marmesina, dolicotelina, plastoquinonas y ubiquinonas. 14. Analizar la importancia del conocimiento de la biosíntesis de los fármacos de origen natural. 3.1 METABOLI TOS PRI MARI OS VS. METABOLI TOS SECUNDARI OS. El metabolismo primario, comprende una serie de procesos metabólicos mediante los cuales los organismos vivos sintetizan y degradan una serie de sustancias orgánicas que le son indispensables para vivir. Estos procesos son similares en casi todos los organismos vivos y a los productos biosintetizados se les denomina METABOLI TOS PRI MARI OS. Estos metabolitos cumplen una función vital en los seres vivos y se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza. Como ejemplos podemos citar a los aminoácidos, carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos por tan sólo mencionar algunos. El metabolismo secundario comprende una serie de procesos metabólicos mediante los cuales los seres vivos sintetizan un gran número de compuestos orgánicos que aparentemente no le son indispensables para vivir. Estos compuestos se forman a partir de los metabolitos primarios (Figura 5) y los procesos que conllevan a su formación, pueden diferir en los diferentes organismos. Los productos del metabolismo secundario se denominan METABOLI TOS SECUNDARI OS, mismos que presentan una distribución taxonómica restringida (en ocasiones característico de un género o especie). Entre los metabolitos secundarios más importantes se encuentran las cumarinas, los alcaloides, los flavonoides y los terpenoides, entre otros. Existen cada vez un mayor número de evidencias que indican que los metabolitos secundarios si cumplen con una función específica en el organismo que los produce, particularmente acarrean información de unos organismos a otros y por ello median las relaciones químicas entre los Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 42 organismos. De manera general los principios activos y los agentes responsables del aroma y el color de numerosas plantas son metabolitos secundarios. En el Cuadro 6, se muestra una clasificación de los metabolitos secundarios de acuerdo a su origen biosintético. CLOROFILA +CO 2 +LUZ FOTOSINTESIS CUMARINAS LIGNANOS, ETC. ALCALOIDES ANTRAQUINONAS ANTIBIOTICOS, ETC. TERPENOIDES ESTEROIDES Glicosidos ACIDOS CINAMICOS ALCALOIDES AMINOACIDOS (LISINA, PROLINA) MALONIL COENZIMA A ACIDOS DEL CICLO DE KREBS AMINOACIDOS AROMATICOS ACETIL COENZIMA A ACIDO FOSFOENOLPIRUVICO ACIDO SIQUIMICO ACIDO PIRUVICO Fécula Glucosa Fructosa CARBOHIDRATOS CICLO DE LAS PENTOSAS POLICETIDOS FLAVONOIDES POLIACETILENOS ACIDOS GRASOS COMPUESTOS AROMATICOS DE ORIGEN DIVERSO ACIDO MEVALONICO COMPUESTOS AROMATICOS DE ORIGEN DIVERSO TRIPTOFANO FENILALANINA TIROSINA ACIDO ANTRANILICO Figura 5. Correlación entre el metabolismo primario y el metabolismo secundario. Cuadro 6. Clasificación de los metabolitos secundarios de acuerdo a su origen biosintético. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 43 RUTA METABOLI CA METABOLI TOS SECUNDARI OS 1) Acido siquímico taninos, lignanos, cumarinas, alcaloides derivados de los aminoácidos triptofano, tirosina, fenilalanina y ácido antranílico, quinonas, compuestos C 6 , C 6 -C 1 , C 6 -C 2 , C 6 -C 3 , antibióticos varios. 2) Acetato-malonato policétidos aromáticos, ácidos grasos y metabolitos relacionados, antibióticos macrólidos, otros. 3) Acetato-mevalonato terpenoides (sesquiterpenoides, triterpenoides, y politerpenoides) y esteroides 4)1-Desoxi-D-xilulosa-5- fosfato (ruta DOXP) terpenoides (hemiterpenoides, monoterpenoides, diterpenoides, carotenoides y plastoquinona-9) 5) Metabolitos derivados de aminoácidos no aromáticos Alcaloides 6) Combinación de dos o más rutas alcaloides, flavonoides, furanocumarinas, piranocumarinas, plastoquinonas, ubiquinonas y cannabinoides. Nota: La clasificación se ajusta a los propósitos del curso 3.2 RUTA DEL ACETATO-MALONATO. Esta ruta se lleva a cabo en bacterias, hongos, líquenes y plantas. Los productos biosintetizados por esta ruta, se generan a partir de un intermediario denominado policétido, el cual resulta de la condensación sucesiva de unidades de malonil CoA (unidad extendedora) con una unidad de partida o iniciadora, que es de naturaleza variable (Figura 6). La unidad iniciadora puede ser la acetil CoA, la propionil CoA, la malonil CoA, la cinamoil CoA, la trifluoroacetil CoA, entre otras. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 44 CH 3 C O (CH 2 C) n CH 2 C O SCoA O CH 3 C CH 2 C O O CH 2 C O SCoA nC 2 MalonilCoA AcetilCoA CH 3 C CH 2 C O O SCoA CH 2 C SCoA COOH O + CH 3 C O SCoA C 2 C 2 C 4 C 6 POLICETIDO INTERMEDIARIO nC 2 Figura 6. Formación del policétido intermediario Los productos sintetizados por esta ruta se pueden clasificar considerando el numero de unidades C involucradas en la formación del policétido intermediario. De esta forma, los policétidos se clasifican en tricétidos (3C 2 ), tetracétidos (4C 2 ), pentacétidos (5C 2 ), octacétidos (8C 2 ), decacétidos (10C 2 ), etc. Algunos ejemplos de ellos se muestran a continuación: OH O O O O OH O O O O O OH O O O O O O O O Tetracétido Pentacétido Octacétido (4C 2 ) (5C 2 ) (8C 2 ) Posteriormente, este intermediario puede sufrir diversas modificaciones enzimáticas como son oxidaciones, reducciones, alquilaciones, descarboxilaciones, ciclizaciones intramoleculares, entre otras. Estas modificaciones tienen lugar en las diferentes etapas del proceso de biosíntesis. En la Figura 7, se presentan algunas de las modificaciones antes descritas. Cabe mencionar que Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 45 todas estas reacciones son catalizadas por enzimas específicas que se denominan policétido sintasas. O O O O OH O CH 3 HO CH 3 DESCARBOXI LACI ON METI LACI ON -pirona CI CLI ZACI ON R=CH 3 (COCH 2 ) n n=0, 1, 2,....... R CO CH 2 C OH COOH CH 2 CO CH O O OH CH 2 CO R O OH O O O O O COOH Figura 7. Modificaciones de los policétidos. En la naturaleza, existen numerosos compuestos de importancia terapéutica que se biosintetizan por de esta ruta. Por ejemplo las tetraciclinas, la griseofulvina, los macrólidos como la eritromicina, y muchas antraquinonas con propiedades purgantes. En la Figura 8, se muestran algunos ejemplos de metabolitos secundarios formados por la ruta acetato-malonato. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 46 O O CH 3 OH O O OH OH CH 3 HO OH OH OH OH OH O O COOCH 3 CH 2 CH 3 OH O OH O NH 2 O OH N(CH 3 ) 2 OH HO CH 3 OH frangulina A antraciclinas oxitetraciclina O O O O O CH 3 CH 3 CH 2 CH 3 HO CH 3 OH CH 3 O O OH HO N(CH 3 ) 2 OCH 3 CH 3 CH 3 OH HO OH N eritromicina base floroglucinol coniína O O OCH 3 CH 3 O OCH 3 CH 3 O Cl O O OH HO HO O HO H CH 3 COOH griseofulvina -pironas prostaglandina E 2 Figura 8. Ejemplos de metabolitos secundarios biosintetizados por la ruta acetato-malonato. 3.3 RUTA DEL ÁCI DO SI QUÍ MI CO. Por medio de la ruta del ácido siquímico, se originan los aminoácidos esenciales fenilalanina, triptófano y tirosina, los cuales a su vez son de manera individual importantes precursores de un gran número de metabolitos secundarios de importancia terapéutica (Figuras 10 y 11). Entre los metabolitos secundarios más importantes que se generan por la ruta del ácido siquímico se encuentran los siguientes: alcaloides, antibióticos, cumarinas, lignanos, fenilpropanoides, compuestos aromáticos simples, taninos hidrolizables y quinonas, entre otros. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 47 Es importante destacar que esta ruta y la del acetato-malonato permiten la síntesis de casi todos los compuestos secundarios aromáticos de origen natural. La ruta del ácido siquímico tiene lugar principalmente en microorganismos y plantas superiores, y es en estas últimas donde se ha confirmado la presencia del sistema enzimático responsable de la síntesis de importantes intermediarios de esta secuencia metabólica. Los metabolitos primarios precursores de esta ruta son el ácido pirúvico (bajo la forma de ácido fosfoenol pirúvico) y la eritrosa-4-fosfato (Figura 9). La condensación de estos dos productos origina el ácido 2-ceto-3-desoxi-7-fosfo-D-glucohepanónico. La ciclización de este último ácido genera el ácido dehidroquínico (DHQ), que es el primer intermediario cíclico de esta ruta. El ácido DHQ se reduce al ácido quínico, compuesto de amplia distribución en la naturaleza. También el ácido DHQ origina el ácido deshidrosiquímico que es el precursor de algunos compuestos del tipo C 6 -C 1 , como los ácidos gálico y protocatéquico. Ambos ácidos se encuentran libres en la naturaleza o se obtienen de la hidrólisis de los taninos hidrolizables. OH OH HO COOH OH OH COOH Acido gálico Acido protocatéquico A partir del ácido deshidrosiquímico se forma el ácido siquímico, que por dos reacciones adicionales se transforma en ácido corísmico. Según muchos autores esta secuencia metabólica debería llamarse, "RUTA DEL ACI DO CORI SMI CO", ya que este metabolito constituye quizás el intermediario más importante de la ruta y a partir del mismo se originan los aminoácidos esenciales, antibióticos, compuestos de tipo C 6 -C 1 , etc. (Figura 10). La aminación del ácido corísmico en la posición 3 conduce a la formación de ácido antranílico el cual a su vez es precursor del triptofano. Por otra parte, los aminoácidos fenilalanina y tirosina se forman vía el ácido prefénico, el cual es biosintetizado a partir del ácido corísmico por un rearreglo de Claisen. Los aminoácidos fenilalanina y tirosina, además de ser precursores de numerosos alcaloides y antibióticos, originan por eliminación de amonio fenilpropanoides intermediarios (ácidos cinámicos). La eliminación de amonio de la fenilalanina origina el ácido cinámico y en el caso de la tirosina se forma el ácido cumárico. Tanto el ácido cumárico como el cinámico pueden Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 48 sufrir hidroxilaciones anulares adicionales. Estos fenilpropanoides son los precursores de la lignina, lignanos, cumarinas, flavonoides, otros fenilpropanoides y de compuestos de tipo C 6 -C 1 , C 6 -C 2 y C 6 , entre otros. Es importante destacar que los compuestos aromáticos derivados por la ruta del ácido siquímico se caracterizan por los siguientes patrones de oxigenación: O O O O O O Los metabolitos derivados de la ruta de acetato-malonato presentan, en cambio, un patrón de oxigenación alterna. O O O Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 49 NAD + Co 2+ COOH CH 2 O OH OH HO H 2 O 3 PO H 2 O COPO 3 H 2 COOH CH 2 OH OH COOH H 2 O 3 PO OH OH COOH HO OH OH O COOH + Ciclización HO COOH OH OH O OH COOH H 2 O 3 PO O COOH OH COOH O COOH C 6 C 1 Acido fosfoenol pirúvico Eritrosa-4-fosfato Acido-2-ceto-3-desoxifosfo- D-glucoheptánico Acido-3-deshidro- quínico Acido siquímico-3-fosfato Acido siquímico Acido-3-deshidrosiquímico Acido-3-fosfo-5-enolpiruvil-siquímico Acido corísmico COOH CH 2 O P O HO HO CH 2 O H OH HO OPO 3 H 2 Figura 9. Formación del ácido corísmico. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 50 BENZOQUINONAS NAFTOQUINONAS ANTRAQUINONAS Acido isocorísmico a b Acido 4-hidróxibenzoico Cloranfenicol Acido prefénico Acido tetrahidofólico PABA Acido antranílico ALCALOIDES N COOH NH 2 COOH NH 2 COOH NH 2 COOH O COOH NH 2 COOH O COOH NH 2 COOH OH H O COOH OH HOOC CH 2 C O COOH COOH OH COOH OH NO 2 C H HO C H N C O CH 2 Cl CH 2 OH O COOH COOH H H OH OH a a b b b NH 2 b Figura 10. Transformaciones del ácido corísmico. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 51 CH 2 C HOOC OH O COOH CH 2 CH HOOC OH COOH NH 2 CH 2 COCOOH CH 2 COCOOH OH CH 2 CH COOH NH 2 CH 2 CH COOH NH 2 OH CH 2 C OH O COOH C O - O CH 2 C O COOH C O - O O TRANSAMI NACI ON Fenilalanina Tirosina DOPA -CO 2 -NH 3 C 6 C 3 ALCALOI DES ANTI BI OTI COS C 6 C 2 ALCALOI DES ANTI BI OTI COS C 6 C 2 C 6 C 3 -NH 3 -CO 2 Acido fenilpirúvico Acido p-hidroxifenilpirúvico Acido prefénico Pretirosina NAD + NADH Figura 11. Origen de los aminoácidos tirosina y fenilalanina por la ruta del ácido siquímico. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 52 oxdn. redn. oxdn. H 2 O -oxidación CUMARI NAS LI GNANOS LI GNI NA CO 2 C 6 COOH CH 2 OPP OH COOH QUI NONAS C 6 C 1 C 6 C 2 -CO 2 Tirosina fenilalanina C 6 C 3 Otros ALCALOI DES COOH O CH 2 OH COOH OH COOH NH 2 COOH HO NH 2 R COOH polim. dim. Figura 12. Formación de los compuestos aromáticos a partir de la fenilalanina y de la tirosina. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 53 O O OH OH OH OCH 3 C O H O O OH OCH 3 NHCH 3 COOCH 3 HO OH NH 2 HO OH OH C O H OCH 3 OCH 3 CH 3 O OH O O O O O O O O HO OH OH OH O HO CH 3 O O HO CH 3 O NH 2 OH Alizarina Vainillina Lawsona Damascenina Dopamina Pungenina Podofilotoxina Acido elágico Escopoletina Eugenol Tiramina Figura 13. Ejemplos de metabolitos secundarios originados por la ruta del ácido siquímico. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 54 isomerasa hemiterpenoides CH 3 C O SCoA CH 3 C O SCoA + C O SCoA CH 2 O C CH 3 C O SCoA CH 2 O C CH 3 CH 3 C O SCoA + C O SCoA CH 2 C CH 2 HOOC CH 3 OH 2NADPH CH 2 C CH 2 HOOC CH 3 OH CH 2 OH CH 2 C CH 2 HOOC CH 3 OH CH 2 OP 2 O 6 -CO 2 ATP CH 2 C CH 2 OP 2 O 6 CH 2 H 3 C AcetilCoA AcetilCoA AcetoacetilCoA AcetoacetilCoA AcetilCoA -Hidroxi--metilglutarilCoA ATP Acido-5-Pirofosfomevalónico I sopentenilpirofosfato (I PP) UNI DAD DE I SOPRENO CH C CH 2 OP 2 O 6 H 3 C H 3 C Dimetilalilpirofosfato (DMAPP) ácido mevalónico Figura 14. Formación de la unidad de isopreno. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 55 3.4 RUTA DEL ACETATO-MEVALONATO Y RUTA DOXP (1-DESOXI XI LULOSA-5- FOSFATO). A través de esta ruta, se forman todas las sustancias de naturaleza terpenoide y esteroidal. Estos metabolitos se biosintetizan a partir de unidades de cinco átomos de carbono (unidad isopreno), y de acuerdo al número de unidades involucradas en su formación los compuestos terpenoides se agrupan como se muestra en el Cuadro 7. El origen de la unidad isopreno se ilustra en las Figuras 15 y 16. Cuadro 7. Clasificación general de las sustancias terpenoides. TI PO NO. DE ATOMOS DE CARBONO NO. UNI DADES I SOPRENO EJ EMPLO Hemiterpenoides 5 1 Isopreno Monoterpenoides 10 2 Geraniol Sesquiterpenoide s 15 3 Farnesol Diterpenoides 20 4 Geranil-geraniol Sesterpenoides 25 5 Ofobiolina A Triterpenoides 30 6 Escualeno Tetraterpenoides 40 8 Fitoeno Politerpenoides C 5n N Caucho Una vez formada la unidad C 5 , prosigue la síntesis de los terpenoides por condensaciones "cabeza-cola" del IPP con el DMAPP, para dar pirofosfato de geranilo (GPP) (Figura 15), el cual es el precursor de los monoterpenoides. CH 2 OP 2 O 6 cola IPP cabeza CH 2 OP 2 O 6 H H HEMITERPENOIDES MONOTERPENOIDES Pirofosfato de geranilo (GPP) DMAPP OP 2 O 6 Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 56 Figura 15. Formación de la unidad isopreno Cuando el GPP se condensa también en forma "cabeza-cola" con otra unidad de IPP se genera el pirofosfato de farnesilo (FPP), precursor de los sesquiterpenoides y del escualeno (precursor general de los triterpenoides y esteroides). Los diterpenoides, se biosintetizan a partir del pirofosfato de geranil-geraniol (GGPP), el cual resulta de la condensación del FPP con una unidad de IPP. Por último los carotenoides se forman a partir de 2 moléculas de FPP. En la Figura 17, se ilustran esquemáticamente la formación de los precursores generales de los diterpenoides, sesquiterpenoides, triterpenoides, esteroides y carotenoides. Muchos de los compuestos biosintetizados por esta ruta son importantes desde el punto de vista medicinal e industrial; algunos ejemplos de estos metabolitos secundarios se muestran en la Figura 18. CH 3 COOH O CHO CH 2 OP OH CH 3 CH 2 OP O HO OH OP OH HO OH OPP piruvato DOXP sintasa gliceraldehído-3-P + 1-desoxixilulosa-5-P (DOXP) piridoxol tiamina 2-C-metil-D-eritriol-4-P (MEP) IPP Figura 16. Formación de la unidad isopreno a partir de la ruta DOXP Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 57 CH 2 OP 2 O 6 CH 2 OP 2 O 6 SESQUI TERPENOI DES Pirofosfato de geranilo (GPP) Pirofosfato de farnesilo (FPP) x2 IPP O Escualeno H + Epoxiescualeno H HO Cicloartenol H HO Lanosterol TRI TERPENOI DES ESTEROI DES CH 2 OP 2 O 6 Pirofosfato de geranil-geranilo (GGPP) CAROTENOI DES DI TERPENOI DES x2 Figura 17. Formación de los precursores generales de algunos terpenoides. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 58 OH O CHO HO COOH H H OH CH 2 OH limoneno mentol alcanfor -pineno geranial -cadinol ácido dextropimárico cedrol vitamina A 1 Figura 18. Ejemplos de metabolitos secundarios originados por la ruta acetato-mevalonato. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 59 guta -sitosterol -amirina lupeol n HO H HO HO -caroteno Figura 18. Ejemplos de metabolitos secundarios originados por la ruta acetato-mevalonato (continuación). Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 60 3.5 METABOLI TOS QUE DERI VAN DE AMI NOÁCI DOS NO AROMÁTI COS Y OTROS PRECURSORES NI TROGENADOS. Muchos aminoácidos no aromáticos tienen importancia en el metabolismo secundario de algunas plantas, por ser precursores de diversos alcaloides. Estos aminoácidos se originan a partir del metabolismo primario (Ciclo de los ácidos tricarboxílicos). A continuación, se ejemplifican algunos alcaloides, la estructura base, así como los aminoácidos precursores de estos metabolitos. ALCALOI DE ESTRUCTURA AMI NOACI DO histidina imidazol histamina higrolina prolina pirrolizidina ornitina pirrolina N N NH 2 H H N N H N N COOH NH 2 H N CH 3 OH N NH 2 NH 2 COOH N H N COOH H Figura 19. Ejemplos de metabolitos biosintetizados a partir de aminoácidos no aromáticos y otros precursores. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 61 ALCALOI DE ESTRUCTURA AMI NOACI DO lisina piperidínico isopeleterina quinolizidina ácido pipecólico ácido nicotínico piridínico arecolina N COOCH 3 H N COOH N N COOH NH 2 NH 2 N H COOH N H CH 2 CCH 3 O N H Figura 19. Ejemplos de metabolitos biosintetizados a partir de aminoácidos no aromáticos y otros precursores (continuación). 3.6 METABOLI TOS DE BI OSI NTESI S MI XTA. Existen en la naturaleza, un gran número de compuestos que se originan por la combinación de dos o más rutas. Un ejemplo representativo lo constituyen los flavonoides, que se biosintetizan por las rutas del ácido siquímico y acetato-malonato, tal como se muestra en la Figura 20. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 62 SCoA O O O O OH O OH HO O OH HO O MalonilCoA CinamoilCoA C SCoA O CH 2 HOOC CoAS O + Figura 20 . Formación de flavonoides (C 6 -C 3 -C 6 ). Otros metabolitos originados por biosíntesis mixta se ilustran en la Figura 21. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 63 3 N N N H H O O CH 3 H CH 3 COCH 3 H O C O N H R= vitamina K 1 dolicotelina O O R cocaína equinulina N N N H O n n=1,2,... plastoquinonas ubiquinonas n=6, 7, 8 y 9 O O CH 3 CH 3 CH 3 H n O O CH 3 O CH 3 O CH 3 CH 3 H Figura 21. Ejemplos de metabolitos secundarios sintetizados por rutas mixtas. Curso de Farmacognosia, Unidad 3 Dra Rachel Mata Essayag 64 O O OH CH 3 O O OCH 3 CH 3 CH 3 O N O OH H H 2 N O O OH H H N O O OCH 3 CH 3 tetrahidrocannabinol acronicina N NHCH 3 HOCH 2 H H H chanoclavina I marmesina O O HO O novobiocina Figura 21. Ejemplos de metabolitos secundarios sintetizados por rutas mixtas (continuación). Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 65 UNIDAD 4. METABOLI TOS SECUNDARI OS DE I MPORTANCI A MEDI CI NAL. PROPÓSI TO. Tomando en cuenta los conocimientos adquiridos en las unidades anteriores, esta unidad permite informar al estudiante en forma más detallada, acerca de los diversos metabolitos secundarios de importancia terapéutica. Se hará énfasis en lo relativo a la clasificación de los diferentes grupos de compuestos; distribución en la naturaleza; biosíntesis; propiedades físicas y químicas; obtención a partir de las fuentes naturales, identificación, fuentes naturales y usos medicinales. SUBUNIDAD 4.1. ALCALOI DES CONTENI DO PROGRAMATI CO: Distribución en la naturaleza. Clasificación. Propiedades físicas y químicas: Métodos de detección. Métodos de extracción, fraccionamiento, separación, purificación e identificación. Alcaloides de importancia terapéutica: Alcaloides tropánicos (atropina, escopolamina, hiosciamina y cocaína). Alcaloides indólicos (indolmonoterpenoides, -carbolinas, triptaminas, eserina y ergolinas). Alcaloides quinolínicos (alcaloides de la quina). Alcaloides isoquinolínicos (bencil isoquinolínicos, taleidoisoquinolinas, protoberberinas, emetina y morfinanos). Alcaloides de tipo pirrolidina-piridina (nicotina). Alcaloides de la piperina y piridina (alcaloides del granado, de la lobelia, de la areca y de la pimienta). Alcaloides imidazólicos. Protoalcaloides, purinas, taxol y sus derivados. Colchicina. Al finalizar la subunidad, a través de la exposición del profesor y la discusión en clase, el estudiante estará en capacidad de: 1. Definir el término alcaloide. 2. Definir los términos protoalcaloide, pseudoalcaloide y alcaloide verdadero. 3. Establecer diferencias entre protoalcaloides, pseudoalcaloides y alcaloides verdaderos. 4. Describir la distribución de los alcaloides en la naturaleza. 5. Describir que tipo de funciones se les atribuye a los alcaloides en las plantas. 6. Enumerar los criterios más usados para clasificar los alcaloides. 7. Clasificar los alcaloides de acuerdo a su estructura química. 8. Identificar los siguientes núcleos químicos, con base en la clasificación química estructural de los alcaloides: pirrol, piridina, piperidina, tropano, pirrolidina, quinolina, isoquinolínico, indol, imidazol, quinolizidina, pirrolizidina y purina. 9. Clasificar los alcaloides de acuerdo a su origen biosintético. 10. Analizar las ventajas de la clasificación biogenética. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 66 11. Indicar las propiedades físicas generales de los alcaloides tales como: solubilidad, estado físico, color, sabor y actividad óptica. 12. Señalar las propiedades químicas más importantes de los alcaloides. Analizar el carácter básico de la mayoría de éstos compuestos. 13. Describir bajo que forma suelen encontrarse los alcaloides en la naturaleza. 14. Enumerar las reacciones generales que permiten la detección de los alcaloides. 15. Señalar el fundamento y las características de la reacción de los alcaloides con cada uno de los siguientes reactivos: Mayer, Dragendorff, Wagner, ácido silicotúngstico y Hagger. 16. Indicar los métodos y disolventes para la extracción de los alcaloides con base en sus propiedades físicas y químicas. 17. Analizar la extracción de los alcaloides por medio de disolventes orgánicos. 18. Analizar porque es necesario basificar el material objeto de extracción, antes de proceder a la extracción de los alcaloides por medio de disolventes tales como el cloroformo, benceno, éter etílico y cloruro de metileno. 19. Analizar la extracción de los alcaloides por medio de soluciones de ácido en agua. 20. Señalar los procedimientos más adecuados para fraccionar o separar los alcaloides de otras sustancias presentes en un extracto preparado por cualquiera de los métodos generales para la extracción de alcaloides. 21. Analizar el proceso de partición ácido-base como método de fraccionamiento. 22. Indicar los métodos empleados para la separación y purificación de los alcaloides. 23. Indicar los métodos físicos y químicos más apropiados para la identificación de los alcaloides. 24. Indicar la distribución en el reino vegetal de los alcaloides del núcleo tropano. 25. Enumerar los alcaloides del núcleo tropano de importancia farmacéutica. 26. Esquematizar mediante reacciones químicas la biosíntesis de la tropina y de la ecgonina a partir de la ornitina, identificar cada una de las reacciones químicas involucradas en la biosíntesis de ambos compuestos. 27. Indicar mediante reacciones químicas la biosíntesis de la hiosciamina y de la escopolamina a partir de la tropina. 28. Indicar mediante reacciones químicas la biosíntesis de la cocaína a partir de la ecgonina. 29. Identificar las estructuras de la atropina, hiosciamina, cocaína y escopolamina. 30. Analizar la formación de atropina a partir de la hiosciamina durante el proceso de extracción. 31. Indicar las fuentes naturales y usos de la atropina, hiosciamina, cocaína y escopolamina. Señalar la parte de la planta empleada para la obtención de los pricipios activos. 32. Indicar qué alcaloides además de la cocaína, se encuentran en la coca y señalar la importancia de éstos compuestos en la preparación en gran escala de la cocaína. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 67 33. Describir y analizar la preparación industrial por semisíntesis de la cocaína, a partir de la ecgonina. 34. Señalar las reacciones de identificación más comunes de los alcaloides tropánicos. 35. Describir la distribución de los alcaloides indólicos en el reino vegetal. 36. Clasificar a los alcaloides indólicos de importancia farmacéutica. 37. Definir a los alcaloides indolmonoterpenoides. 38. Clasificar a los alcaloides indolmoniterpenoides. 39. Enumerar alcaloides indolmonoterpenoides del tipo corinanto, iboga y aspidosperma de importancia medicinal. 40. Identificar los fragmentos terpénicos del tipo corinanto, iboga y aspidosperma de importancia medicinal. 41. Identificar las estructuras químicas de la vincristina, vinblastina, estricnina, brucina, reserpina, deserpidina, rescinamina. 42. Identificar en las estructuras anteriores la porción derivada del triptófano y la parte terpénica; así mismo identificar y deducir si pertenecen al tipo iboga, corinanto o aspidosperma. 43. Indicar las fuentes naturales y usos de los alcaloides enumerados en el punto 42. 44. Identificar el núcleo de la ergolina. 45. Clasificar los alcaloides del cornezuelo del centeno. 46. Indicar el origen biosintético del ácido lisérgico. 47. Describir brevemente tres métodos para la producción de éstos alcaloides (aislamiento del esclerocio, extracción de cultivos saprofitos y semisíntesis). 48. Identificar las estructuras químicas de los alcaloides más importantes como: ergonovina, ergotamina, ergocriptina, ergocornina y ácido lisérgico. 49. Enumerar los usos de los alcaloides mencionados en el punto 47. Indicar además la importancia medicinal de los dehidro derivados de la ergocristina, alfa-ergocriptina, beta- ergocriptina y ergocornina. 50. Enumerar las reacciones de identificación de los alcaloides del ergot. 51. Definir el término de beta-carbolinas y triptaminas simples. 52. Identificar las estructuras de la harmina, harmano, psilocibina, DMT, serotonina, bufotenina y eserina. 53. Enumerar las fuentes naturales y los efectos biológicos de los compuestos mencionados en el punto 52. 54. Enumerar los alcaloides quinolínicos de mayor importancia farmacéutica. 55. Identificar las estructuras de la quinina y la quinidina. 56. Indicar el origen biosintético de los compuestos indicados en el punto 55. 57. Enumerar las fuentes naturales y los usos de los compuestos indicados en el punto 56. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 68 58. Enumerar las reacciones de identificación que permiten caracterizar los alcaloides de la quina. 59. Analizar el proceso de obtención de la quinina y quinidina a partir de la corteza de quina. 60. Clasificar los alcaloides isoquinolínicos de mayor importancia farmacéutica. 61. Identificar la estructura básica de los siguientes alcaloides: bencilisoquinolinas, bis- bencil-isoquinolinas, protoberberinas, taleidoisoquinolinas, emetina y morfinanos. 62. Indicar la distribución en el reino vegetal de los alcaloides isoquinolínicos señalados en el punto 61. 63. Identificar las estructuras químicas de la papaverina, (+)-tubocurarina, morfina, codeína, tebaína, hidrastina, narcotina, berberina y emetina. 64. Indicar la importancia biogenética de los alcaloides del tipo bencilisoquinolina dentro del grupo de alcaloides isoquinolínicos. 65. Indicar el origen biogenético de la tubocurarina y de la emetina. 66. Señalar la importancia medicinal y fuentes naturales de los compuestos indicados en el punto 63. 67. Definir el término opio. 68. Describir la preparación del opio. 69. Indicar que otros alcaloides, además de la papaverina se encuentran presentes en el opio. 70. Enumerar los ensayos listados en las farmacopeas para la identificación de los alcaloides del opio. 71. Analizar la solubilidad de la morfina en hidróxido de sodio, en contraste con la insolubilidad de la tebaína y de la codeína. 72. Indicar los derivados semisintéticos más importantes derivados de la morfina y de la codeína. Señalar además los usos medicinales y las reacciones químicas necesarias para su obtención. 73. Definir el término curare, describir su uso folclórico y enumerar los diferentes tipos de curare. 74. Analizar la diferencia en propiedades físicas y químicas de la berberina y de la hidrastina, proponer métodos de extracción con base en el análisis anterior. 75. Identificar las estructuras químicas de la anabasina, arecolina, lobelina, nicotina, peletierina y la piperina. 76. Enumerar las fuentes naturales de los alcaloides mencionados en el punto 74. 77. Identificar la estructura de la pilocarpina. 78. Predecir el origen biosintético de la pilocarpina. 79. Enumerar las fuentes naturales y el uso de la pilocarpina. 80. Identificar las estructuras químicas de la mescalina, efedrina, colchicina y el taxol. 81. Indicar el origen biosintético de la efedrina, mescalina, colchicina y el taxol. 82. Enumerar los usos y las fuentes naturales de los compuestos mencionados en el punto 81. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 69 83. Identificar las estructuras químicas de la cafeína, teofilina y teobromina. 84. Indicar los usos y fuentes naturales de la cafeína, teofilina y teobromina. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 70 4.1.1 CONCEPTOS GENERALES. 4.1.1.1 Definición. Los alcaloides son metabolitos secundarios nitrogenados, generalmente de carácter básico y fisiológicamente activos. La mayoría de éstos compuestos son biosintetizados a partir de aminoácidos. 4.1.1.2 CLASI FI CACIÓN GENERAL DE LOS ALCALOI DES. 4.1.1.2.1 Alcaloides verdaderos: el N forma parte de un heterociclo y se derivan de aminoácidos. CH 3 H O C O C CH 2 OH H N N H N CH 3 H H HO 2 C N N CH 3 CH 3 H HO atropina ácido lisérgico bufotenina O NHCOCH 3 H OCH 3 CH 3 O CH 3 O CH 3 O O O COOH NO 2 OMe colchicina ácido aristolóquico Ambos son excepciones 4.1.1.2.2 Protoalcaloides: el N no forma parte de un heterociclo, pero derivan de aminoácidos también. HO N CH 3 CH 3 NH 2 OCH 3 CH 3 O CH 3 O hordenina Mescalina Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 71 4.1.1.2.3 Pseudoalcaloides: el N forma parte de un heterociclo, pero no se derivan de aminoácidos. N O H HO H H N H tomatidina coniína 4.1.1.3 Distribución en la naturaleza: a) Reino animal y protista: N O CH 2 OH N castoramina (insectos) muscopiridina (insectos) N N CH 3 CH 3 H HO N N N N NH 2 H 2 N OH H H H O H 2 N O + + bufotenina (sapo) saxitoxina (animales marinos) N N O pyocinanina (Pseudomonas y bacterias) Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 72 b) Reino vegetal y Reino fúngico. O NHCOCH 3 H OCH 3 CH 3 O CH 3 O CH 3 O N H O C O C CH 2 OH H H 3 C colchicina (Colchicum autumnale) atropina (Datura lanosa) 4.1.1.4 FUNCI ÓN. a) Participan en las secuencias metabólicas de la planta. b) Medio de almacenamiento y transporte de determinados ácidos vegetales. c) Posible participación en los procesos de germinación de las plantas que los contienen. d) Protección. 4.1.1.5 CLASI FI CACIÓN QUÍ MI CA-ESTRUCTURAL Y BI OSI NTÉTI CA. ESTRUCTURA BASE EJ EMPLO PRECURSOR BI OSI NTÉTI CO a. pirrolidina simple N H estachidrina N COOH CH 3 H 3 C + L-prolina N H COOH L-ornitina COOH NH 2 NH 2 Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 73 4.1.1.5 Clasificación química-estructural y biosintética (continuación). ESTRUCTURA BASE EJ EMPLO PRECURSOR BI OSI NTÉTI CO b. tropano N CH 3 l-hiosciamina N H O CH 3 C O C H HOCH 2 L-ornitina COOH NH 2 NH 2 2 x CH 3 COOH c. piperidina N H anabasina N N H H L- lisina NH 2 NH 2 COOH d. piridina N nicotina N N CH 3 H ácido nicotínico N COOH e. pirrolizidina N retronecina N CH 2 OH H OH L- ornitina COOH NH 2 NH 2 Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 74 4.1.1.5 Clasificación química-estructural y biosintética (continuación). ESTRUCTURA BASE EJ EMPLO PRECURSOR BI OSI NTÉTI CO f. quinolizidina N lupinina N H CH 2 OH L- lisina NH 2 NH 2 COOH g. quinolina N quinina N H N HO H L-triptofano N NH 2 COOH dictamina O N OCH 3 ácido antranílico COOH NH 2 h. isoquinolina N morfina O H HO H N CH 3 HO L- tirosina NH 2 COOH HO Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 75 4.1.1.5 Clasificación química-estructural y biosintética (continuación). ESTRUCTURA BASE EJ EMPLO PRECURSOR BI OSI NTÉTI CO licorina N O O H OH HO H L-tirosina NH 2 COOH HO L- fenilalanina NH 2 COOH i.quinazolina N N peganina N N OH ácido antranílico COOH NH 2 j. indol N H ajmalicina N H N CH 3 H H H H 3 COC O L- triptófano N NH 2 COOH agroclavina N N CH 3 H 3 C Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 76 4.1.1.5 Clasificación química-estructural y biosintética (continuación). ESTRUCTURA BASE EJ EMPLO PRECURSOR BI OSI NTÉTI CO k. imidazol N N H ergotioneina N N N(CH 3 ) 2 COOH H SH H L- histidina N N COOH H NH 2 l.purinas N N N N cafeína N N N N CH 3 CH 3 H 3 C O O Acido aspártico COO - CH CH 2 C OH O + NH 3 L-glicina Glutamina m.acridina N acronicina N CH 3 O OCH 3 O Acido antranílico COOH NH 2 n.colchicina colchicina O NHCOCH 3 H OCH 3 CH 3 O CH 3 O CH 3 O L-tirosina NH 2 COOH HO L- fenilalanina NH 2 COOH Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 77 4.1.1.5 Clasificación química-estructural y biosintética (continuación). ESTRUCTURA BASE EJ EMPLO PRECURSOR BI OSI NTÉTI CO o.ciclopentano perhidrofenantreno solasodina HO O N ruta acetato- mevalonato p. fenil-alquilaminas NH 2 dopamina NH 2 HO HO L-tirosina NH 2 COOH HO q.-taxano taxol O O H O O OH O N OH O O O C O HO O O Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 78 4.1.1.6 PROPI EDADES GENERALES En su mayor parte, los alcaloides, además de carbono, hidrógeno y nitrógeno, contienen también oxígeno; sólo poco de ellos, sobre todo los volátiles y líquidos carecen de éste último. Casi todos ellos corresponden a los compuestos heterociclícos. El nitrógeno de los alcaloides puede ser primario (mescalina), secundario (efedrina), terciario (morfina) o cuaternario (candicina). En las plantas, los alcaloides pueden existir en estado libre, o bajo la forma de sales. En este último caso, las sales se pueden generar por reacción con ácidos inorgánicos u orgánicos comunes o específicos (Ej. el ácido mecónico en el opio y el ácido quínico en la quina). En algunas ocasiones el N de los alcaloides se encuentra como N-óxido. OH OH HO HO COOH O CO 2 H HO 2 C O OH N H O C O C H HOCH 2 CH 3 O ácido quínico ácido mecónico hiosciamina-N-óxido La mayoría de los alcaloides son cristalizables y tienen un punto de fusión determinado; algunos son líquidos (coniína y nicotina) a la temperatura ordinaria, y ambos son volátiles con el vapor de agua y por lo tanto destilables. Cuando se hallan en estado libre son poco solubles o insolubles en agua; en los disolventes orgánicos como el alcohol etílico, el éter, el cloroformo, el benceno, etc., son en parte solubles. Casi todos tienen sabor amargo. Muchos son ópticamente activos y sólo uno de los isómeros se consigue en la naturaleza; se conocen mezclas racémicas (atropina). En general son incoloros, pero se conocen algunos coloreados [berberina (amarilla), sanguinarina (roja)]. Casi todos los alcaloides son bases y en estado libre presentan una reacción alcalina más o menos fuerte. Con los ácidos forman sales, las cuales pueden ser descompuestas no sólo por bases enérgicas NaOH, KOH, Ca(OH) 2  sino también por el amoníaco y carbonatos alcalinos. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 79 Con ciertas sales metálicas muchos alcaloides forman sales complejas poco solubles o insolubles, y a menudo también cristalizables. La formación de éstas sales puede servir para identificar y para aislar a los alcaloides. Las sales alcaloidales al igual que los N-óxidos son solubles en el agua; la diferencia de solubilidades de las sales y las bases libres es aprovechada en los procesos de extracción y fraccionamiento. 4.1.1.7 REACCI ONES DE ALCALOI DES. Casi todos los alcaloides forman precipitados al ser tratados (en soluciones ácidas o neutras) con una serie de reactivos. La formación de precipitados puede deberse a: a.- La formación de sales insolubles con ciertos ácidos oxigenados de elevado peso molecular (ácido silicotúngstico, ácido fosfomolíbdico (Reactivo de Sonnenscheins) y ácido fosfotúngstico (Reactivo de Scheibler). b.- La formación de compuestos halogenados que precipitan debido al incremento de su insolubilidad en las condiciones o medio de reacción: Reactivos de Wagner y Bouchardat (ambos son soluciones de Iodo en Ioduro de potasio). c.- La formación de complejos de adición insolubles: reactivo de Mayer (yoduro mercúrico potásico), Reactivo de Dragendorff (yoduro bismúticopotásico), Reactivo de Marme (yoduro cádmico potásico). d.- La formación de una sal insoluble por reacción ácido-base. Reactivo de Hager (solución saturada de ácido pícrico) Los alcaloides también forman sales dobles con los ácidos cloroplatínicos y cloroaúrico; con el ácido tánico originan precipitados blanco-amarillentos solubles en metanol. Los reactivos antes mencionados son utilizados para la detección de alcaloides. Es aconsejable usar más de un reactivo para tal fin debido a la variación de la sensibilidad de los mismos, muy a menudo se da validez a las reacciones de detección cuando se encuentran resultados positivos con todos los reactivos empleados. También es recomendable la eliminación de proteínas antes de efectuar las reacciones de detección ya que éstas reaccionan con la mayoría de los reactivos alcaloidales. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 80 4.1.1.8 OBTENCI ÓN DE LOS ALCALOI DES A PARTI R DE SUS FUENTES NATURALES Debe entenderse, en cada caso, la naturaleza del o de los alcaloides que se desea obtener. De una manera general, sin embargo, los procedimientos mas utilizados para realizar el proceso de extracción son los siguientes: 4.1.1.8.1 Extracción mediante disolventes orgánicos tipo metanol y etanol. 4.1.1.8.2 Extracción mediante disolventes orgánicos tipo cloroformo, éter, diclorometano, benceno, previa basificación del material vegetal. 4.1.1.8.3 Extracción selectiva mediante soluciones acuosas de ácidos. En cualquiera de los tres casos, se pueden utilizar los métodos convencionales de extracción. Generalmente se desgrasa previamente el material vegetal mediante hexano o éter de petróleo y, aunque la mayoría de los alcaloides son insolubles en éstos disolventes es aconsejable determinar la presencia de los mismos en los extractos resultantes. Para efectuar la basificación señalada en el punto 4.1.8.2, se pueden emplear diferentes bases (NaOH, Ca(OH) 2 , NH 4 OH) y el proceso se realiza para garantizar la liberación de las bases libres de aquellos alcaloides que se encuentran bajo la forma de sales en sus fuentes naturales. Una vez preparados los extractos, el fraccionamiento preliminar se puede realizar de diversas formas. Los métodos más utilizados son: a.- Partición ácido-base b.- Cromatografía en columna de adsorción utilizando alúmina o gel de sílice. c.- Métodos químicos mediante el uso de reactivos alcaloidales como el Reactivo de Mayer, posteriormente el complejo resultante se disocia con H 2 S, AgSO 4 ó por columnas de intercambio iónico. Se aplica para alcaloides cuaternarios y terciarios. En forma general, independientemente del método empleado para la preparación del extracto inicial, el procedimiento más utilizado para el fraccionamiento es la partición ácido-base. Finalmente la separación de los alcaloides se efectúa mediante métodos cromatográficos, liberación fraccionada, cristalización fraccionada, destilación fraccionada, etc. La purificación y determinación estructural se hace de acuerdo a la metodología mencionada en la Unidad 2. Nota: En el caso de alcaloides volátiles, éstos pueden ser obtenidos directamente por destilación con vapor de agua, luego de basificar el material objeto de extracción con una base enérgica. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 81 4.1.2 ALCALOI DES TROPANI COS. Estructura base. N H H H 3 C 1 2 3 4 5 6 7 8 TROPANO 8-metilazabiciclo-[3, 2, 1]-octano 4.1.2.1 DISTRI BUCI ON EN LA NATURALEZA: Se encuentran principalmente en las familias Solanaceae y Erythroxylaceae. También se han reportado en las siguientes familias: Dioscoraceae, Cruciferae, Euphorbiaceae, Convolvulaceae, Proteaceae y Rhizophoraceae, entre otras. 4.1.2.2 CLASI FI CACIÓN ESTRUCTURAL N H OH H 3 C N H OH O H 3 C N OH H H COOH H 3 C tropina escopina ecgonina Generalmente se encuentran en sus fuentes naturales como ésteres de diferentes ácidos orgánicos como: ácido trópico, ácido mandélico, ácido benzoico, ácido cinámico, ácido - truxílico y ácido -hidroxi--fenilpropanoico. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 82 HO C O C CH 2 OH H C OH H COOH COOH ácido trópico ácido mandélico ácido benzoico CH 2 CH OH HOOC Ar Ar HOOC COOH ácido -hidróxi--fenilpropanoico ácido -truxílico 4.1.2.3 ALCALOI DES TROPÁNI COS DE I MPORTANCI A MEDI CI NAL. Desde el punto de vista medicinal los alcaloides tropánicos más importantes son la atropina, la escopolamina, la l-hiosciamina y la cocaína. N H O C O C CH 2 OH H H 3 C N H O C O C CH 2 OH H O CH 3 (d, l) atropina l-(-)-hiosciamina escopolamina La atropina se usa como antídoto en envenenamientos con insecticidas organofosforados. N C O O CH 3 O C O H H 3 C cocaína Anestésico local, estímulante cerebral, pero en grandes dosis o por uso continuo es narcótico. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 83 FASE CLOROFORMICA FASE ACUOSA BASICA FASE ETEREA FASE ACUOSA ACIDA SOLUCION ACIDA RESIDUO EXTRACTO ETEREO RESIDUO VEGETAL ESCOPOLAMINA Cristalizar con EtOH-Acetona CRUDO ALCALOIDAL DE HIDROBROMUROS 1. Concentrar al vacío 2. Preparar hidrobromuros con HBr * 1. Basificar con NH 4 OH 2. Extraer con cloroformo repetidamente Desgrase con éter de petróleo 1. Concentrar al vacío 2. Extraer con HCl 1N 1. Basificar con sol. de KOH al 10% 2. Extraer con éter MATERIAL VEGETAL PULVERIZADO *OXALATOS  ATROPINA. Obtención de escopolamina a partir de Datura metel L. B. T. Cromwell, The Alkaloids Modern Methods of Plant Analysis, 4, 499 Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 84 4.1.3 ALCALOI DES DE LA PI RI DI NA Y DE LA PI PERI NA 4.1.3.1. NI COTI NA N N H CH 3 Nicotiana tabacum(Solanaceae). USOS: Bloqueante ganglionar, insecticída. En grandes dósis la muerte sobreviene por parálisis respiratoria. nicotina 4.1.3.2 ARECOLI NA, ARECAI NA Y GUVACI NA Están presentes en las nueces de una palma conocida popularmente con el nombre de "Areca". La arecolina es el más abundante. Todos tienen la peculiaridad de ser derivados del ácido nicotínico reducido. N COOCH 3 CH 3 N COOH CH 3 N COOH H arecolina arecaina guvacina Areca catechu Linné (Palmae) USOS: Medicina vete-rinaria como antihelmíntico Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 85 4.1.3.3 ALCALOI DES DE LA CI CUTA. Esta -propil-piperidina presenta la particularidad de que el anillo piperidínico se forma por la ruta del acetato-malonato. Con el fruto de esta planta los griegos preparaban una bebida con la que se ejecutaba a los prisioneros. N H coniína Coniummaculatum(Umbeliferae) Altamente tóxica y tiene efectos sobre los ganglios periféricos similares a los de la nicotina. 4.1.3.4 ALCALOI DES DEL GRANADO. N H O N H O N O CH 3 peletierina (-) isopeletierina (+) pseudopeletierina Punica granatum(Punicaceae). USOS: Estos alcaloides están presentes en el tanato de peleterina, que es una mezcla de cuatro alcaloides: isopeleterina, peleterina, metil isopeleterina y pseudopeleterina. Esta mezcla se utiliza com tenífugo y vernífugo. 4.1.3.5 ALCALOI DES DE LA LOBELI A. La Lobelia inflata (Campanulaceae) es conocida popularmente con los nombres de tabaco indio y lobelia. Contiene varios alcaloides del tipo piperidina, siendo el más abundante la lobelina. La lobelina se utiliza para el tratamiento del asma y de la bronquitis crónica, es expectorante. El clorhidrato de lobelina se usa para la reanimación de recién nacidos. El sulfato de lobelina es utilizado en cambio para la elaboración de pastillas o tabletas para eliminar el hábito de fumar. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 86 N R 1 R 2 CH 3 R 1 =O; R 2 =-OH lobelina R 1 =R 2 =H lobelanidina R 1 =R 2 =O lobelanina 4.1.4.6 ALCALOI DES DE PI MI ENTA. La piperina es el principio pungente de la pimienta negra [Piper nigrum(Piperaceae)]. Se encuentra principalmente en el fruto. N O O O piperina 4.1.4 ALCALOI DES I NDOLI COS. N H Clasificación: 1) triptaminas 2) eserina 3) indol-monoterpenoides - aspidospermano - ibogano - corinanteano - estricnano - elepticina 4) cornezuelo de centeno Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 87 4.1.4.1 TRI PTAMI NAS. N N CH 3 CH 3 H OPO 3 H psilocibina Especies de hongos alucinógenos de los géneros Pscilocibe, Paneolus y Conocybe USOS: Alucinógenos asociados a ceremonias mágico-religiosas de diversas culturas del continente americano N N H HO H H serotonina N N CH 3 CH 3 H HO Descubierto en la piel de sapo bufotenina 4.1.4.2 ESERI NA. N N CH 3 CH 3 H O N O H 3 C H Physostigma venenosum (Leguminosae) se encuentra presente en las semillas y partes aéreas. USOS: Inhibidor reversible de las colinesterasas. Se emplea en el tratamiento del glaucoma. fisostigmina o eserina Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 88 4.1.4.3 I NDOL-MONOTERPENOI DES. Este grupo complejo de alcaloides es el más numeroso dentro de los indólicos. Se conocen más de 1000 compuestos y éstos presentan una gran diversidad, no sólo en relación a sus estructuras, sino también en cuanto a su actividad farmacológica. El común denominador de este tipo de alcaloides es que derivan del aminoácido triptófano y del monoterpenoide secologanina. Muchos alcaloides de importancia terapéutica son miembros de los indol-monoterpenoides. Los indol-monoterpenoides, en general, se encuentran prinicipalmente en miembros de las familias Rubiaceae, Apocynaceae y Loganiaceae, siendo más abundante en ésta última. Las unidades básicas de esta categoría de alcaloides lo constituyen la triptamina (derivada del triptófano por descarboxilación) y el iridoide secologanina. Estas unidades se condensan in vivo para formar la estrictosidina, un glicósido que constituye el intermediario clave para la biosíntesis de todos los indol-monoterpenoides. En la estrictosidina la porción monoterpenoide puede sufrir varias modificaciones para originar diversos esqueletos de estos compuestos. Las modificaciones antes mencionadas constituyen la base de la clasificación de los alcaloides considerados: actualmente se conocen muchos tipos, sin embargo por razones didácticas se consideran solo cuatro grupos. SECOLOGANINA TRIPTAMINA ESTRICTOSIDINA N N H H H CHO O MeO 2 C O Glu N N H H O MeO 2 C O Glu + 1 2 7 6 5 3 21 20 15 14 16 17 18 19 a N N H 1 2 7 6 5 3 21 20 15 14 16 17 18 19 a N N H H O O glucosil 13 11 13 11 Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 89 1 2 7 6 5 3 21 20 15 14 16 17 18 19 a N N H N H N 2 1 15 16 17 18 19 20 21 5 14 3 7 6 N N H 7 3 14 5 6 21 20 19 18 17 16 15 1 2 a ESTRICNANO CORINANTEANO ELIPTICINA 1 2 7 6 5 3 21 20 15 14 16 17 18 19 a N N H 1 2 7 6 5 3 21 20 15 14 16 17 18 19 a N N H ASPIDOSPERMANO IBOGANO Tipos de indol-monoterpenoides. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 90 4.1.4.3.1 TI PO CORI NANTO (ALCALOI DES DE LA RAUWOLFI A) La Rauwolfia serpentina (Apocynaceae) es un pequeño arbusto de las regiones tropicales y subtropicales. Se encuentra principalmente en la India, Pakistán, J ava, Birmania, Tailandia y Siam. La planta contiene 50 alcaloides, en un porcentaje que oscila entre 0.2 y 2.4% (calculadas con base a reserpina). Los alcaloides más importantes desde el punto de vista terapéutico son: la reserpina, rescinamina y deserpidina. La reserpina es un antihipertensivo (se usa en el tratamiento de la hipertensión arterial) y un tranquilizante mayor. La rescinamina es también un antihipertensivo pero carece del efecto tranquilizante; la deserpina tiene el mismo uso que la reserpina. Los alcaloides se obtienen principalmente de las raíces y rizomas. N N CH 3 O 2 C CH 3 O H H H H O OCH 3 OCH 3 OCH 3 CH 3 O OCH 3 OCH 3 OCH 3 CH 3 O H H H H O CH 3 CH 3 O 2 C N N O reserpina rescinamina 4.1.5.3.2 TI PO ESTRI CNANO (ESTRI CNI NA Y BRUCI NA). N R 1 O O R N R=R 1 =H estricnina R=R 1 =OCH 3 brucina Strychnos nux-vomica Strichnos ignatii (Loganiaceae) USOS: La estricnina es un estimulante central altamente tóxico. La brucina siendo menos tóxica se utiliza industrialmente como desnaturalizante del alcohol. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 91 4.1.4.3.3 TI PO ASPI DOSPERMANO E I BOGANO. OH N H N HO CO 2 CH 3 OCOCH 3 R N H 3 CO N CH 3 O 2 C R=CHO vincristina R=CH 3 vinblastina Catharanthus roseus (Apocynaceae) USOS: La vincristina (Onconovina  ) inhibe la mitosis y se emplea en el tratamiento de la leucemia linfocítica aguda. La vinblastina (Velban  ) inhibe la mitosis y se utiliza principalmente en el tratamiento de la enfermedad de Hodgkin’s 4.1.4.3.4 TI PO ELI PTI CI NA. N H N Ochrosia sp. (Apocinaceae) antitumoral elipticina Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 92 4.1.4.4 ALCALOI DES DEL CORNEZUELO DE CENTENO (ERGOT). El ergot es el esclerocio desecado del hongo filamentoso Claviceps purpurea (Clavicipitaceae) que crece parásiticamente en el centeno y otras gramineas. Antes de Cristo ya se conocían los efectos del cornezuelo, pero no fue sino hasta 1764 que un científico alemán reconoció que el ergot era un hongo. El ergot representa la más antigua micotoxina y era comunmente ingerido con el pan elaborado con la harina del grano infestado por el hongo. Durante la edad media las intoxicaciones a consecuencia del cornezuelo de centeno constituyeron una verdadera plaga. Dos tipos de toxicidad eran reconocidas: a) Fuego de San Antonio caracterizada por la gangrena de las extremidades inferiores. b) La de los delirios y alucinaciones (en algunos casos acompañadas de convulsiones). Hacía 1582, se descubrió que el ergot tenía la habilidad de promover las contracciones uterinas. Desde entonces su uso como occitóxico se hizo muy común. La investigación química de este hongo se inició en 1816 y la primera mezcla alcaloidal fue obtenida por el farmacéutico francés Tanret en 1875. En 1915 Stoll aisla el primer alcaloide puro, 35 años más tarde su estructura fue establecida como la de la ergotamina. En la actualidad se reconoce universalmente que el cornezuelo de centeno debe su importancia como droga terapéutica a su contenido en alcaloides. Existen cuatro procedimientos para la obtención de alcaloides del ergot: a) Aislamiento a partir de la droga cruda (esclerocio) crecida parasíticamente en campos de cultivo. b) Extracción de cultivos saprofíticos. c) Síntesis parcial. d) Síntesis total. En el primer caso, las flores de la graminea son artificialmente inoculadas con las conidioesporas del hongo. Al cabo de seis semanas el esclerocio es cosechado. Este procedimiento es aún efectuado a escala industrial en España, Portugal, Suiza, República Checa, República Eslovaca, Alemania y Hungría. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 93 El micelio del hongo se desarrolla en cultivos sumergidos que poseen los nutrientes adecuados. Las esporas inoculadas al medio de cultivo producen las hifas las cuales a su vez se transforman en el micelio y producen conidiosporas. No hay formación de esclerocio. Los cultivos sumergidos no producen los alcaloides típicos del esclerocio, sino más bien una serie de bases no peptídicas que no poseen acción farmacológica apreciable. Estas bases pueden ser transformadas en ácido lisérgico el cual sirve de materia prima para la sintesís parcial (procedimiento c) de ergobasina y alcaloides relacionados. Los alcaloides del cornezuelo de centeno se clasifican en dos grupos: a) Tipo clavina. b) Derivados de ácido lisérgico. Solubles en agua (no peptídicos). I nsolubles en agua (peptídicos). Todos estos alcaloides poseen como estructura base el anillo tetraciclico de la ergolina, sin embargo en algunas clavinas el anillo D suele estar ausente. CH 3 H N N A B C D 2 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 11 CH 3 H N N H HO O ergolina ácido d-lisérgico En general la posición 6 está metilada, y en la posición 8 existe un grupo CH 3 , CH 2 OH o COOH (derivados del ácido lisérgico). En el anillo D una doble ligadura puede estar en las posiciones 8- 9 ó 9-10. Los alcaloides medicinalmente importantes son los derivados del ácido d-lisérgico. Este compuesto se epimeriza fácilmente en una gran variedad de condiciones, por esta razón sus Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 94 derivados están siempre acompañados de los correspondientes epímeros en C-8 (derivados del ácido lisérgico). Los isomeros son fácilmente separables por métodos cromatográficos, siendo menos polares los de la serie iso, es de hacer notar que los derivados del ácido isolisérgico se nombran insertando la silaba I N al nombre correspondiente isomero del ácido lisérgico. (Ej. Ergonovina, Ergonovinina). Alcaloides no peptídicos de mayor importancia terapéutica del cornezuelo de centeno. O R 1 H CH 3 H N N H (I ) R 1 =OH, ácido lisérgico O R 2 H CH 3 H N N H (I I ) R 2 =OH, ácido isolisérgico NOMBRE DEL COMPUESTO R 1 Ergonovina, ergometrina, ergobasina NH CH 3 CH 2 OH H Tratamiento de la hemorragia post-parto ergina (es la amida más simple derivada del ácido lisérgico) NH 2 La ergonovina se extrae primero con agua; luego de remover el material insoluble en agua por filtración, el extracto acuoso se extrae con dicloro etileno y al concentrar el disolvente se obtiene la ergonovina. Posteriormente se purifica bajo la forma de maleato. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 95 La ergonovina puede ser obtenida a partir del ácido isolisérgico de la siguiente forma: O R H CH 3 H N N O R H CH 3 H N N CH 3 C CH 2 OH NH 2 H R=NH NH 2 R=O C CF 3 O R=OSO 3 H R=NH CH CH 2 OH CH 3 base ERGONOVI NI NA Los alcaloides más importantes desde el punto de vista terapéutico pertenecen a la serie de los peptídicos. Por hidrólisis estos alcaloides originan : a) ácido lisérgico b) prolina c) Un segundo aminoácido (fenilalanina, L-leucina o valina) d) Un alfa-ceto ácido (ácido pirúvico, ácido dimetilpirúvico o Alfa-ceto-butírico) e) Un equivalente de NH 3 A su vez quizás el más importante es la ergotamina. Para obtenerla la droga cruda se trata con ácido tartárico hasta remover el total de alcaloides. Posteriormente la solución ácida se basifica y se extrae con tricloroetileno. De la solución orgánica la ergotamina es precipitada bajo la forma de tartrato. Los alcaloides del ergot pueden ser detectados con le reactivo de Van Urk (p-dimetilamino- benzaldehído), con el cual producen una coloración azul. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 96 Alcaloides peptídicos de mayor importancia terapéutica del cornezuelo de centeno. N N H H CH 3 O N N O N HO H H O R 1 R 2 O H H R 3 NOMBRE DEL COMPUESTO R 1 R 2 R 3 USO MEDI CI NAL ergotamina H H H 2 C Vasoconstrictor cerebral ergocristina CH 3 CH 3 H 2 C Los dihidroderivados de los cuatro alcaloides se utilizan como va- sodilatadores -ergocriptina CH 3 CH 3 CH 2 -CH(CH 3 ) 2 -ergocriptina CH 3 CH 3 CH(CH 3 )CH 2 CH 3 ergocornina CH 3 CH 3 CH(CH 3 ) 2 Nota: La ergotamina se usa en el tratamiento de la migraña, asociada habitualmente a la cafeína. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 97 4.1.5 ALCALOI DES QUI NOLÍ NI COS. 4.1.5.1 ALCALOI DES DE LA QUI NA N N R 2 R R 1 H H 1' 2' 3' 4' 9' 10' 8' 7' 6' 5' 9 1 2 3 10 11 4 8 7 5 6 R R 1 R 2 ALCALOI DE H OH H cinconidina* H H OH cinconina* OCH 3 OH H quinina* OCH 3 H OH quinidina* *además estan presentes los dihidroderivados de los cuatro alcaloides. Los alcaloides de la quina se suelen clasificar en dextrorrotatorios y levorrotatorios. Dextrorrotatorios: cinconina y quinidina. Levorrotatorios: quinina y cinconidina. Fuentes naturales: se encuentran en las cortezas de plantas de los géneros Cinchona y Remijia (Rubiaceae), Ejemplos: Cinchona calisaya, C. ledgeriana y Remijia pedunculata. Usos medicinales: la quinina es un antimalárico y la quinindina es un depresor cardiaco y se emplea para el tratamiento de la fibrilación auricular. Por otra parte, los preparados de la corteza se usan como tónicos amargos y estomáquicos. Propiedades generales: Estos alcaloides son fluorescentes. Los levorrotatorios presentan una fluorescencia verde, en tanto que los dextrorrotatorios de color azul. Esta fluorescencia se observa mejor al ser tratados con H 2 SO 4 . Los alcaloides de la quina se identifican mediante la prueba de la taleoquina. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 98 4.1.5.2 CAMPTOTECI NA. La camptotecina se obtuvó por primera vez de la planta china Camptotheca acuminata (Nysaceae). Es un potente agente antitumoral. N N O O HO O camptotecina 4.1.6 ALCALOI DES I SOQUI NOLÍ NI COS 4.1.6.1 TETRAHI DROI SOQUI NOLI NAS N CH 3 O CH 3 O OH H Lophophora williamsii (Cactaceae) anhalamina USOS: Tiene actividad anticonvulsivante y efectos tranquilizantes. 4.1.6.2 BENCI LI SOQUI NOLI NAS. N OCH 3 OCH 3 CH 3 O CH 3 O Papaver somniferum (Papaveraceae) USOS: Relajante del músculo liso. papaverina Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 99 Strychnos castelnai (Loganiaceae) Chondodendron tomentosum (Menispermaceae) N H 3 CO HO O CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 N OCH 3 H 3 C OH O H H + (+)-tubocurarina USOS: Se emplea para relajar músculos esqueléticos durante las intervenciones quirúrgicas sin anestesia profunda. También se utiliza para atenuar las convulsiones que provocan el envenenamiento por estricnina y la toxina tetánica. Además es un coadyuvante en la terapéutica por shock en neuropsiquiatría y en el diagnóstico de la miastenia gravis. 4.1.5.6.3 PROTOBERBERI NAS. N OCH 3 OCH 3 O O + Hydrastis canadiensis (Ranunculaceae) Especies del género Berberis (Berberidaceae) USOS: Astringente en inflamación de mucosas y antiséptica. berberina Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 100 N OH OCH 3 HO MeO CH 3 N OH OCH 3 HO MeO N OCH 3 OCH 3 O O N OH OCH 3 HO MeO LAUDANOSOLI NA + + 4.1.5.6.4 TALEI DOI SOQUI NOLI NAS. N O O CH 3 H O O H OCH 3 OCH 3 Hydrastis canadiensis (Ranunculaceae) USOS: Astringente en inflamación de mucosas y tiene uso oftálmico (-)--hidrastina N O O CH 3 H O O H OCH 3 OCH 3 OCH 3 Papaver somniferum(Papaveraceae) USOS: Antitusígeno y a veces se utiliza asociado con codeína. narcotina Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 101 Biosintéticamente estos alcaloides derivan de las protoberberinas por rompimiento del enlace C- N del anillo C (ruptura oxidativa). N N O O 4.1.7 MORFI NANOS. O H N HO HO CH 3 O H N CH 3 O CH 3 O CH 3 O H N HO CH 3 O CH 3 (R)-morfina (R)-tebaína (R)-codeína Papaver somniferum(Papaveraceae). La morfina es el más importante de los alcaloides del opio (látex desecado de los frutos inmaduros de Papaver somniferum "amapola") y se utiliza como analgésico narcótico. El opio se utiliza en preparados con propiedades analgésicas en forma de polvo de opio y de tintura de opio al 10%. La codeína es el más empleado de los alcaloides del opio y se utiliza como analgésico y antitusígeno. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 102 O H N O O CH 3 C CH 3 C O O CH 3 heroína Obtenida por acetilación de la morfina con anhídrido acético y piridina. Drogadicción O H N CH 3 HO O morfinona Propiedades narcóticas menores que la morfina. Se utiliza como analgésico. O H N HO CH 3 apomorfina Se utiliza como emético en cualquier tipo de intoxicaciones, tiene también propiedades analgésicas. O H N CH 3 O O CH 3 dihidrocodeinona Antitusígeno Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 103 4.1.8 EMETI NA N H N CH 3 O CH 3 O OCH 3 OCH 3 H H H H N CH 3 O CH 3 O H H C H O H emetina protoemetina N O HO HO OGlu H H H COCH 3 CH 3 O 2 C ipecosido Cephaelis ipecacuana (Rubiaceae). USOS: Antiamibiano, expectorante y emético. 4.1.9 COLCHI CI NA. O NHCOCH 3 H OCH 3 CH 3 O CH 3 O CH 3 O Colchicum autumnale (Liliaceae) USOS: Antigotoso. colchicina Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 104 4.1.10 PROTOALCALOI DES. OH NHCH 3 efedrina Ephedra sinica (Gnetaceae). USOS: Simpaticomimético. NH 2 OCH 3 CH 3 O CH 3 O mescalina Lophophora williamsii (Cactaceae). USOS: Alucinógeno. 4.1.11 ALCALOI DES ESTEROI DALES. HO N H Especies de solanum (Solanaceae). Precursores de hormonas. -solanidina 4.1.12 ALCALOI DES TERPÉNI COS. O O H O O OH O N OH O O O C O HO O O taxol Taxus brevifolia (Taxaceae) Promueve la polimerización de las tubulinas USOS: Utilizado en el tratamiento de cáncer de mama y de ovarios principalmente, aunque también se le ha utilizado en el cáncer pulmonar y testicular. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 105 4.1.13 ALCALOI DES I MI DAZÓLI COS. O N N H 3 C O Pilocarpus jaborandi (Rutaceae). USOS: Se utiliza para el tratamiento del glaucoma (+)-pilocarpina 4.1.14 DERI VADOS DE LA PURI NA. N N N N CH 3 CH 3 H 3 C O O N N N N CH 3 H 3 C O O H N N N N CH 3 O O H CH 3 cafeína teofilina teobromina Coffea arabica (Rubiaceae) Camelia sinensis (Teaceae) Theobroma cacao (Sterculiaceae) USOS: La cafeína es un estimulante de S.N.C. La teofilina y la teobromina se emplean como relajantes del músculo liso y diuréticos. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 106 SUBUNI DAD 4.2 ACEI TES ESENCI ALES Y TERPENOI DES SELECTOS. CONTENI DO PROGRAMATI CO. Aceites esenciales: Definición. Distribución en el reino vegetal. Importancia económica. Propiedades generales. Métodos de obtención. Composición química. Separación de los constituyentes de las esencias. Esencias de mayor uso en farmacia. Compuestos derivados de esencias de mayor aplicación en farmacia. OBJ ETI VOS PARTI CULARES. 1. Definir los términos esencias o aceites esenciales. 2. Describir la importancia económica de los aceites esenciales. 3. Indicar las propiedades físicas y químicas más importantes de los aceites esenciales. 4. Indicar como se clasifican los constituyentes (química y biogenéticamente) de los aceites esenciales. 5. Identificar las estructuras bases de los constituyentes químicos presentes en las esencias: Monoterpenoides, sesquiterpenoides y/o compuestos aromáticos simples. 6. Describir los métodos generales más importantes que se emplean para la obtención de los aceites esenciales. Analizar el criterio de selección de los mismos. 7. Indicar las esencias que se obtienen por hidrólisis de compuestos de naturaleza glicosídica. Señalar la principal diferencia entre estas esencias y las que se obtienen por los procedimientos convencionales. 8. Describir los métodos más utilizados para la separación de los constituyentes de las esencias. 9. Indicar las aplicaciones farmacéuticas de cada una de las siguientes esencias: Trementina (Pinus palustris), menta (Menta piperita), menta verde (Menta spicata), cade (J uniperus oxycedrus), cilantro (Coriandrum sativum), rosa (Rosa damascena), naranja (Citrus aurantius y C. sinensis), limoncillo (Cymbopogon winterianus y C. nardus), limón (Citrus limon), alcanfor (Cinamomun camphora), buchú (Barosma betulina), cedro (Thuja occidentalis), tomillo (Thymus vulgaris), creosota (Fagus grandiflora), clavo (Eugenia caryophyllus), anís (Pimpinela anisum), nuez moscada (Myristica fragans), eucalipto (Eucalyptus globulus), quenopodio (Chenopodiumambrosoides var antihelmíntica), canela (Cinamomum cassia), mostaza (Brasica spp.), wintergreen (Gaulteria procumbens) y almendra amarga (Prunnus communis var amara). 10. Identificar las estructuras y las propiedades de cada uno de los siguientes constituyentes de esencias: guayacol, creosol, salicilato de metilo, cinamaldehído, elemicina, eugenol, benzaldehído, diosfenol, timol, mentol, alcanfor, cineol, ascaridol, citral, citronelal, tujona, fenchona, geraniol, pineno, cadineno y anetol. 11. Indicar el origen biogenético de cada uno de los compuestos especificados en el punto 10. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 107 12. Definir el término terpenoide. 13. Clasificar de manera general a los terpenoides. 14. Identificar las estructuras del tetrahidrocannabinol, artemisina, artemeter, partenólida y de la vitamina A. 15. Indicar las fuentes naturales, aplicaciones terapéuticas y origen biogenético de los compuestos indicados en el punto 14. 4.2.1 DEFI NI CI ÓN. Principios aromáticos volátiles de las plantas, de naturaleza química compleja. Tienen gran aplicación económica (industria farmacéutica, industria alimenticia y en perfumería). Se utilizan las esencias complejas o algunos de sus constituyentes. 4.2.2 DI STRI BUCI ON EN LA NATURALEZA. Hay familias ricas tales como: las labiadas, las umbeliferas, las rutáceas, las piperáceas, las pináceas y las rosaceas, por tan solo mencionar algunas. 4.2.3 LOCALI ZACI ON EN LAS PLANTAS: Las esencias se forman en las estructuras especializadas como los pelos glandulares y los tubos oleíferos. Estas estructuras especializadas se pueden encontrar en las diversas partes de una planta (frutos, pétalos, hojas, cortezas, etc.). 4.2.4 FUNCI ON EN LAS PLANTAS: Protección (agentes de defensa, por ejemplo como repelentes de insectos). Contribuyen también a la polinización, como atrayentes. 4.2.5 PROPI EDADES FI SI CAS: Incoloros, volátiles; presentan aromas característicos; altos índices de refracción; ópticamente más activos. Insolubles en agua, pero lo suficientemente miscibles para impartirle su olor (base de las aguas aromáticas). Solubles en disolventes orgánicos. 4.2.6 PROPI EDADES QUI MI CAS GENERALES: Por exposición al aire y a la luz se oxidan fácilmente, se oscurecen y resinifican. Por este motivo es recomendable guardarlos en frascos de color ámbar. Contienen una parte sólida llamada ESTEAROPTENO (constituida generalmente por compuestos oxidados) y una líquida llamada OLEAPTENO (generalmente constituida por hidrocarburos). 4.2.7 COMPOSI CI ON QUI MI CA: Con excepción de las esencias obtenidas por la hidrólisis de ciertos glicósidos, la composición de las esencias es compleja. De manera general, los constituyentes de las esencias se clasifican en dos grupos: Terpenoides (mono y sesquiterpenoides) de origen mevalónico y compuestos aromáticos (tipos C 6 , C 6 -C 1 y C 6 -C 2 ) de origen siquímico. Estos dos tipos de compuestos pueden tener diversos grupos funcionales y de acuerdo a la naturaleza de los mismos se clasifican en: cetonas , alcoholes, aldehídos, hidrocarburos, peróxidos, éteres, etc. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 108 4.2.8 METODOS DE OBTENCI ON: Destilación (agua, agua y vapor, vapor, destructiva). Escudilla (esencias derivadas de cítricos). Enflorage (esencias derivadas de pétalos de flores). Expresión (esencias derivadas de cítricos). Extracción con Soxhlet (esencias empleadas en perfumería). Hidrólisis enzimática (esencia de mostaza y esencia de almendras). 4.2.9 SEPARACI ON DE LOS CONSTI TUYENTES DE LAS ESENCI AS: Métodos cromatogáficos en general, particularmente HPLC y cromatografía de gases. También se emplean columna abierta y TLC utilizando la técnica de argentación (nitrato de plata). Métodos químicos. Destilación fraccionada. 4.2.10 ESENCI AS I MPORTANTES: Canela, clavo, rosa, naranja, limoncillo (citronelal), creosota, tomillo, eucalipto, trementina, cade, menta, lavanda, cedro, alcanfor, etc. Completar con los objetivos. 4.2.11 CONSTI TUYENTES I MPORTANTES: AROMATI COS: C 6 (guayacol) C 6 -C 1 (cresol, salicilato de metilo y benzaldehído) C 6 -C 3 (eugenol y cinamaldehído) TERPENOI DES: monoterpenoides acíclicos (geraniol, citral, cotronelal y citronelol) monoterpenoides cíclicos: monocíclicos: Mentano (mentol, carvona, diosfenol, timol, ascaridol, cineol). bicíclicos: Bornano (alcanfor) Tujano (tujona) Fenchano (fenchona) Pinano (pineno) Sesquiterpenoides acíclicos (farnesol) Sesquiterpenoides monocíclicos (zingibereno) Sesquiterpenoides bicíclicos (cadineno) Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 109 4.2.12 COMPUESTOS AROMATI COS DE ALGUNAS ESENCI AS DE I MPORTANCI A FARMACEUTI CA OH OCH 3 OH OCH 3 CH 3 guayacol creosol desinfectante, expectorante y anestésico CHO OH COOCH 3 aldehído benzoico salicilato de metilo agente de sabor aromatizante, antiséptico y antirreumático CHO CH 3 O CH 3 O OCH 3 aldehído cinámico elemicina agentes de sabor alucinógeno HO OCH 3 CH 3 O eugenol anetol anestésico local carminativo Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 110 4.2.13 MONOTERPENOI DES. 4.2.13.1 MONOTERPENOI DES ACI CLI COS CH 3 CHO H CH 3 OH OH CHO clase mircano (+)-citronelal repelente (+)-linalol (-)-citronelol clase geranilano geranilal 4.2.13.2 MONOTERPENOI DES MONOCI CLI COS OH OH OH O clase mentano timol antséptico antifúngico diosfenol antiséptico (-)-limoneno aromatizante O O OH O CH 3 O ascaridol antihelmíntico (-)-mentol carvona saborizante cineol aromatizante Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 111 4.2.13.2 MONOTERPENOI DES BI CI CLI COS O O clase bornano borneol alcanfor antipruriginoso antiséptico rubefaciente clase tujano (-)-tujona contrairritante O clase fenchano (+)-fenchona contrairritante (+)÷o-pinano o-pineno desinfectante 4.2.14 SESQUI TERPENOI DES PRESENTES EN ALGUNAS ESENCI AS OH cadineno zingibereno farnesol 4.2.15 OBTENCI ON DEL ACEI TE DE MOSTAZA (I SOTI OCI ANATO DE ALI LO) C 3 H 5 C S C 6 H 11 O 5 N O SO 3 K + H 2 O S C N CH 2 CH CH 2 +KHSO 4 + C 6 H 12 O 6 isotiocianato de alilo El aceite de mostaza negra se usa como rubefaciente y como condimento. El isotiocianato de alilo generado por la hidrólisis es lo que se conoce como aceite esencial de mostaza. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 112 4.2.16 OBTENCI ON DE LA ESENCI A DE ALMENDRAS AMARGAS La esencia de almendras amargas se obtiene del producto resultante de la expresión de almendras amargas. El producto se macera con agua para promover la hidrólisis de los glicósidos cianogénicos. Como resultado de la hidrólisis se produce benzaldehído y HCN. El benzaldehído se separa por destilación. CH CN O diglucosil H 2 O CHO + HCN + glucosa benzaldehído 4.2.17 TERPENOI DES SELECTOS O OH 8 7 6a 6 10a 4a 4 3 2 1 5 O O O O O (-)-A 9 THC antiemético aumenta el apetito de los pacientes con anorexia (SIDA) Cannabis sativa Linné (Cannabinaceae) artemisina quinghaosu tratamiento de la malaria Artemisia annua Linné (Asteraceae) O O HO H H O HO R 1 R 2 OH esteres de forbol R 1 =tetradecanoato R 2 =acetato: TPA CH 3 CH 3 CH 3 CH 2 OH CH 3 CH 3 vitamina A 1 (retinol) deficiencia de vitamina A ácido trans-retinoico: incrementa la mitósis de las células de la piel ácido cis-retinoico: desórdenes de queratinización de la piel y en acné severo. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 113 O H 3 C CH 3 O O CH 2 O CH 3 H 3 C OH CH 3 H OH O CH 3 OH O CCH 3 O partenólida Tanacetum parthenium (L.) Schultz-Bip. (Asteraceae) antagonista de la serotonina profilaxis de la migraña forscolina cardiopatia congestiva y asma bronquial Coleus forskohlii (Poir.) Briq. (Lamiaceae) |-caroteno OR 2 OH R 1 O R 1 =|÷D÷glucosa÷( 1÷2 )÷|÷D÷glucosa÷ R 2 =|÷D÷glucosa÷( 1÷6 )÷|÷D÷glucosa÷ gingenosido Rb1 Panax quinquefolius Linné (Araliaceae) Panax ginseng Linné (Araliaceae) Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra. Rachel Mata Essayag 114 SUBUNI DAD 4. 3. ESTEROI DES CONTENI DO PROGRAMATI CO. Esteroles, glicósidos cardiotónicos y saponinas: definición. distribución en la naturaleza, clasificación, biosíntesis, propiedades físicas y químicas, obtención, identificación y detección, Productos esteroidales de mayor utilidad farmacéutica. OBJ ETI VOS. 1. Describir la distribución de los esteroides en el reino vegetal. 2. Clasificar los esteroides de acuerdo a su estructura química. 3. Identificar los siguientes núcleos esteroidales, base de la clasificación química estructural: estrano, androstano, pregnano, colano, colestano, ergostano, estigmastano, bufadienólidos, cardenólidos, espirostanos. 4. Indicar que núcleos esteroidales constituyen la base química estructural de los compuestos esteroidales de importancia farmacéutica. 5. Esquematizar mediante estructuras químicas la formación o la biosíntesis del lanosterol y del cicloartenol, precursores de los esteroides vegetales. 6. Enumerar en forma general las propiedades físicas y químicas de los tres grupos de esteroides objeto de la subunidad. 7. Indicar como se clasifican los esteroles de acuerdo al núcleo base. Definir también, que son los estanoles, estenoles y esterolinas. 8. Indicar los métodos más utilizados para la obtención de los esteroles a partir de sus fuentes naturales e indicar como se pueden separar de los ácidos grasos. 9. Identificar las estructuras de los siguientes esteroles: -sitosterol, estigmasterol, colesterol y del 7-deshidrocolesterol. Indicar también las fuentes naturales y las aplicaciones farmacéuticas de cada uno de ellos. 10. Definir a los glicósidos cardiotónicos 11. Clasificar a los glicósidos cardiotónicos. 12. Describir la distribución en la naturaleza de los glicósidos cardiotónicos. 13. Indicar la distribución en el reino vegetal de los glicósidos cardiotónicos. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra. Rachel Mata Essayag 115 14. Indicar que tipo de fusión debe existir entre los anillos A/B, B/C, y C/D, para que exista actividad cardiotónica. Contrastar estas con el tipo de unión de los mismos anillos en las hormonas sexuales y en los esteroles. 15. Enumerar los requisitos estructurales necesarios para que los glicósidos cardiotónicos presenten actividad biológica. 16. Enumerar los azucares más frecuentes encontrados en este tipo de compuestos. Contrastar la naturaleza de estos azucares con otros presentes en otro tipo de glicósidos. 17. Indicar que reacciones químicas podrían efectuarse para detectar específicamente la presencia de un glicósido cardiotónico en un extracto vegetal. 18. Indicar que tipo de reacciones y métodos físicos podrían utilizarse para identificar las agliconas. cardiotónicas 19. Indicar que reacciones químicas que suelen utilizarse para la identificación de los azucares presentes en los glicósidos cardiotónicos. 20. Identificar las estructuras químicas de los siguientes glicósidos cardiotónicos : ouabaína, lanatósidos A, B y C, y purpureaglicósidos A y B. 21. Enumerar las fuentes naturales de los compuestos mencionados en el punto anterior. 22. Definir saponinas esteroidales 23. Describir la distribución en el reino vegetal de las saponinas esteroidales. 24. Indicar como podría detectar la presencia de una saponina esteroidal en un extracto vegetal. 25. Indicar que tipo de reacciones químicas permiten identificar una saponina esteroidal. 26. Identificar las estructuras químicas de las siguentes sapogeninas esteroidales: diosgenina, hecogenina, sarsapogenina y sarmentogenina. 27. Indicar las fuentes naturales y el uso de los compuestos indicados en el punto anterior. 28. Analizar la importancia de las saponinas esteroidales como fuente o precursores para la síntesis de hormonas esteroidales. 29. Esquematizar mediante las reacciones químicas adecuadas la síntesis de la progesterona a partir de la diosgenina. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra. Rachel Mata Essayag 116 4.3.1 CLASI FI CACI ON DE LOS ESTEROI DES estrano androstano pregnano colano colestano ergostano O O O O estigmastano cardanólido witanólidos O O O O bufanólido espirostano Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra. Rachel Mata Essayag 117 4.3.2 Clasificación de las drogas esteroidales. 1. Esteroles 2. Glicósidos cardiotónicos. 3. Saponinas esteroidales. 4. Alcaloides esteroidales. 5. Hormonas esteroidales. 4.3.2.1 ESTEROLES 4.3.2.1.1 PRECURSORES DE LA VI TAMI NA D. HO CH 3 CH 2 HO CH 3 ergosterol (provitamina D 2 ) vitamina D 2 (ergocalciferol) CH 2 HO H HO H 7-deshidrocolesterol (provitamina D 3 ) vitamina D 3 (colecalciferol) Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra. Rachel Mata Essayag 118 4.3.2.1.2 AGENTES HI POCOLESTEROLEMI ANTES HO H -sitosterol (esteroide tipo estigmastano). 4.3.2.1.3 PRECURSORES DE HORMONAS HO estigmasterol (esteroide tipo estigmastano). 4.3.2.2 GLI COSI DOS CARDI OTONI COS En la naturaleza existen glicósidos esteroidales que poseen una acción muy específica y potente sobre músculo cardíaco. Estos componentes se caracterizan por la presencia de un anillo lactónico insaturado en la posición 17 del núcleo básico esteroidal. Por hidrólisis ácida o enzimática originan una aglicona esteroidal y azúcares. Estos últimos, por lo general desoxiazúcares especiales y entre los más frecuentes se encuentran: Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra. Rachel Mata Essayag 119 H CH 3 O HO H CHO OH H H OH CH 3 H H H H CHO H OCH 3 OH OH CH 3 H H H H CHO H OH OH OH CH 3 D-digitalosa D-cimarosa D-digitoxosa H H HO H CHO H OCH 3 H OH CH 3 HO H H HO CHO H OH OH H CH 3 H H HO HO CHO OH OH H H CH 3 D-sarmentosa L-fucosa L-ramnosa Según la naturaleza del anillo lactónico insaturado los glicósidos cardiotónicos se dividen en dos grupos: H O O A B C D cardenólidos. Entre los cardenólidos más importantes se encuentran los derivados de la digitoxigenina, gitoxigenina, digoxigenina y ouabagenina. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra. Rachel Mata Essayag 120 HO H OH O O OH HO O O HO digitoxigenina sarmentogenina OH HO O O OH OH HO O O OH OH OH OH digoxigenina ouabagenina Los derivados de la digitoxigenina, gitoxigenina y digoxigenina se encuentran presentes en la Digitalis purpurea y Digitalis lannata (Scrophulariaceae) así como otras especies del mismo género. O CH 3 OH O CH 3 O O OH O CH 3 HO O OH OH O O Digitoxina Digitalis lannata Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra. Rachel Mata Essayag 121 O O bufadienólidos Entre los bufadienólidos más importantes se encuentran los derivados de la escilarenina. Entre los derivados más importantes de la escilarenina figuran: a) Escilareno A que por hidrólisis ácida origina escilarenina, glucosa y ramnosa. b) Glucoescilareno A que por hidrólisis ácida origina escilarenina, 2 glucosas y ramnosa. c) Proescilaridina A que por hidrólisis ácida origina escilarenina y ramnosa. Los glicósidos anteriores se encuentran presentes en la Urginea maritima (Liliaceae). 4.3.2.3 SAPONI NAS ESTEROI DALES Son metabolitos secundarios que por hidrólisis ácida o enzimática producen una aglicona esteroidal del tipo espirostano más uno o varios azúcares. La aglicona esteroidal es llamada genéricamente “Sapogenina”, esta sapogenina se caracteriza por presentar un núcleo espirocetal o espirostano. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 19 12 11 13 14 15 16 17 21 22 20 23 24 25 27 26 18 O O Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra. Rachel Mata Essayag 122 Estos compuestos son poco abundantes en la naturaleza y se les consigue en algunas familias de las monocotiledoneas (Liliaceae, Amarilidaceae, Dioscoraceae). Las sapogeninas se caracterizan por formar en el agua soluciones coloidales, que producen espuma por agitación; tienen un sabor amargo y acre; destruyen los glóbulos rojos por hemólisis y son tóxicas para animales de sangre fría. Son solubles en agua y en etanol pero insolubles en éter (las sapogeninas, en cambio, presentan las mismas características de solubilidad que los otros esteroides). Las saponinas son precipitadas en soluciones alcohólicas por el colesterol, debido a la formación de un complejo y pueden ser regenerados por tratamiento de este complejo con una mezcla de agua caliente y benceno, o por calentamiento con piridina seguida por precipitación con éter. Esta propiedad es aprovechada para la separación de las sapogeninas. Desde el punto de vista químico estructural, las saponinas se caracterizan por ser oxigenadas en posición 3 (el enlace gicosídico siempre se forma con el oxígeno del carbono 3). Además pueden poseer insaturaciones (generalmente entre C 5 y C 6 ), grupos ceto en (C 12 ) y grupos hidróxilo en diferentes posiciones del núcleo base (C 2 , C 6 y C 12 ). 4.3.2.4 OBTENCI ON DE SAPOGENI NAS 1. Extracción: Disolventes (etanol en caliente, metanol, mezcla de etanol-agua y agua). Los métodos utilizados para la extracción son los convencionales. A menudo es necesario desengrasar previamente el material vegetal. Si este paso no se efectua previamente debe hacerse en la etapa de fraccionamiento, y para ello es necesario concentrar el extracto etanólico y lavarlo con benceno repetidas veces. 2. Una vez obtenido el extracto desengrasado, las saponinas se hidrolizan con HCl 4N a 75-80 ºC por dos horas. 3. Separación de las sapogeninas de la solución ácida con benceno, éter etílico o éter de petróleo. 4. Separación y purificación. Separaciones y purificaciones adicionales se hacen por métodos convencionales, es decir, cromatografía, cristalización fraccionada, etc. Muy a menudo después de efectuar el paso 3 se suele acetilar el extracto crudo conteniendo las sapogeninas y los compuestos se separan entonces como acetatos. La purificación se hace también por los métodos convencionales. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra. Rachel Mata Essayag 123 O O H HO H O O H HO H HO hecogenina Especie del género Agave (Agavaceae) digitogenina O O H HO diosgenina Dioscorea composita, Dioscorea floribunda (Dioscoreaceae) Utilizada como precursor en la síntesis de contraconceptivos. O O CH 3 H HO yamogenina Utilizada como precursor en la síntesis de contraconceptivos O O CH 3 HO H Especies del género Smilax (Liliaceae) Utilizada como precursor en la síntesis de contraconceptivos Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra. Rachel Mata Essayag 124 esmilagenina O O CH 3 HO H sarsapogenina Especies del género Smilax (Liliaceae) Utilizada como precursor en la síntesis de contraconceptivos O O OH H H H HO H OH O OH OH CH 2 OH O H H OH H O H H OH CH 2 OH OH H H O H H H CH 2 OH H H O O H HO H H HO O O H H CH 2 OH H H H OH H H O digitonina N O H HO H N H HO OH H solasodina rubijervina Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra. Rachel Mata Essayag 125 HO OH H OH O OH OH N OH OH H 2 N C O Germina holafilamina Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 126 SUBUNI DAD 4.4 COMPUESTOS AROMATI COS 4.4.1 ANTRAQUI NONAS Y COMPUESTOS RELACI ONADOS. Las antraquinonas representan el grupo más numeroso de quinonas naturales. O O 1 2 3 4 10 9 5 6 7 8 4.4.1 DI STRI BUCI ON EN LA NATURALEZA. Son abundantes en microorganismos, hongos y algunas plantas superiores. Entre las familias de plantas que son ricas en antraquinonas se encuentran las siguientes: Rubiaceae, Poligonaceae, Rhamnaceae, Leguminosae y Liliaceae. 4.4.2 BI OSI NTESI S. Las antraquinonas de aplicación terapéutica como agentes purgantes se biosintetizan por la ruta del acetato malonato (Unidad 3). 4.4.3 CARACTERI STI CAS ESTRUCTURALES. Generalmente son hidroxiladas en C-1 y C-8; también se conocen algunas hidroxiladas en otras posiciones adicionales. Pueden tener grupos –CH 3 , COOH, CH 2 OH, o CHO en las posiciones C- 2 o C-3. En algunos casos se aíslan como glicósidos (C y O glicósidos). Los azúcares que forman las combinaciones glicosídicas son la glucosa y la ramnosa, las cuales se encuentran unidas casi siempre al hidroxilo en C-8 en el caso de los O-glicósidos. En este último sentido vale la pena mencionar que muy probablemente las antraquinonas no se encuentran en sus fuentes naturales en forma libre sino más bien en combinaciones glicosídicas. Posiblemente en el momento de la extracción o bien por algún daño ocasionado al vegetal estas son hidrolizadas por las enzimas presentes en la fuente natural. En algunos casos los glicósidos tienen como agliconas formas reducidas de la antraquinona conocidas como antronas, antranoles, oxantronas y diantronas. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 127 Por esta razón se recomienda el almacenamiento de algunas drogas que contienen antraquinonas. De esta manera se pueden hidrolizar los glicósidos lentamente y originar las antraquinonas deseadas. O H H O O OH OH O H O O oxidación oxidación dimerización 4.4.4 PROPI EDADES FI SI CAS. Todas las antraquinonas son sólidos cristalinos, de elevados puntos de fusión, coloreados (rojos, amarillas, cafés) y solubles en los disolventes orgánicos más comunes. Los glicósidos son solubles en disolventes polares (MeOH, EtOH y H 2 O). 4.4.5 PROPI EDADES QUI MI CAS GENERALES. Por tratamiento con base originan soluciones coloreadas. La destilación en presencia de Zn conduce a la formación de antracenos. Los glicósidos pueden ser hidrolizados enzimáticamente o químicamente (los O-glicósidos por tratamiento con ácido y los C-glicósidos por tratamiento con FeCl 3 ). Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 128 4.4.6 OBTENCI ON A PARTI R DE SUS FUENTES NATURALES. Para la extracción de estos compuestos se usan los métodos habituales y la elección del disolvente dependerá de si se desean obtener glicósidos o agliconas y de la naturaleza estructural de las agliconas. Para los glicósidos y agliconas polares se emplean solventes tales como MeOH, H 2 O o mezclas de MeOHH 2 O y EtOHH 2 O. Para las agliconas de menor polaridad se pueden utilizar disolventes de menor polaridad como benceno o éter. Posteriormente el fraccionamiento se realiza por métodos químicos y cromatográficos, utilizando como adsorbentes MgO, Ca 3 (PO 4 ) 2 y poliamida. Finalmente la separación y purificación se hace por los métodos convencionales. Es importante destacar que la mezcla de glicósidos puede cristalizar directamente del extracto. Posteriormente el crudo cristalino es separado y/o purificado por cristalización fraccionada o cromatografía. Cuando se desean obtener antronas o antranoles debe evitarse la oxidación por el oxígeno del aire. Esta oxidación, favorecida por la presencia de alcalis genera diantronas, poliantronas y antraquinonas. 4.4.7 I DENTI FI CACI ON CUALI TATI VA. Para identificar las antraquinonas se usa de rutina la Prueba de Bortränger. Para ello la sustancia o material de prueba se disuelve en KOH diluído y se refluja por unos minutos. Este tratamiento oxida a las antronas y los antranoles presentes hasta las antraquinonas. La solución alcalina anterior se acidifica y se extrae con benceno. La capa bencénica tiene color amarillo. Si posteriormente esta fase orgánica se extrae con alcali perderá su color amarillo y la fase acuosa se tornará roja si hay antraquinonas presentes. Los derivados de las antraquinonas parcialmente reducidas no producen una reacción positiva de inmediato. Por este motivo a veces al comienzo de la reacción se recomienda adicionar H 2 O 2 para facilitar la oxidación de estos derivados. La reacción de Bortränger constituye la base para la valoración colorimétrica de estos compuestos. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 129 4.4.8 DETERMI NACI ON ESTRUCTURAL. Al igual que en todas las categorías de compuestos estudiadas la identificación definitiva de las antraquinonas se hace por métodos espectroscópicos. 4.4.9 I MPORTANCI A TERAPEUTI CA DE LAS ANTRAQUI NONAS. Un gran número de estos compuestos se utilizan en terapéutica como agentes purgantes. 4.4.10 FUENTES NATURALES DE LAS ANTRAQUI NONAS PURGANTES. FAMI LI A ESPECI E NOMBRE COMUN Rhamnaceae Rhamnus purshiana Rhamnus frangula Cáscara sagrada frángula Poligonaceae Rheumofficinale Rheumpalmatum Ruibarbo Liliaceae Aloe barbadiensis Aloe vera Aloe ferox Sábila Leguminosae Cassia sp. Sen Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 130 4.4.11 ANTRAQUI NONAS Y DERI VADOS DE I MPORTANCI A MEDI CI NAL. 4.4.11.1 ANTRAQUI NONAS. O O OH OH HO CH 3 O O CH 3 OR O O CH 3 OH HO HO OH emodina Rhamnus frangula Myisine africana frangulina A R=H glucofrangulina A R=-D-glucopiranosa Rhamnus cathartica Rhamnus frangula O CH 3 OR O O OH O OH HO CH 2 OH O O OH CH 3 Ramnosil - O OH frangulina B R=H glucofrangulina B R=-D-glucopiranosa Rhamnus cathartica Rhamnus frangula frangulósido A O O OH CH 3 Ramnosil - O OH O O OH CH 3 HO O Ram Glu frangulósido B glucofrangulósido A Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 131 O O OH CH 3 O OH Ram Glu O O OH OH CH 3 glucofrangulósido B crisofanol glicósido: crisofareina (glucosa) Ruibarbo O O OH OH COOH O OH OH CH 2 OH O reína glicósido: glucoreína (glucosa) Rheumsp. Cassia angustifolia aloe-emodina glucósido: glucoaloe-emodina (glucosa) Ruibarbo Sen 4.4.11.2 ANTRONAS. O O OH CH 2 OR O H O CH 2 OH HO HO OH OH HO HO HOCH 2 10 cascarosido A R=OH, (10S) cascarosido B R=OH, (10R) cascarosido C R=H, (10S) cascarosido D R=H, (10R) Rhamnus purshianus cáscara sagrada Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 132 O H CH 2 OH OH OH O OH HO HO HOCH 2 O OH HO HO HOCH 2 H CH 2 OH OH OH O barbaloína Sábila Cáscara sagrada. aloína A=(10R) aloína B=(10S) Sábila aloinósido B Sábila reína antrona Ruibarbo Sen O OH OH CH 3 crisofanol antrona Ruibarbo 4.4.11.3 DI ANTRONAS O OH HO HO HOCH 2 H CH 2 O OH OH O Ramnosil O OH OH COOH Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 133 O O Glucosil - O Glucosil - O OH OH COOH R H H Senósido R unión 10-10’ senósido A COOH trans senósido B COOH meso senósido C CH 2 OH trans senósido D CH 2 OH meso Ruibarbo Sen cáscara sagrada 4.4.11.4 OXANTRONAS. O OH OH CH 3 H O-glucosil HO emodina oxantrona glucósido cáscara sagrada 4.4.11.5 ANTRANOLES. OH antranol sábila Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 134 4.4.2 PODOFI LOTOXI NA Y COMPUESTOS RELACI ONADOS O O O OH O OCH 3 OCH 3 CH 3 O podofilotoxina Fuente natural: Podophyllum peltatum (Berberidaceae) Parte empleada: raíz y rizoma. Propiedades: antitumoral, antiviral y purgante. Mecanismo: inhibe el ensamblaje de los microtúbulos durante la división celular Lignano mayoritario de la podofilina (resina de la planta). La podofilina se utiliza para el tratamiento de verrugas venéreas de origen viral. O O O O CH 3 O OCH 3 OH O O O O HO HO CH 3 etopósido Cáncer testicular y carcinoma de pulmón. Se asocia con el cisplatino y la bleomicina. O O O O CH 3 O OCH 3 OH O O O O HO HO S tenipósido Linfomas y leucemia linfocítica aguda Ambos derivados semisintéticos inhiben a la enzima topoisomerasa II Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 135 4.4.3 CUMARI NAS DE USO MEDI CI NAL O O cumarina O O O O O O OCH 3 psoraleno xantotoxina Se emplean para el tratamiento del vitiligo y la psoriasis severa. O O OH OH O O O ONa O O dicumarol warfarina sódica Anticoagulantes, antagonistas de la vitamina K. O O OH CH 3 O O OCH 3 CH 3 CH 3 O N O OH H H 2 N O novobiocina Antibiótico aislado de Streptomyces niveus Efectivo contra las bacterias Gram(+): estafilococos resistentes a la penicilina y Proteus vulgaris. Curso de Farmacognosia, Unidad 4 Dra Rachel Mata Essayag 136 4.4.4 FLAVONOI DES DE I MPORTANCI A MEDI CI NAL O O OH HO OH OH OH quercetina O CH 2 O OH OH OH O OH OH OH HO O O O OH OH CH 3 OH rutina (vitamina P) La rutina y la hesperidina disminuyen la fragilidad capilar. A nivel industrial se obtiene a partir de los residuos de tabaco, de algunas especies de Eucaliptus y del trigo sarraceno (Fagopyrumesculentum), el cual contiene hasta 4% del flavonoide.