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Informe técnico final del proyecto “Obtención, elucidación estructural y
evaluación conformacional de terpenoides de origen natural”.
SIP 20060556
Resumen.
En este trabajo se propuso la obtención de los metabolitos secundarios presentes
en los extractos hexánico y de AcOEt de Senecio sinuatus y el extracto hexánico
de Psacalium paucicapitatum; además se propuso usar cálculos a nivel de la
Teoría de Funcionales de la Densidad (DFT) (B3LYP/6-31G*) y datos de
Resonancia Magnética Nuclear de 1H para llevar a cabo el análisis conformacional
de los productos naturales aislados.
Introducción
Los eremofilanoides son sesquiterpenos aislados comúnmente de especies del
género Senecio1 y Psacalium.2-5 Ellos pueden describirse como derivados
biogenéticamente del pirofosfato de farnesilo, el cual después de ciclisación y
reordenamientos genera el esqueleto primario.6 Algunos eremofilanoides han
mostrado actividad antioxidante,7 antimicrobiana,8 y una fuerte actividad inhibitoria
del apetito de insectos.9
Por otro lado, análisis de los datos de Resonancia magnética Nuclear combinado
con el modelado molecular a nivel de la Teoría de Funcionales de la Densidad
(DFT) han permitido dar una descripción detallada de la estructura química y el
comportamiento conformacional de los compuestos orgánicos.10-12 Mucha de esta
información puede ser útil para establecer correlaciones entre la geometría y la
actividad biológica de nuevos productos naturales.
Las especies Senecio sinuatus y Psacalium paucicapitatum, pertenecen a la tribu
Senecioneae, cuya química es verdaderamente distinta a la de otras tribus de la
familia Asteraceae. Un gran porcentaje de especies investigadas de esta tribu
contienen sesquiterpenos del tipo eremofilanoide y alcaloides pirrolizidínicos, los
cuales no se encuentran en ninguna otra tribu de Asteraceae.13
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Los alcaloides pirrolizidínicos son sustancias muy tóxicas que normalmente
carecen de aplicación a la terapéutica. Los efectos tóxicos más importantes para
compuestos que poseen estructura de diéster macrocíclico se manifiestan de
forma crónica, causando dolores abdominales, incremento considerable de los
valores de transaminasas en sangre y hepatomegalia. Estos alcaloides también
actúan como agentes mutágenos, teratógenos e inductores de tumores
hepáticos,14 aunque es conocido que algunos alcaloides pirrolizidínicos actuan
como defensa en contra de algunos herbívoros disuadiéndolos de alimentarse,
teniendo como consecuencia una influencia negativa en su crecimiento.
Continuando con el estudio químico de especies de la Tribu Senecionae
(proyectos CGPI2003753, CGPI20040480 y CGPI20050462) se propuso obtener a
los metabolitos secundarios presentes en los extractos hexánico y de AcOEt de S.
sinuatus y el extracto hexánico de P. paucicapitatum; además, usando cálculos a
nivel de la Teoría de Funcionales de la Densidad (B3LYP/6-31G*)15 y datos de
Resonancia Magnética Nuclear de 1H y se propuso hacer el análisis
conformacional de los productos naturales aislados.
Métodos y materiales
La metodología que se siguió para cumplir con las metas planteados se describe a
continuación.
Psacalium paucicapitatum se colectó en Ejutla, Oaxaca. S. sinuatus se colectó en
El Chico, Hidalgo.
Una planta completa se preparó y se depositó en el Herbario de la Preparatoria
Agrícola de la Universidad Autónoma de Chapingo, Texcoco para su identificación
botánica.
La extracción del material orgánico se hizo de la manera tradicional, en la cual el
material vegetal seco y molido se extrajo exhaustivamente con hexano primero y
luego con AcOEt. El extracto hexánico se diluyó en la mínima cantidad de Metanol
y se enfrió para la eliminación de las grasas.
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La separación y purificación de los componentes principales de cada uno de los
extractos se hizo por cromatografía en columna (CC), eluyendo por gravedad con
mezcla de hexano-AcOEt de polaridad ascendente, usando como soporte sílica
gel Merck de diferente malla.
Los datos físicos, espectroscópicos y espectrométricos de los componentes puros
se obtuvieron de la siguiente manera.
Los p.f. se obtuvieron en un aparato para punto de fusión Cole-Parmer y se
reportaron sin corregir.
Los espectros de ir. se obtuvieron de un equipo Perkin Elmer 1600.
Los datos de u.v. se determinaron en un espectrofotómetro Perkin Elmer 552 en
soluciones de metanol.
Los datos espectroscópicos de RMN 1H y 13C se registraron en equipos Varian
Mercury en soluciones de disolventes deuterados usando TMS como referencia
interna.
El patrón de fragmentación de masas se obtuvo en un espectrómetro Hewlett-
Packard GC/MS-5971 (Mass Selective Detector) a 20 ó 70 eV.
Las rotaciones ópticas se midieron a temperatura ambiente en un polarímetro
Jasco DIP-370 en soluciones de cloroformo.
El análisis cuidadoso de los datos espectroscópicos y espectrométricos condjo a la
elucidación estructural y asignación de los datos de 1H y 13C.
Análisis conformacional.
La optimización de la geometría de los metabolitos secundarios se hizo usando el
campo de fuerza MMX16 como se encuentra implementado en el programa PC
Model. El estructura de energía mínima se obtuvo por MMX y se sometió a un
protocolo Monte Carlo17 seguido de optimización de la geometría usando DFT
(B3LYP/6-31G*). Las constantes de acoplamiento se obtuvieron de los ángulos
dihedros H-C-C-H medidos en los modelos moleculares obtenidos por DFT por
medio de la ecuación de Altona.18
Resultados
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Los tubérculos secos y molidos de P. paucicapitaum (1.3 Kg) se extrajeros con
AcOEt a temp. ambiente para dar 10 g (0.8%), los cuales fueron sometidos a CC
eluyendo con mezclas de Hexano-AcOEt (80 fracciones de 100 mL). Se juntaron
aquellas fracciones que mostraron compuestos similares por cromatografía en
capa fina. La recromatografía de estas fracciones condujo a la obtención de 1-5,
cuya identificación se hizo por comparación con los datos descritos y de los datos
de RMN de 1H y 13C en una y dos dimensiones.
O
RR1 R2
O
R R1 R2
3
4
5
OAng OH H
OAng OH OH
OH OH H
O
OAng
O
O
O
AngO
21
Ang =
O
H1
47
10
11
12
1314
15
OH
A B C
Fig. 1. Eremofilanoides de P. paucicapitatum.
Las raices secas y molidas de S. sinuatus (1700 g) se extrajeron de la misma
forma que P. paucicapitatum. Después de la evaporación del disolvente y de la
eliminación de las grasas se obtuvieron 151.5 g (8.9 %) de un residuo amarillento.
10 gr del extracto hexánico se sometieron a CC. Las fracciones eluidas con 8:2 de
hexano-AcOEt dieron a 6 y a 7 como un aceite incoloro. Las fracciones eluidas
con 7:3 de hexano-AcOEt se obtuvo un nuevo eremofilanólido (8) como un sólido
amorfo. Mientras que, de las fracciones eluidas con 6:4 se obtuvo a 9.
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O
OH
RO
O
OH
AngO
O
R
R R
6 Ang
7 Sen
H
OH
8
9
O O
Ang = Sen =
1
3 5
7
810
11
12
131415
1'
4'
5'
1'
4'
5'
Fig. 2. Eremofilanoides de S. sinuatus
Los datos de RMN de 1H de 6-9 se muestran en la Tabla 1. La optimización de la
geometría de 6-9 se llevó a cabo usando un campo de fuerza MMX. La estructura
MMX de mínima energía de cada uno de los compuestos se sometió a un
protocolo Montecarlo y aquellas estructuras con un rango de energía relativa de 10
kcal/mol se recalcularon usando DFT a nivel B3LYP/6-31G*. Los datos de mínima
energía DFT (en un rango de 2.5 kcal/mol), distribución de Boltzmann y los
ángulos dihédros para el fragmento CH2(2)-CH(3)-CH(4) de los confórmeros
relevantes se muestran en la Tabla 2. En la Tabla 3 se muestran los valores de las
constantes de acoplamiento calculadas y experimentales para el fragmento
CH2(2)-CH(3)-CH(4). De estos resultados se puede concluir que los anillos de los
eremofilanoides 6-9 se encuentran en dos conformaciones principales y que la
conformación preferida es aquella en donde los protones H3 y H6 se encuentran
realmente cerca.
Parte de estos resultados se presentaron en la 12ª Jornada de Química en el
Centro de Investigaciones químicas de Cuernavaca, Morelos y en el XLI Congreso
Mexicano de Química, en México D.F y se está preparando un manuscrito para
ser sometido a evaluación de la revista Magnetic resonante in chemistry.
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Tabla 1. Datos de RMN de los eremofilanides 6-9a
6 7
H δH (J Hz) HMBC δH (J Hz) HMBC
1 5.52 brddd (4.3, 4.3, 1.6) 5.49 m
2α 2.25 m C4, C10 2.20 m C1, C3, C4, C10
2β 2.25 m C4, C10 2.20 m C1, C3, C4, C10
3α 5.21 ddd (7.8, 7.8, 3.6) C15 5.12 ddd (8.5, 6.9, 3.6) C15
4α 2.40 dq (7.1, 3.6) C3, C5 2.35 dq (6.9, 3.6) C3, C5, C10
6α 4.85 brs C8, C10, C14 4.84 brs C4, C5, C7, C8, C11, C14
8α
9α 3.46 brd (16.7) C5, C7, C8, C10 3.38 brd (16.7) C1, C5, C8, C10
9β 3.01 d (16.7) 2.98 d (16.7) C1, C5, C8, C10
12 7.03 q (1.4) C7, C11, C13 7.02 q (1.1) C8, C11, C13
13 2.05 d (1.4) C7, C12 2.05 d (1.1) C6, C10, C11, C12
14 1.05 s C4, C6, C10 1.05 s C4, C5
15 0.99 d (7.1) C2, C3, C5, C10 0.96 d (6.9) C3, C4, C5
2’ 5.69 hept (1.1) C4’, C5’
3’ 6.08 qq (7.1, 1.5) C2’, C4’, C5’
4’ 1.99 dq (7.1, 1.5) C2’, C3’ 2.17 d (1.1) C2’, C3’, C5’
5’ 1.90 dq (1.5, 1.5) C1’, C2’, C3’ 1.90 d (1.1) C2’, C3’, C4’
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Tabla 1. (Cont.)
8 9
H δ 1H (J Hz) HMBC δ 1H (J Hz) HMBC
1 5.66 m C2, C5 5.59 m
2� 2.30 m 2.30 m
2� 2.30 m 2.30 m
3� 5.14 ddd (9.6, 6.3, 3.6) 5.13 ddd (9.3, 6.0, 3.6)
4α 2.44 dq (7.1, 3.6) 2.38 dq (6.9, 3.6) C3
6� 4.72 brs C4, C5, C7, C10, C11 4.79 brs C7
8� �����dd (6.8, 10.5) C7, C9, C11
9� 2.70 dd (11.8, 6.8) C5, C7, C8, C10 2.67 d (13.2) C1, C5, C7, C8, C10
9� 2.16 m C5, C7, C8, C10 2.49 brd (13.2) C1, C5, C7, C8, C10
12
13 2.07 t (1.1) C11, C12 2.04 d (1.6) C7, C11, C12
14 0.96 s C3, C4, C5, C6, C10 0.95 s C5, C6, C10
15 0.99 d (7.1) C4, C5 1.01 d (6.9) C3, C4, C5
2’
3’ 6.12 qq (7.3, 1.5) C1’, C5’ 6.11 qq (7.1, 1.5) C1’, C4’, C5’
4’ 1.99 dq (7.3, 1.5) C2’ 1.98 dq (7.1, 1.5) C2’, C3’
5’ 1.9dq (1.5, 1.5) C1’, C2’, C3’ 1.89 dq (1.5, 1.5) C1’, C2’, C3’
a 300 MHz, CDCl3, TMS as internal standard
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Table 2. Energía relative DFT, población de acuerdo a la distribución de Boltzman y ángulos dihedros del fragmento
CH2(2)-CH(3)-CH(4) de los conformeros más relevantes de 6-9.
Conformer EDFTa Population
b H2α-C2-C3-H3αc H2β-C2-C3-H3αc H3α-C2-C3-H4αc
6a 0.000 25.24 50.3 167.0 -61.1
6b 0.035 23.80 50.3 167.0 -61.1
6c 0.063 22.70 48.0 164.5 -57.4
6d 0.116 20.74 50.2 166.6 -57.5
6e 1.082 4.06 -46.2 68.6 62.8
6f 1.454 2.17 47.8 164.2 -58.9
6g 1.950 0.94 48.1 164.6 -57.7
7a 0.000 34.28 49.9 166.3 -60.3
7b 0.067 30.63 48.5 165.0 -57.4
7c 0.393 17.65 49.8 166.1 -57.1
7d 0.707 10.40 -44.6 70.1 63.7
7e 1.510 2.68 48.5 165.0 -59.0
7f 1.554 2.49 5.51 9.51 3.16
7g 2.063 1.05 48.1 164.5 -58.6
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Table 3. (Cont.)
Conformer EDFTa Population
b H2α-C2-C3-H3αc H2β-C2-C3-H3αc H3α-C2-C3-H4αc
8a 0.000 83.57 51.1 168.0 -62.7
8b 1.696 4.78 48.7 165.3 -57.4
8c 1.853 3.67 50.6 167.1 -57.6
8d 2.013 2.80 -44.3 70.4 62.6
8e 2.058 2.59 -45.3 69.4 61.9
8f 2.447 1.34 49.1 165.9 -58.1
8g 2.493 1.24 48.7 165.4 -60.0
9a 0.000 77.45 51.2 168.2 -63.2
9b 0.913 16.60 50.9 167.8 -62.6
9c 2.457 1.22 49.6 166.4 -57.8
9d 2.570 1.01 -43.8 70.9 63.2
aEn kcal/mol.
bEn porciento.
cEn grados.
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Table 4. Valores de las J observadasa y calculadas
b para el fragmento CH2(2)-CH(3)-CH(4)
de 6-9.
6 7 8 9
H
Jobs Jcalc Jobs Jcalc Jobs Jcalc Jobs Jcalc
3α,2α 7.8 5.6 6.9 5.5 6.3 5.4 6.0 5.3
3α,2β 7.8 10.1 8.5 9.5 9.6 9.3 9.3 10.2
3α,4α 3.6 3.2 3.6 3.2 3.6 2.9 3.6 2.7
a Del espectro a 300 MHz.
b Promedio de los confórmeros obtenidos del
cálculo.
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