• Author / Uploaded
• Frank Sandoval López

Citation preview

Tema 14-3 Técnicas analíticas para el estudio de los metabolitos secundarios de plantas: Alcaloides

Alcaloides Los alcaloides son compuestos orgánicos cíclicos que contienen nitrógeno en un estado de oxidación con carga negativa, y con una distribución limitada en determinados organismos vivos. Etimológicamente proviene del árabe al kaly (la sosa) y del griego eidos (de aspecto). Sustancias naturales que reaccionan como bases, como los álcalis.

Principales alcaloides de interés farmacológico Alcaloides

Acción fisiológica

Atropina

Antiespasmódico, estimulante, analgésico

Cocaína

Anestésico local, sedante, estimulante

Codeína

Analgésico, sedante, hipnótico

Emetina

Emético (vomitivo), expectorante, antipirético (baja la fiebre)

Morfina

Narcótico, sedante, hipnótico, analgésico

Quinina

Antimalárico

Efedrina

Asma, estimulante

Papaverína Vincristina

Relajante muscular Antitumoral

Reserpina

Antihipertensivo

NOMENCLATURA Son denominados siguiendo alguno de los siguientes criterios:

1.- De acuerdo a la especie que los contiene

Efedrina

Ephedra sp

Atropa belladona

Atropina

2.- De acuerdo al nombre vulgar de la especie que lo produce.

El cornezuelo o ergot (Claviceps purpurea) es un hongo parásito del género Claviceps Se desarrolla en el ovario del centeno, por lo cual se lo llama popularmente «cornezuelo del centeno»

Ergot de cornezuelo de centeno (Claviceps Purpurea)

ergotamina

3.- De acuerdo al género a partir del cual se ha obtenido

Papaverina Genero: Papaver Papaver somniferum

4.- De acuerdo a la actividad farmacológica.

Actividad farmacológica: Emética (que provoca el vómito)

CH3O

OCH3 NH

CH3O

CH3

5.- Raramente algún investigador

Emetina

OCH3

N

N N

CH3

Nicotina Jean Nicot (embajador Francés que envió semillas de la planta del tabaco a Francia)

Morfina ⇒Morfeo (Dios griego del sueño)

Prefijos y sufijos Prefijos: • "Nor-" indica N-demetilación o N-demetoxilación, como norpseudoefedrina y nornicotina. • "Apo-" indica deshidratación, como apomorfina. • "Iso-, pseudo-, neo-, y epi-" indica diferentes tipos de isómeros. Sufijos: • "-dina" designa un isomerismo como quinidina y cinchonidina. • "-ina" indica, en el caso de los alcaloides de ergot, una baja actividad farmacológica, como ergotaminina es menos activo que ergotamina.

Clasificación de los alcaloides Según su estructura molecular y origen biosintético, los alcaloides se clasifican en cuatro categorías principales: •alcaloides verdaderos •protoalcaloides •Pseudoalcaloides •Falsos alcaloides Alcaloides verdaderos cumplen estrictamente con las características de la definición de alcaloide, tienen siempre un nitrógeno heterocíclico, son de carácter básico y existen en la naturaleza normalmente en estado de sal, biológicamente son formados a partir de aminoácidos (ej. Atropina). Protoalcaloides son aminas simples con nitrógeno extracíclico, de carácter básico y son productos del metabolismo de los aminoácidos (ej. Efedrina). Pseudoalcaloides y alcaloides imperfectos, presentan todas las características de la definición de alcaloide pero no son derivados de aminoácidos (ej. Cafeína). Falsos alcaloides: Compuestos que dan positivo los test para alcaloides, aunque no son alcaloides.

Alcaloides verdaderos

Derivados de Lys

Derivados de Orn

Derivados de Orn y Lys De PIRROLIDINA -Alcaloides tropánicos (escopolamina, cocaína) De PIRROLICIDINA -Alcaloides de Senecio De PIPERIDINA (isopeletierina)

Derivados de Phe y Tyr De ISOQUINOLINA -Alcaloides del peyote De BENCILISOQUINOLINA -Alcaloides de la adormidera (morfina, codeína, papaverina) -Berberina De Amaryllidaceae

De QUINOLICIDINA -Alcaloides de Lupinus

Derivados del ácido nicotínico -Alcaloides nicotínicos

Algunos son protoalcaloides

Derivados de Trp INDÓLICOS simples -Fisostigmina

INDÓLICOS complejos -Alcaloides del Cornezuelo -Alcaloides de Catharanthus roseus (vinblastina, vincristina, vindolina, ajmalicina) -Estricnina

Alcaloides derivados de la ornitina Existen dos importantes grupos de alcaloides conteniendo el núcleo tropánico: 1. Grupo de la atropina (alcaloides derivados del tropanol) : • La hiosciamina = éster del tropanol con el ácido ltrópico. • La atropina = éster del tropanol con el ácido d-trópico. • La escopolamina o hioscina = éster del escopanol con el ácido l-trópico Estos alcaloides son midriáticos (dilatan la pupila) con propiedades parasimpaticolíticas y se encuentran en algunos géneros de la familia Solanaceae (Atropa, Datura, Brugmansia, Hyoscyamus y Duboisias). 2.

Grupo de la cocaína (alcaloides derivados del pseudotropanol) tiene propiedades anestésicas y es el principio activo de la coca (Erythroxylacea). Ecgonina, alcaloide tropánico que se encuentra en las hojas de coca (efectos psicotropos)

Cocaína (Benzoilmetilecgonina)

Alcaloides derivados de la lisina •

La lisina como homólogo de la ornitina, producen alcaloides derivados de la piperidina.

•

Y algunas estructuras policíclicas como es el caso de los alcaloides quinolizidínicos.

piperidina

quinolizidina

Plantas con alcaloides conteniendo el núcleo piperidínico simple

TABACO INDIO: Lobelia inflata. Droga: partes aéreas. Composición química: El tabaco indio contiene entre 0.25 y 0.4% de alcaloides totales donde el principal es la lobelina. La lobelina es usada contra diferentes afecciones broncopulmonares como analéptico respiratorio, en la reanimación de los recién nacidos.

lobelina

Plantas con alcaloides conteniendo el núcleo quinolizidinas Localizadas principalmente en Leguminosa y Ninfeáceas, pueden ser bicíclicos como la lupinina del género Lupinus, y tetracíclicos como la esparteína aislados de varias especies de Cytisus.

esparteína

De algunos lotos o nenúfares se han aislado la matrina.

Cytisus scoparius

lupinina

Lupinus

matrina

Alcaloides derivados del ácido nicotínico En los vegetales el ácido nicotínico se forma por la condensación del gliceraldehido 3 fostato con el ácido aspártico. El ácido nicotínico es precursor de alcaloides del tabaco, de la ricinina de Ricinus communis, entre otros. En el caso de la anatabina y la anabasina, alcaloides encontrados en Nicotiana y que difieren poco en su estructura, su biogénesis es diferente; en la anabasina proviene del intermediario piperidina, mientras que en la anatabina se origina a partir del ácido nicotínico.

A partir del ácido nicotínico

anatabina

El anillo piperidínico tiene, por tanto, dos orígenes: el ácido nicotínico y la piperidina. anabasina

Proviene del intermediario piperidina

piperidina ácido nicotínico

Plantas con alcaloides derivados del ácido nicotínico EL

TABACO. Nicotiana sp., Solanaceae Comprende dos tipos: N. tabacum de mayor tamaño y N. rustica llamada el pequeño tabaco. Droga: hojas. Composición química: El contenido en alcaloides oscila entre 1 y 10% donde el principal es la nicotina.

Alcaloides derivados de la fenilalanina y tirosina Incluyen a alcaloides verdaderos y protoalcaloides

• Aminas simples o fenilalquilamina: efedrina. mezcalina

• Isoquinolinas simples: peyotina y mezcalina. peyotina

• Benzil isoquinolina o alcaloides morfinanos: morfina.

Plantas con alcaloides derivados de la fenilalanina y tirosina: Aminas simples o fenilalquilaminas EFEDRAS, Ephedra sp. Entre las efedras se encuentran la E. sinica y E. equisetina. Droga: partes aéreas. efedrina Composición química: Sus principios activos son alcaloides de tipo fenil etil aminas (1.5%) donde el principal es la efedrina, además se encuentran la norefedrina (amina primaria) y sus isómeros; estas estructuras se conocen como anfetaminas. La efedrina es empleada contra el asma con acción más prolongada que la adrenalina.

Plantas con alcaloides derivados de la fenilalanina y tirosina: Isoquinolinas simples Peyote o BOTONES DE MEZCAL: Lophophora williansii o Echinocactus williansii. Cactaceae. Este cactus posee entre 3 y 6% de alcaloides totales donde el principal es la mezcalina, contiene también peyotina y alcaloides de tipo tetrahidroisoquinoleina. El peyote es una de las drogas mágico religiosas usada por lo aztecas en ceremonias rituales, la ingestión produce efectos síquicos: – alucinaciones como visiones coloreadas, – distorsión en la percepción visual y de los sonidos, luego una fase depresiva acompañada de hipotensión, – nauseas, sudación y midriasis.

La mezcalina es usada en siquiatría.

mezcalina

peyotina

Plantas con alcaloides derivados de la fenilalanina y tirosina: Bencilisoquinolinas. Alcaloides morfinanos • Este tipo de alcaloides son exclusivos del género Papaver, género que cuenta con mas de cien especies, solo una decena biosintetiza la tebaina y la morfina es solamente elaborada por P. somniferum y P. setigerum. • Las adormideras (amapolas) pertenecen a la familia Papaveraceae, género Papaver la especie principal es Papaver somniferum. • Papaver rhoeas, comúnmente llamada amapola, es una planta similar a la anterior. Contiene alcaloides como la rhoeadina, que no tiene actividad tipo morfínica.

morfina

Alcaloides derivados del triptófano (alcaloides indólicos) •

Existen unos 800 alcaloides de este tipo distribuidos principalmente en la familia Apocynaceae, (géneros Rauwolfia, Aspidos-perma, Strychnos y Vinca), menos frecuentes en hongos y familias como Leguminoseae, Malphigiaceae, Rubiaceae y Rutaceae, donde los alcaloides presentan el grupo indólico sencillo.

•

El triptofano es el precursor de estos alcaloides los cuales se clasifican en:

Triptófano

No triptaminas Ac. lisérgico Indoleninas

Triptaminas

Triptaminas simples

Triptaminas complejas Triptaminas complejas isoprénicas

Triptaminas complejas no isoprénicas

Alcaloides derivados del triptófano (alcaloides indólicos): Triptaminas complejas isoprénicas Las triptaminas isoprénicas más importantes son las ergolinas, nombre dado al núcleo de los alcaloides del ergot (cornezuelo de centeno) y comprende el esclerocio desecado producido por hongos del género Claviceps. Se encuentran aproximadamente 50 especies de este género, pero el principal es la C. purpurea, el cual se desarrolla en lo ovario del centeno produciendo granos alargados en forma de un pequeño cuerno, de ahí su nombre. Este núcleo también se encuentra en Rivea corimbosa cuyas semillas se usan como alucinógenos y en Ipomea tricolor. La

mayoría de las especies de Ipomoeas contienen derivados de la ergolina.

ergolinas

Alcaloides derivados del triptófano (alcaloides indólicos): Amidas del ácido lisérgico Catharanthus :Vinca . Catharanthus roseus . Origen : Australia, Madagascar, cultivada en Africa. Contiene alcaloides indólicos: Vincristina, Vinblastina y Vindolina y Catarantina (sin actividad) De 500 kg of hoja se obtiene 1 g de vincristina. Usos terapéuticos: antitumoral, tratamiento de leucemia en niños. – –

Para la división celular. Bloquea la formación de microtúbulos durante la metafase.

Vindolina

Catarantina

Métodos para la extracción, purificación, aislamiento y cuantificación de alcaloides Propiedades Análisis cualitativo y Análisis cuantitativo

Reactivos que precipitan alcaloides Formadores de sales dobles: a- Reactivo de Mayers: Ioduro de mercurio y potasio. b- Reactivo de Dragendorffs: KI y KBi. c- Cloruro de oro.

Ácidos orgánicos: a- Reactivo de Hagers: Ácido pícrico b- Ácido tánico.

Ácidos inorgánicos: a- Acido fosfomolíbdico b- Acido fosfotungsténico c- Acido silicotungsténico

Reconocimiento de los alcaloides Las técnicas de reconocimiento son basadas en la capacidad que tienen los alcaloides en estado de sal (extractos ácidos), de combinarse con el yodo y metales pesados como bismuto, mercurio, tugsteno formando precipitados. Algunos de los reactivos que se utilizan para detectar alcaloides son:

Reactivo de Wagner

 Reactivo de Wagner: solución de yodo-yoduro de potasio.  Reactivo de Mayer: mercurio tetrayoduro de potasio.

Reactivo de Mayer

Métodos para la extracción, purificación y aislamiento de alcaloides Puesto que los alcaloides son compuestos de carácter básico, su solubilidad en los diferentes solventes varia en función del pH, es decir según se encuentre en estado de base o de sal: – En forma de base, son solubles en solventes orgánicos no polares como benceno, éter etílico, cloroformo, diclorometano, acetato de etilo, etc. – En forma de sales, son solubles en solventes polares agua, soluciones ácidas e hidroalcohólicas.

Métodos para la extracción, purificación y aislamiento de alcaloides

Preparación del material vegetal • El material vegetal (raíces, hojas, semillas, corteza o flores) es secado en estufa a una temperatura menor de 50ºC, pulverizado, para luego ser desengrasado en soxhlet con un solvente orgánico apolar.

Métodos para la extracción, purificación y aislamiento de alcaloides Método I: El polvo es tratado con álcalis para liberar las bases libres, que son solubles en disolventes orgánicos inmiscibles con agua. Método II: El polvo es extractado con agua conteniendo ácido diluido. Los alcaloides son extractados como sales. Método III: Extracción del polvo con disolvente miscible con agua como MetOH o EtOH. Se extractan tanto las bases libres como las sales.

Métodos para la extracción, purificación y aislamiento de alcaloides Liberación de las bases libres:

• NH4OH:

El más usado debido a sus ventajas: 1- Tiene la suficiente basicidad para liberar las bases de la mayoría de los alcaloides. 2- Más suave que los álcalis fijos (no volátiles) y más seguro. 3- Volátil y por tanto fácil de eliminar.

• Otros álcalis: Na2CO3, NaHCO3, Ca(OH)2, MgO.

Métodos para la extracción, purificación y aislamiento de alcaloides

Extracción de las bases libres: • CHCl3:

Disolvente que puede extractar la mayoría de los alcaloides. Extracto conteniendo muchas impurezas. Carcinogénico.

• Éter etílico:

Se obtienen extractos bastante limpios. Tiene algunas desventajas: 1- Alta volatilidad. 2- Formación de peróxidos. 3- Parcialmente miscible con agua.

Métodos para la extracción, purificación y aislamiento de alcaloides Alcaloides volátiles • El mejor procedimiento para su extracción es la destilación mediante arrastre con vapor.

Vapor de agua

Agua pH ácido Material vegetal + agua + Álcali volátil

Métodos para la extracción, purificación y aislamiento de alcaloides Purificación de los extractos crudos de alcaloides • Procedimientos repetidos Ácido-Base: Extracto de alcaloides 1º Acidificar y extractar con disolvente orgánico Disuelve las impurezas

2º Alcalinizar y extractar con disolvente orgánico Disuelve los alcaloides

Precipitar los alcaloides (acidificando) Sales de alcaloides en forma cristalina

Identificación de alcaloides • • • • •

Punto de fusión Test del color Rotación óptica HPLC, GC, GC-MS UV, IR, NMR, MS.