Alcaloides Unidad 2 Pn

UNIVERSIDAD CENTAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PRODUCTOS NATURALES I

ALCALOIDES

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TEMARIO

OBJETIVOS PROPÓSITO RESUMEN CONCEPTO DE ALCALOIDES CARACTERÍSTICAS DE ALCALOIDES PROPIEDADES DE ALCALOIDES FUNCIONES DE ALCALOIDES TIPOS DE ALCALOIDES OBTENCIÓN DE ALCALOIDES DISTRIBUCIÓN Y LOCALIZACIÓN DE ALCALOIDES EFECTOS ALELOQUÍMICOS DE LOS ALCALOIDES CLASIFICACIÓN DE ALCALOIDES BIOSÍNTESIS DE ALCALOIDES DIAGRAMA DE BIOSÍNTESIS DE ALCALOIDES CONCLUSIONES REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

GENERAL: Determinar las características, propiedades, biosíntesis, clasificación y métodos de aislamiento de los alcaloides a partir de fuentes naturales realizando una investigación bibliográfica.

ESPECÍFICOS: • Conocer los aspectos generales de los alcaloides describiendo sus características, propiedades y funciones más importantes. • Investigar sobre las diferentes técnicas de obtención e identificación de los alcaloides. • Describir el proceso de biosíntesis de los alcaloides a partir de fuentes naturales.

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La siguiente investigación tiene como fin dar a conocer acerca de las generalidades del metabolito secundario (ALCALOIDES) detallando lo más importante de sus características, funciones, clasificación, efectos a nivel celular, distribución y localización. Se hará énfasis en los diversos métodos de obtención y purificación; a su vez también se profundizará acerca del proceso de biosíntesis y las reacciones que involucra. De tal manera que al finalizar la investigación se pueda dominar las partes más esenciales de los alcaloides.

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El presente trabajo se trata de los alcaloides en donde se dará un pequeño concepto, se hablara de las diferentes características, propiedades físicas y químicas y las funciones que presentan estos alcaloides. Con el conocimiento de estas especificaciones se podrá distinguir entre los diferentes tipos de alcaloides que existen, los métodos de obtención de los mismos por fuentes naturales y las distintas reacciones que se puede realizar a los alcaloides para reconocerlos. Además se podrá conocer la distribución y la localización de los alcaloides como son excepcionalmente en bacterias y muy raro en los hongos, la biosíntesis que presentan estos alcaloides, y por último se conocerá los efectos aleloquímicos que producen. Al realizar esta investigación aporto al aumento de nuestro conocimiento acerca de los alcaloides siendo una ayuda a nuestra formación profesional y científica con sus diferentes funciones, propiedades que presentan y sus métodos de obtención. Palabras claves: Alcaloide, biosíntesis, aleloquimicos. 8

ABSTRACT The present work deals with alkaloids where a small concept will be given, the different characteristics, physical and chemical properties and functions of these alkaloids will be discussed. With the knowledge of these specifications it will be possible to distinguish between the different types of alkaloids that exist, the methods of obtaining them from natural sources and the different reactions that can be made to the alkaloids to recognize them. In addition it will be possible to know the distribution and location of alkaloids as they are exceptionally in bacteria and very rare in fungi, the biosynthesis that these alkaloids present, and finally the allelochemical effects they produce. The realization of this research contributed to the increase of our knowledge about the alkaloids being an aid to our professional and scientific formation with its different functions, properties that present and its methods of obtaining. Key words: Alkaloid, biosynthesis, allelochemistry. 9

Los alcaloides son metabolitos secundarios nitrogenados, generalmente de carácter básico y fisiológicamente activos. La mayoría de éstos compuestos son biosintetizados a partir de aminoácidos

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Son compuestos orgánicos nitrogenados Son clasificados de acuerdo al aminoácido a partir del cual son biosintetizados

Tienen actividad farmacológica a dosis bajas ALCALOIDES

Derivan biosintéticamente de aminoácidos.

Tienen carácter básico debido a los nitrógenos 13

Alcaloides

Compuestos

La mayoría

Compuestos heterociclicos

C

H

N

O

Carecen compuestos volátiles y líquidos Mescalina

Secundario

Efedrina

Terciario

Morfina

N

Cuaternario

Existen en forma de sales

Primario

Candicina 15

FORMA DE SALES

Alcaloides Son cristalizables

Punto de fusión determinado Algunos son líquidos a temperatura ambiente

Quinoa

Opio

N alcaloides

Solubles en líquidos polares Poseen sabor amargo

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Defensa química de la planta contra el ataque de herbívoros y microorganismos, actuando como fitoalexinas.

Participan en secuencias metabólicas de la planta

Medio de almacenamiento y medio de transporte de ácidos vegetales Posible participación en los procesos de germinación de las plantas que los contienen.

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ALCALOIDES VERDADEROS

Tipos de ALCALOIDES

PROTOALCALOIDES

PSEUDOALCALOIDES

MORFINA

COLCHICINA

CONIÍNA 20

Son de carácter básico y existen en la naturaleza en forma de sal

Son aquellos en los que el átomo de nitrógeno forma parte de un anillo heterocíclico

Biosintéticamente derivan de aminoácidos

Poseen una significativa actividad farmacológica

ALCALOIDES VERDADEROS

Fue el primer alcaloide descubierto (1804, Serturmer)

Origen vegetal. La mayor parte de los alcaloides se encuentran en plantas

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PROTOALCALOIDES

Son de carácter BÁSICO

Son producto del metabolismo de los aminoácidos

Son aminas simples con nitrógeno extra cíclico

Ephedra sinica

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PSEUDOALCALOIDES

Metabolitos secundarios que poseen un nitrógeno

Pero que no han sido biosintetizados a partir de aminoácidos

Sino que se forman por transferencia de nitrógeno en forma de amoniaco a un compuesto de origen terpénico, esteroide, policétido, monosacárido o a un ácido graso

Coffea

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CLASIFICACIÓN QUÍMICA ESTRUCTURAL Y BIOSINTETICA

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CLASIFICACIÓN QUÍMICA ESTRUCTURAL Y BIOSINTETICA

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CLASIFICACIÓN QUÍMICA ESTRUCTURAL Y BIOSINTETICA

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CLASIFICACIÓN QUÍMICA ESTRUCTURAL Y BIOSINTETICA

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CLASIFICACIÓN QUÍMICA ESTRUCTURAL Y BIOSINTETICA

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CLASIFICACIÓN QUÍMICA ESTRUCTURAL Y BIOSINTETICA

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CLASIFICACIÓN QUÍMICA ESTRUCTURAL Y BIOSINTETICA

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CLASIFICACIÓN QUÍMICA ESTRUCTURAL Y BIOSINTETICA

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CLASIFICACIÓN QUÍMICA ESTRUCTURAL Y BIOSINTETICA

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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:

1°

formación de sales insolubles

CON:

ácidos oxigenados de elevado peso molecular (ácido silicotúngstico, ácido fosfomolíbdico)

ácido fosfotúngstico

Reactivo de Sonnenscheins

Reactivo de Scheibler

Reactivos de Wagner 2°

formación de compuestos halogenados

PRECIPITAN CON: Reactivo de Bouchardat

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Reactivos de Mayer

3°

formación de complejos de adición insolubles

CON:

Reactivo de Dragendorff Reactivo de Marme

4°

formación de una sal insoluble

CON:

Reactivos de Hager

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1.

Con el reactivo de Bouchardat (solución de yodo yodurado). Con el reactivo de Bouchardat genera precipitado café

2.

Con el reactivo de Dragendorff (solución ácida de yodobismutato de potasio). La prepación es 1.7 g de sub-nitrato de bismuto, 20 mL de ácido acético glacial, 80 mL de agua y 100 mL de solución de yoduro de potasio (acuoso) al 50% . Mezclar. Para el análisis tomar 10 mL de

la solución preparada, adicionar 20 mL de ácido acético glacial y diluir a 100 mL. Con esta solución se hacen las pruebas respectivas. El reactivo de Dragendorff genera precipitados de color rojo anaranjado.

3.

Con reactivo de Meyer (solución de yoduro de mercurio y potasio). Con reactivo de Meyer genera precipitado blanco crema. 36

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d) Disolventes orgánicos apolar (cloroformo, éter, diclorometano, benceno ) en medio básico

c) Alcohol en medio ácido

e) Alcaloides volátiles, obtenidos directamente por destilación con vapor de agua, luego de basificar el material objeto de extracción con una base fuerte

EXTRACCIÓN

a) Pulverización; desengrasado

b) Agua en medio ácido 40

Volumétricos Gravimétricos

Extracciones sucesivas

VALORACIÓN Ópticos

Cromatográficos

PURIFICACIÓN

Técnicas cromatográficas

Cristalización 41

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Esquema de los procesos de extracción EXTRACCIÓN CON MeOH

EXTRACCIÓN CON SOL. ACUOSA HCl

DROGA SECA Y DESENGRASADA Filtración

Filtración

Extracto Metanólico Evaporación del disolvente

Extracto Seco Disolución en sol. acuosa HCl

Filtración

Sol. acuosa ácida de alcaloides e impurezas

Extracción con disolventes orgánicos poco polares (éter, CH2Cl2, etc.)

Eliminación de impurezas ácidas y neutras solubles en éter

Sol. ácida de alcaloides purificada Alcalinización

Extracción con disolventes orgánicos

Solución de alcaloides Evaporación del disolvente

Alcaloides Impuros

Cristalización

Alcaloides Puros 43

Extracción mediante disolventes orgánicos DROGA SECA Y DESENGRASADA 1. Alcalinización 2. Extracción con sol. orgánico apolar

Marco libre de alcaloides Mayer (-)

Sol. de alcaloides bases (+ impurezas) Extracción con ácido diluido Sol. Ácida (alcaloides sales)

Sol. Orgánica (libre de alcaloides)

1. Alcalinización 2. Extracción solvente orgánico no polar

Fase acuosa alcalina

Fase orgánica (alcaloides bases )

Deshidratación evaporación en vacío

Alcaloides Totales

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Distribución en la naturaleza REINO PROTISTA Raramente en hongos

pcylocina en hongos alucinógenos

Lycopodium se encuentran en grupos primitivos

REINO VEGETAL

Equisetum Plantas superiores: Gimnospermas y Angiospermas 46

Distribución en la naturaleza REINO VEGETAL

Familias con tendencia a elaborar alcaloides:

Monocotiledóneas

Amarilidáceas Liláceas

Ejemplo: Catharanthus roseus tiene más de 100 alcaloides derivados del indol

Dicotiledóneas Papaveráceas, Berberidáceas, Leguminosas, Liliáceas, Solanáceas y Rubiáceas

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Distribución en la naturaleza REINO ANIMAL

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Localización en la naturaleza La concentración varía en las distintas partes del vegetal

Quinina se acumula solo en la corteza y está ausente en las hojas las distintas partes del vegetal

Alcaloides se detectan en distintos tipos de tejidos, primariamente en tejidos de activo crecimiento para luego ser translocados y acumulados en tejidos de almacenamiento

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Efectos aleloquímicos Los alcaloides a más de su efecto fármaco dinámico

Efectos aleloquímicos sobre otras especies de plantas y animales

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El esqueleto de la mayor parte de alcaloides provienen de aminoácidos

La mayoría de estos compuestos son sintetizados en:

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Los alcaloides son almacenados predominantemente en tejidos que son importantes para la supervivencia y reproducción.

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La síntesis, órgano o tejido específica suele ser común para la mayoría de los alcaloides

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El transporte puede ser de larga distancia por el xilema y el floema y de corta distancia y el transporte intracelular

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Los alcaloides almacenados en las semillas son parcialmente degradados durante la germinación y el desarrollo de la nueva plántula, y el nitrógeno proveniente de la degradación es probablemente utilizado para la síntesis de los aminoácidos.

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En la biosíntesis de alcaloides intervienen diferentes tipos de reacciones orgánicas y los aminoácidos, como moléculas precursora de los mismos, experimentan una serie de trasformaciones.

Aminoácidos

Fenilalanina Lisina Prolina Triptófano

Las plantas sintetizan sus alcaloides a partir de unos pocos aminoácidos

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Ornitina Lisina Ácido nicotínico Derivados de: Alcaloides

Tirosina Triptófano Ácido antranílico Histidina 64

BIOSÍNTESIS (Ornitina)

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BIOSÍNTESIS (Ornitina)

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BIOSÍNTESIS (L-lisina)

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ALCALOIDES DERIVADOS DE ÁCIDO NICOTÍNICO

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BIOSÍNTESIS

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Ejemplo de la biosíntesis de Nicotina a partir de Prolina

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ALCALOIDES DERIVADOS DE L-TIROSINA

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BIOSÍNTESIS

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ALCALOIDES DERIVADOS DEL TRIPTÓFANO

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BIOSÍNTESIS

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ALCALOIDES DERIVADOS DEL ÁCIDO ANTRANÍLICO

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BIOSÍNTESIS

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ALCALOIDES DERIVADOS DE L- HISTIDINA

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BIOSÍNTESIS

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REACCIONES Formación de bases de Schiff (Generación de enlaces C=N)

Condensación de Mannich (genera enlaces C-C-N)

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Isomerización

Acoplamiento oxidativo de C-C y C-O. de C-C y C-O. Acoplamiento oxidativo

Hidrogenación del grupo imino 1.

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Se requiere otras reacciones precursoras del esqueleto Transformación de α-aminoácidos a α-cetoácidos por medio de: Deshidrogenación seguida por la hidrolisis del grupo imino siendo el FAD el

sistema enzimático responsable.

Desaminación no oxidativa.

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• Se determinó mediante una investigación bibliográfica que los alcaloides son moléculas de origen vegetal, de estructura molecular compleja basada en carbón, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno y que además existen más de 12000 alcaloides pero solo se han dilucidado la estructura de 1000 compuestos y se los clasifica de acuerdo al aminoácido a partir del cual son biosintetizados. • Se conoció los aspectos generales de los alcaloides, como las siguientes: la mayoría posee una estructura heterocíclica, no están involucrados en el metabolismo primario, representan el 25% de las drogas sintetizadas, y son cristalizables con un punto de fusión determinado. Y generalmente en las plantas tienen funciones de defensa química actuando como fitoalexinas, además sirven de medio de almacenamiento y transporte de algunos ácidos vegetales mientras que en el ser humano genera algunos efectos nocivos en el sistema nervioso. • Se investigó sobre los métodos de obtención de los alcaloides los cuales están basado en la naturaleza del o de los alcaloides que se desea obtener, pero de manera general se puede extraer mediante solventes orgánicos o soluciones acuosas de ácidos y para poder identificarlos se puede usar recristalización, cromatografía, destilación en el caso de alcaloides líquidos, sublimación, etc. • Se describió el proceso de biosíntesis de los alcaloides el cual utiliza como aminoácidos precursores a la fenilalanina, lisina, prolina y trptofano, y durante el proceso de formación se experimenta reacciones de oxidación, reducción, deshidratación, descarboxilación, y otras reacciones más específicas como la condensación de Mannich o la formación de bases de Schiff. 83

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