1

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

2

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.

3

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

4

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.

5

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.

6

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’

7

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

8

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

9

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.

10

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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