Universidad Central del Ecuador. Facultad de Ciencias Químicas. Bioquímica y Farmacia. Química Orgánica II

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1 Universidad Central del Ecuador Facultad de Ciencias Químicas Bioquímica y Farmacia Química Orgánica II Nombre: Jimmy García Carrera: Farmacia Tema: Fenoles Naturales OH Los fenoles son abundantes en la naturaleza y también sirven de intermediarios en la síntesis industrial de varios productos. El fenol es un desinfectante general que se encuentra en el alquitrán de la hulla. Los fenoles son compuestos de formula general Ar-OH, donde Ar es el grupo fenilo o fenilo sustituido. Los fenoles son clasificados como metabolitos secundarios de las plantas. Dentro de los fenoles tenemos dos grupos principales. TANINOS FLAVONOIDES TANINOS El término tanino fue originalmente utilizado para describir ciertas sustancias orgánicas que servían para convertir a las pieles crudas de animales en cuero. CARACTERISTICAS Los taninos son polifenoles naturales, que son metabolitos secundarios ampliamente distribuidos en varios sectores del reino de las plantas superiores. Jimmy García Página 1

2 Se distinguen por las siguientes características generales: Solubilidad en agua Masa molecular entre 500 y Estructura y carácter polifenólico (12-16 grupos fenólicos y 5-7 anillos aromáticos por cada 1000 unidades de masa molecular relativa). Complejación intermolecular (astringencia) Características estructurales (dos motivos estructurales mayores, proantocianidinas o taninos condensados y taninos hidrolizables, más un tercer grupo minoritario, los florotaninos). FUENTES NATURALES DE OBTENCIÓN Son muy abundantes en el mundo vegetal, especialmente en algunas familias (Fagáceas, Rosáceas, Fabáceas, Mirtáceas, etc.) y en diversos órganos: raícesrizomas (ruibarbo), cortezas (quina, roble), leño (catecú), hojas (hamamelis), frutos (cinorrodones). Los alimentos en los que se encuentran estas sustancias presentan un sabor áspero y amargo. Están presentes en alimentos como el té, el café, las espinacas, las pasas negras y algunas frutas como la granada, los caquis, el membrillo o la manzana. En la granada, la corteza y los tabiques internos son las partes del fruto con más cantidad de taninos. En el caqui, la presencia de taninos, abundantes en Jimmy García Página 2

3 la pulpa, disminuye con la maduración. En la manzana, los taninos aparecen cuando se deja oscurecer la pulpa rallada de una manzana pelada. Abundan en las cortezas de los robles (donde están especialmente concentrados en las agallas) y los castaños, entre otros árboles. Los taninos se encuentran también en una gran cantidad de árboles, siendo las agallas de roble y la corteza de zumaque las mejores materias para su obtención. También se utilizan las hojas del aliso, nogal, frambueso, fresal y zarza; frutos y hojas del arándano; sumidades de agrimonia; raíz de tormentila, bistorta y pimpinela, entre otros. En también se encuentra en mayor o menor cantidad, en el interior de todas las plantas en estado sólido. Se encuentran en los poros de la superficie de la madera, y cuando se disuelven en agua y se oxigenan con el aire, se pigmentan debido al "flobágeno" que contienen, oscureciéndose a marrón oscuro; actuando como colorante sustantivo reductor, que al reaccionar con mordientes, adquiere los tonos negros, o verdosos-azulados oscuros, que forman las indeseables manchas. CLASIFICACION DE LOS TANINOS A los taninos se los ha clasificado en dos grupos principales: Taninos Hidrolizables. Taninos Condensados. Taninos Hidrolizables: Son aquellos taninos que después de una hidrólisis acida liberan ácido gálico o ácido elágico. Se denominan galotaninos o elagitaninos respectivamente. Los elagitaninos están estructurados como moléculas lineales de glucosa enlazadas a las funciones carboxilo de los grupos hexahidroxidifénicos del ácido elágico, mientras que los galotaninos están constituidos por núcleos de glucosa en forma cíclica que forman enlaces con la función ácida del ácido gálico. En ambos casos se trata de estructuras de una complejidad relativa. Son hidrolizables por ácidos, bases y enzimas. Son más pequeños que los taninos condensados y son hidrolizados con más facilidad, sólo basta ácido diluido para lograrlo. La mayoría tiene una masa molecular entre 600 y Jimmy García Página 3

4 (Tanino hidrolizable) Estructura de taninos hidrolizables- (Taninos Gálicos): Estructura de taninos hidrolizables-(taninos Elágicos): Taninos Condensados: Son aquellos taninos Se conocen también como no hidrolizables, ya que se hidrolizan con dificultad y por el contrario, el tratamiento con calor y ácidos minerales origina polímeros de alto peso molecular (flobáfenos). Este tipo de taninos se producen en el metabolismo normal de los vegetales por lo que se consideran fisiológicos y se encuentran ampliamente repartidos en el reino vegetal. Químicamente se forman por condensación de catequinas o catecoles (flavanoles) con uniones directas C-C entre las moléculas, generalmente en 4 8 o en 4 6 y no contienen azúcares en su estructura. Biogenéticamente proceden del Jimmy García Página 4

5 metabolismo de los flavonoides, se forman a partir de una flavanona por idroxilación en el C-3. Tienen una estructura similar a la de los flavonoides y carecen de osas en su molécula, (a veces también llamados proantocianidinas) son polímeros de un flavonoide llamado antocianidina. Es común encontrarlos en la madera de las plantas leñosas. (Tanino condensado) Estructura de taninos condensados: METODOS DE EXTRACCION DE LOS TANINOS El procedimiento para extraer los taninos de las plantas comienza con la molienda, tanto en que las partes de las plantas se muelen hasta formar astillas o virutas. Luego se procede a la extracción, que puede ser de tipo rural o industrial. En la extracción de tipo rural, se ponen las virutas en varias cubas grandes de madera u ollas de barro cocido, y luego se le agrega agua a la primera hasta cubrir por completo el material vegetal para evitar la oxidación, al día siguiente se transvasa el agua a la segunda y se vuelve a agregar agua caliente (no hirviendo) a la primera, al tercer día se transvasa de la segunda a la tercera y de la primera a la segunda, volviéndose a agregar agua en la primera, y así se repite el procedimiento durante unos 12 días, durante los cuales se va llenando un depósito Jimmy García Página 5

6 de reserva con el agua que ya se considera que extrajo la suficiente cantidad de material. Para evitar que los taninos se estropeen durante el proceso, el agua utilizada (llamada "jugo curtiente") no debe contener cal ni hierro (debe ser "agua blanda"), normalmente es agua de lluvia o río limpia, si es necesario se filtra antes del proceso. Los instrumentos empleados deben ser de barro, madera, cobre, latón o cestería, nunca de hierro pues el hierro reacciona con los taninos formando ácido ferroxálico. En el procedimiento de tipo industrial, encontramos el de "difusión en tanque abierto", el de "colado", el de "cocción", el de "autoclave", el de "Contra corriente o Sistema de lixiviación". Cada uno de ellos es útil para extraer los taninos de partes diferentes de la planta. En el de "difusión en tanque abierto", adecuado para corteza, frutos y hojas, se utilizan unos tanques grandes de madera o cobre que utilizan agua calentada a vapor, en los cuales se va poniendo el material desmenuzado por tiempos y se rotan de forma que el agua nueva siempre entre en contacto con el material más lixiviado, en contracorriente con el llenado de material. La temperatura debe estar siempre por debajo del punto de ebullición (normalmente a 60 u 82 C) para evitar que los taninos precipiten y se oscurezcan. Cuando el agua sale finalmente por el primer compartimento ya está más o menos concentrada. El procedimiento en total dura unos 3 o 4 días. En el de "colado", recomendado para cortezas y hojas, se llena un depósito con el material desmenuzado y se lo somete a vapor de agua. Posteriormente se rocía con agua caliente y el agua, que ya es "jugo curtiente", se retira o "cuela" por el fondo del depósito. Tarda la mitad de tiempo del de difusión en tanque abierto. En el de "cocción", utilizado para la madera, primero el material se desmenuza bien en astilladoras (parecido a como se hace la pulpa para papel pero más desmenuzado), y ese material bien desmenuzado se vierte en depósitos donde se llena de agua y se hierve. Cuando el agua alcanza la mayor concentración posible de taninos se llama "licor", y la que sale del primer depósito se vierte en el segundo repitiendo el proceso, y luego a un tercer depósito. El calentado produce tanato de hierro por lo que en la última etapa se agrega sulfito sódico o disulfito sódico y se mantiene en agua fría. El proceso tarda un día en realizarse. La madera desmenuzada de residuo no se desecha sino que puede utilizarse para fabricar papel, aglomerados o combustible. En el de "autoclave", también utilizado para la madera bien desmenuzada, se utilizan las autoclaves donde se alcanzan temperaturas mayores al punto de ebullición del agua, y en las autoclaves modernas los ciclos de carga y descarga del agua en los depósitos son sólo de unos minutos, completándose el proceso en unos 45 minutos. El método es más económico que el de cocción porque utiliza menos agua. Al igual que en el procedimiento de cocción, se produce tanato de hierro, y la madera residual se puede utilizar en la fabricación de papel, aglomerados y combustible. Jimmy García Página 6

7 En el "Contra corriente o Sistema de lixiviación", también se utilizan unos compartimentos donde se pone el material, en éstas el disolvente circula a contracorriente en forma continua (en lugar de ser transvasado de tanque en tanque), hasta salir concentrado por un vertedero en el primer compartimento. El aparato comúnmente utilizado se llama "clasificador de plataformas múltiples", es un tanque con 2 a 6 compartimentos. APLICACIONES PRINCIPALES DE LOS TANINOS USO EN LA INDUSTRIA En la industria se utilizan para la fabricación de tintas y el curtido de pieles, gracias a la capacidad de los taninos para trasformar las proteínas en productos resistentes a la descomposición. En este proceso se emplean determinados taninos, los más utilizados son los procedentes de la acacia, el castaño, la encina, el pino o la bastarda. Se emplean en la industria textil por su capacidad de reaccionar con las sales férricas, los cuales dan lugar a productos negro-azulados adecuados para tintes. Igualmente son utilizados como mordientes para la aplicación de tintes en tejidos, coagulantes de gomas, o aprestos para papeles o sedas. En alimentación, los taninos originan el característico sabor astringente a los vinos tintos (de cuyo bouquet son, en parte, responsables), al té, al café o al cacao. Las propiedades de precipitación de los taninos son utilizadas para limpiar o clarear vinos o cerveza. Son buenos quelantes de metales pesados. USO MEDICINAL La cicatrización se produce por la formación de las costras al unirse las proteínas con los taninos y crear un medio (seco) que impiden el desarrollo de las bacterias.- Al constreñir los vasos sanguíneos ayuda a la coagulación de la sangre y por lo tanto, contribuyen a la curación de las heridas. FLAVONOIDES Flavonoide es el término genérico con que se identifica a una serie de metabolitos secundarios de las plantas. Son sintetizados a partir de una molécula de fenilalanina y 3 de malonil-coa, a través de lo que se conoce como "vía biosintética de los flavonoides", cuyo producto, la estructura base, se cicla gracias a una enzima isomerasa. Jimmy García Página 7

8 CARACTERISTICAS Los flavonoides son compuestos fenólicos que constituyen pigmentos naturales presentes en los vegetales y que protegen al organismo del daño producido por agentes oxidantes, como los rayos ultravioletas, la polución ambiental, sustancias químicas presentes en los alimentos, etc. Están ampliamente distribuidos en plantas, frutas, verduras y en diversas bebidas y representan componentes sustanciales de la parte no energética de la dieta humana. FUENTES NATURALES DE OBTENCION Los flavonoides están presentes en una amplia variedad de alimentos. Los flavonoides se encuentran en frutas, verduras, semillas y flores, así como en cerveza, vino, té verde, té negro y soja, los cuales son consumidos en la dieta humana de forma habitual y también pueden utilizarse en forma de suplementos nutricionales, junto con ciertas vitaminas y minerales. Los flavonoides se encuentran también en extractos de plantas como arándano, gingko biloba, cardo, mariano. Estos también se encuentran en la pulpa comestible de frutos como los cítricos, cerezas, uvas, albaricoques, grosellas negras, etc. La pimienta verde, el brócoli, las cebollas y los tomates son buenas fuentes vegetales, como también el trigo sarraceno. Jimmy García Página 8

9 CLASIFICACION DE LOS FLAVONOIDES En los flavonoides se han identificado más de tipos, entre los que se pueden destacar: -Catequinas: Son flavonoides que contienen las plantas y que normalmente se encuentran de forma natural en las hojas de té verde, las catequinas son incoloras. -Leucoantocianinas: Son sustancias incoloras presentes en frutas, hortalizas y derivados. Son muy parecidas estructuralmente a las antocianinas, pero a pesar de ser incoloras, durante el procesado de alimentos pueden dar lugar a sustancias coloreadas. Todas son derivadas del flavon 3-4 diol. Los dímero se unen por las posiciones 4-8 o 4-6. Leucoantocianina -Flavanonas: Precursores de otros flavonoides más complejos, pero se encuentran como tales en altas concentraciones en los cítricos. Las más importantes son naringenina, presente en el zumo de naranja, limón o pomelo, dándole un sabor amargo. Jimmy García Página 9

10 Flavanona -Flavanonoles: La naringina es un flavonoide (flavanona glicosilada) que se extrae de la cáscara de algunos Citrus (Citrus paradisi, Citrus aurantium) y es el principal responsable de su sabor amargo. Está presente también en la pulpa de los frutos, en hojas, flores y semillas de la planta. Flavononol -Flavonas: Las flavonas son compuestos derivados de la benzo-pirona. Algunas drogas cuyo efecto terapéutico está relacionado a su contenido en flavonas son la tila (Tilia cordata) y la pasiflora (Passiflora incarnata), que entre otros principios activos contienen hesperidina. Las hojas del ginkgo (Ginkgo biloba) también contienen flavonas, además de otros flavonoides. Flavona -Antocianinas: Son un grupo de pigmentos hidrosolubles ampliamente distribuidos en el reino vegetal cuyo color puede variar del rojo al azul pasando por el naranja. Está en verduras, hortalizas y flores. Jimmy García Página 10

11 Antocianina -Flavonoles: Los flavonoles son una clase de flavonoides que utilizan la estructura 3-hidroxiflavona (3-hidroxi-2-fenilcromen-4-ona. Su diversidad radica en las diferentes posiciones que acomodan los grupos -OH fenólicos. Flavonol -Chalconas: Primer flavonoide sintetizado por la "vía biosintética de los flavonoides" es una chalcona, cuyo esqueleto es un anillo bencénico unido a una cadena propánica que está unida a su vez a otro anillo bencénico. Están implicadas en la estimulación de la polinización gracias a que inducen el desarrollo de colores en el espectro de lo visible y en el UV que atraen a insectos (mariposas y abejas) Chalcona -Dihidrochalconas: Son los precursores directos de flavandioles y flavonoles, pero también tienen cierta actividad como tales en algunas plantas. Hay tres importantes: dihidromiricetina, presente en las partes aéreas de los brezos (Erica spp.), dihidroquercetina, en las uvas blancas o en la zarzaparrilla (Smilax aristolochiaefolia); y dihidrokaempferol. El poder edulcorante de las Jimmy García Página 11

12 dihidrochalconas es 1800 veces mayor que el de la sacarosa. Hoy en día no se utiliza demasiado en las formulaciones de chicle debido a su alto costo. Dihidrochalcona -Auronas: Las auronas son responsables de la coloración de algunas plantas. A pesar de que se ha sugerido que estos compuestos están relacionados estrechamente con las chalconas, hay pocos indicios acerca de sus vías biosintéticas. Aurona -Isoflavonas: Los isoflavonoides se forman por migración de un anillo bencénico de la posición 2 a 3 del anillo central. Su función es defender a las plantas del ataque de patógenos. Isoflavona METODOS DE EXTRACCION DE LOS FLAVONOIDES Los flavonoides en general se extraen de muestras secas y molidas. La muestra se desengrasa inicialmente con éter de petróleo ó n-hexano, y el marco se extrae con etanol puro o del 70%. Este último es recomendado para garantizar la extracción de los más polares. El extracto obtenido se evapora con calentamiento Jimmy García Página 12

13 no superior a los 50 C y se le hacen particiones sucesivas con éter etílico, acetato de etilo y n-butanol. Los flavonoides apolares quedan en la fase etérea, los medianamente polares en la fase acetato de etilo y los más polares en el n-butanol. Cada una de estas tres fracciones se puede analizar por cromatografía en capa fina (CCF) y HPLC en fase reversa. Para el análisis por CCF de las agliconas se pueden utilizar mezclas n-hexano/acetato de etilo y cloroformo/acetato de etilo en diferentes proporciones, por ejemplo la mezcla cloroformo/acetato de etilo 60:40 utilizada por Wagner y col. para el análisis de drogas vegetales. Para el análisis de glicósidos flavonoides Wagner y col. utilizan una mezcla acetato de etilo/ácido fórmico/ácido acético/agua 100:11:11:27. Para el análisis por HPLC de los glicósidos pueden utilizarse columnas RP-18, detectando a 254 nm y eluyendo con mezclas ácido acético al 2% acuoso/acetonitrilo en diferentes proporciones. El ácido acético previene la formación de picos asimétricos en el cromatograma. Para el análisis cuantitativo HPLC de las agliconas también se usan columnas RP-18, detección a 254 nm y elución con mezclas de acetonitrilo/agua con ácido acético al 1%. Las antocianinas se pueden extraer de tejidos frescos (p. ej. pétalos) por maceración con un solvente ácido como por ejemplo la mezcla metanol-ácido acético-agua (11:1:5) ó la mezcla metanol/ácido fórmico/agua por ejemplo 10:1:9. El extracto obtenido se concentra y se somete a cromatografía en papel unidimensional eluyendo con la mezcla t-buoh:acoh:h2o (3:1:1). En estas condiciones las antocianinas presentan Rf bajo y se pueden separar de otros tipos de flavonoides como los glicósidos de flavonoles los cuales presentan un Rf alto. Una vez eluído del papel el extracto con las antocianinas se puede purificar a través de un cartucho RP-8 eluyendo con AcOH al 7% acuoso y con AcOH al 7% metanólico. También se pueden analizar por cromatografía en capa fina con placas de celulosa y eluyendo con la mezcla HCl conc. /ácido fórmico/agua 19.0/39.6/41.4. Las antocianinas se pueden separar a escala analítica por HPLC [(columna RP-18, 25 cm de long., 5 m); eluente: una mezcla 1:1 de A (H2O:MeCN:AcOH:H3PO4 al 1.5% acuoso) y B (107:50:40:3) a un flujo de 0.8 ml/min; detectando a 352 y 530 nm. A nivel preparativo puede usarse una columna RP-18 de 25 cm de long., los mismos solventes citados arriba pero en una proporción 43:57 respectivamente, a un flujo de 2 ml/min y detectando a 440 nm. A las fracciones obtenidas luego de concentrarlas al vacío, se les puede eliminar el ácido fosfórico pasándolas a través de un cartucho RP-8 lavando con AcOH al 8% acuoso. Luego, las antocianinas se eluyen con AcOH al 8% metanólico, se concentran a sequedad y se liofilizan para obtener los compuestos puros para su caracterización química. APLICACIONES PRINCIPALES DE LOS FLAVONOIDES USO EN LA INDUSTRIA Jimmy García Página 13

14 Emolientes y demulcentes: antiinflamatorios. Pueden usarse en uso externo (hematomas), en forma de cataplasma (vías respiratorias). En uso interno: antiinflamatorios de vías respiratorias, laxantes mecánicos. La acción laxante se debe a que son capaces de retener el agua, son lubricantes, facilitando el paso a través del intestino, al retener el agua, hinchan y presionan sobre las paredes intestinales y con ello aumenta el peristaltismo, son protectores de la mucosa gástrica y protegen frente diarreas, sobre todo en las debidas a toxinas de bacterias. USO EN LA MEDICINA Regulan la permeabilidad del capilar, por eso detienen el flujo de proteínas y células de sangre, pero permiten el flujo de oxígeno, dióxido del carbono y otros nutrientes. Muchos flavonoides incrementan la fortaleza de los vasos capilares, previniéndolos de cerrarse fácilmente. Esto es en parte debido a que ciertos flavonoides tienen una acción similar a la de la vitamina C. Esto puede ayudar a proteger los vasos sanguíneos contra las infecciones y las enfermedades. Estimulación de la desintoxicación enzimática de la fase II. Los flavonoides serían agonistas de las enzimas de desintoxicación de la fase II que catalizan las reacciones que promueven la excreción de productos químicos potencialmente tóxicos o carcinógenos. Propiedades anticancerosas: muchos han demostrado ser tremendamente eficaces en el tratamiento del cáncer. Se sabe que muchos inhiben el crecimiento de las células cancerosas. Se ha probado contra el cáncer de hígado. Propiedades cardiotónicas: tienen un efecto tónico sobre el corazón, potenciando el músculo cardíaco y mejorando la circulación. Atribuidas fundamentalmente al flavonoide quercetina aunque aparece en menor intensidad en otros como la genisteína y la luteolina. Se ha estudiado que los flavonoides reducen el riesgo de enfermedades cardíacas. Fragilidad capilar: mejoran la resistencia de los capilares y favorecen el que éstos no se rompan, por lo que resultan adecuados para prevenir el sangrado. Los flavonoides con mejores resultados en este campo son la hesperidina, la rutina y la quercetina. Propiedades antitrombóticas: la capacidad de estos componentes para impedir la formación de trombos en los vasos sanguíneos posibilita una mejor circulación y una prevención de muchas enfermedades cardiovasculares. Disminución del colesterol: poseen la capacidad de disminuir la concentración de colesterol y de triglicéridos. Jimmy García Página 14

15 Protección del hígado: algunos flavonoides han demostrado disminuir la probabilidad de enfermedades en el hígado. Fue probado en laboratorio que la silimarina protege y regenera el hígado durante la hepatitis. Junto con la apigenina y la quercetina, son muy útiles para eliminar ciertas dolencias digestivas relacionadas con el hígado, como la sensación de plenitud o los vómitos. Protección del estómago: ciertos flavonoides, como la quercetina, la rutina y el kaempferol, tienen propiedades antiulcéricas al proteger la mucosa gástrica. Antiinflamatorios y analgésicos: la hesperidina por sus propiedades antiinflamatorias y analgésicas, se ha utilizado para el tratamiento de ciertas enfermedades como la artritis. Los taninos tienen propiedades astringentes, vasoconstrictoras y antiinflamatorias, pudiéndose utilizar en el tratamiento de las hemorroides. Antimicrobianos: isoflavonoides, furanocumarinas y estilbenos han demostrado tener propiedades antibacterianas, antivirales y antifúngicas. Propiedades antioxidantes: En las plantas los flavonoides actúan como antioxidantes, especialmente las catequinas del té verde. Durante años se estudió su efecto en el hombre, y recientemente (5 de marzo del 2007) se ha concluido que tienen un efecto mínimo o nulo en el organismo humano como antioxidantes. BIBLIOGRAFIA: Jimmy García Página 15