Cap 27- Terpenos Y Productos Naturales Dos

CAPÍTULO 27

Terpenos y productos naturales relacionados

27.1 Introducción El ácido acético es uno de los compuestos orgánicos fundamentales . Es un producto industrial corriente y barato, y todo el mundo lo conoce por ser el constituyente que comunica su olor al vinagre . Pero sólo recientemente se ha descubierto que esta sustancia tan sencilla es también pieza fundamental que utilizan los seres vivos en la elaboración de infinitas moléculas más complejas, de estructuras muy diversas, muchas de las cuales desempeñan papeles bioquímicos esenciales . En este capítulo se examinarán algunos de los tipos más importantes de productos naturales derivados del ácido acético, y en algunos casos las etapas intermedias de la biosíntesis de estos compuestos . Se tratará en particular de los ácidos grasos, los terpenos, los carotenoides y los esteroides . El esclarecimiento de los mecanismos biosintéticos constituye una de las áreas más activas y excitantes de la investigación química y representa un buen ejemplo de un campo en el que la química orgánica y la bioquímica se confunden . Se ha obtenido mucha información sobre la biosíntesis estudiando la incorporación de un precursor radiactivo (como 14CH 3CO 2H) a un producto natural a través del organismo . La degradación química sistemática del producto final mostrará exactamente qué átomos de carbono de la molécula son radiactivos . BIOSÍNTESIS .

27.2 El origen de las grasas Se ha visto anteriormente (sección 8 .11) que las grasas naturales son esteres del glicerol y de ácidos grasos pesados ; los más abundantes son los ácidos saturados de cadena recta en C 16 y C 18 , los ácidos palmítico y esteárico . Éstos y otros 1045 11 .

ALLINGER

•

∎



1046

Terpenos y productos naturales relacionados

ácidos grasos naturales se biosintetizan a partir de un determinado número de moléculas de ácido acético ; como cada unidad de ácido acético tiene dos átomos de carbono, no debe sorprender que todos los ácidos grasos naturales corrientes tengan un número par de átomos de carbono . Todas las reacciones implicadas están catalizadas enzimáticamente, pero todas ellas son unívocas y análogas a las conocidas en el laboratorio . El primer paso en la biosíntesis de ácidos grasos consiste en la «activación» de la molécula de ácido acético que de por sí es poco reactiva . Esta activación se consigue por esterificación con el grupo tiol de una molécula grande llamada coenzima A y abreviadamente HS-CoA (ver página 1035) . El metilo del acetil-CoA resultante es muy reactivo y se carbonata fácilmente con dióxido de carbono dando una molécula todavía más reactiva, el malonil-CoA . La biotina (pág . 1073) desempeña un papel esencial en esta reacción de carbonatación .

ooA CH 3 -CO-S-CoA CH 3CO Z H HS Acetil-CoA

c1

CO Z H I CH 2 -CO-S-CoA Malonil-CoA

MATERIA OPTATIVA El acetil-CoA y el malonil-CoA se transfieren selectivamente a dos grupos tiol diferentes pero muy próximos (indicados por -SH y -*SH) de un enzima especial (fig . 27 .1) . Las dos funciones próximas sufren una condensación (con pérdida de dióxido de carbono) muy similar a la síntesis del ester acetilacético (sección 23 .3) . El acetoacetil enzima resultante experimenta a continuación unas transformaciones sencillas consistentes en la reducción de la cetona a alcohol, deshidratación del alcohol y reducción del alqueno para dar el butiril enzima . En la etapa siguiente el grupo butirilo salta al grupo tiol ocupado originalmente por el grupo acetilo y en su sitio se incorpora un nuevo grupo malonilo, comenzando un segundo ciclo que da por resultado el hexanoil enzima . Cuando se han completado varios ciclos y se ha formado un grupo acilo en C,, o C,, se libera el ácido graso por un mecanismo aún no dilucidado . El enzima (ácido sintetasa) funciona como una fábrica de montaje en línea de increíble eficacia ; el grupo acetilo original no se suelta nunca hasta que se ha convertido en el extremo hidrocarbonado de una molécula de ácido palmítico o esteárico . La eficacia del enzima (peso molecular 2,3 millones) es tal, que una molécula de enzima a 25° y pH 6,8 transforma unas 3 200 moléculas de malonil-CoA en ácidos grasos por minuto . Detalles de la biosíntesis de ácidos grasos.



1047

El origen de las grasas

CO Z H CH 2

CHZ -COCH 3

CH 3CO CO *SH

CO i *SH S 1 1 E

SH

*S

S

CH > CO-S-CoA

1

HO ZC-CH Z -CO-S-CoA I[2H]

OH 1 C112 - CHCH3

CH=CHCH 3 CO

S

*SH

r

SH

E~

transposición

COOH CH

SH *S IE 1

Z

n-C 3H,-CO CO

n-C 3 H,-CO

CO I S

*S I

S

malonil-CoA

I E I ~ (ciclo completo) I

(1)

siete ciclos más

(2) hidrólisis

H3C CO 2 H Ácido esteárico Figura 27 .1

Síntesis de ácidos grasos .

27 .3

Terpenos : clasificación y origen

Se sabe desde la antigüedad que los constituyentes olorosos de las plantas pueden concentrarse por calefacción suave del material vegetal hasta llegar a un «aceite esencial» . Posteriormente se comprobó que la destilación al vapor era el mejor método para preparar tales aceites, de los que los boticarios de 1592 co-



1048

Terpenos y productos naturales relacionados

nocían ya más de 60 tipos . Las investigaciones sobre la constitución química de los aceites esenciales efectuadas durante el siglo xix condujeron al descubrimiento de varios hidrocarburos isómeros de composición C 10H 16 , que recibieron el nombre de terpenos . Nuevas investigaciones revelaron la existencia de terpenos oxigenados, alcoholes y cetonas principalmente, así como de otros constituyentes menos volátiles con esqueletos de 15, 20, o 30 átomos de carbono . Tomando como unidad «terpeno» la de 10 átomos de carbono, se desarrolló la siguiente nomenclatura : Clase Monoterpenos Sesquiterpenos Diterpenos Triterpenos

Número de carbonos 10 15 20 30

Al irse conociendo las estructuras de un mayor número de terpenos, se hizo patente que prácticamente todos ellos podían bisecarse teóricamente en unidades idénticas de cinco átomos de carbono, con el mismo esqueleto que el hidrocarburo isopreno, C5 H8 . Este hallazgo condujo a la formulación de la regla del isopreno, que establece que todos los terpenos deben ser divisibles formalmente en unidades de isopreno . A continuación se dan algunos ejemplos de terpenos sencillos acíclicos que responden a esta regla . (Las líneas de puntos muestran las unidades de isopreno .)

OH Isopreno (C 5 H 8 )

OH

Geraniol

Farnesol

(C10H18 0 )

(C15 H 2a O)

Las raras excepciones a la regla del isopreno corresponden a compuestos que se forman en las plantas a partir de terpenos «normales» por pérdida de uno o más átomos de carbono o por algún tipo de transposición de iones carbonio . Hoy sabemos que los terpenos no se forman realmente en la naturaleza a partir del isopreno, ya que éste nunca ha sido detectado como producto natural . El verdadero precursor universal de todos los terpenos es el ácido mevalónico, compuesto que no fue aislado de la naturaleza hasta 1956 . El ácido mevaló-



rs

Terpenos : clasificación y origen

le

nico proviene del acetil-CoA (acetato «activo») según demuestra el siguiente esquema :

as

2

CH 3

1049

CO-S-CoA - CH3COCH2CO -S - CoA

Acetil-CoA

Acetoacetil-CoA

e

Acetil-CoA (adición aldólica)

OH

OH 1 . reducción 2 . hidrólisis H

Í HO 2

C

CH 2 OH

CO CO 1

S

1

S-CoA CoA

Ácido mevalónico

Se observará en las reacciones indicadas a continuación en la figura 27 .2, que la naturaleza emplea fosfato y especialmente pirofosfato como grupos salientes adecuados en lugar de los halogenuros y esteres sulfónicos que emplea el químico orgánico sintético . O 11 =-O-P(OH) 2 O II -0-e

_

(fosfato)

O II

-0-P-0-P(OH)

2

(pirofosfato)

1

OH

En la biosíntesis de los poliisoprenos (figura 27 .2), el ácido mevalónico se activa por fosforilación interviniendo a continuación una eliminación descarboxilante (sección 23 .2) que rinde el pirofosfato de 3-isopentenilo . Éste se isomeriza a pirofosfato de 2-isopentenilo, fácilmente ionizable, que se adiciona a una molécula de pirofosfato de 3-isopentenilo en una reacción que recuerda mecanísticamente a la formación del diisobutileno a partir del isobutileno (sección 14 .13) .



1050

Terpenos y productos naturales relacionados OH

HO 2 C

CHZOH

C HO CH ZO9,~ Pirofosfato de 3-isopentenilo (3-IPP) isomerización

1 3-IPP (-H')

Pirofosfato de geranilo

(-H')

3-IPP

O- PP Pirofosfato de 2-isopentenilo

H,O >

/

/_~,OH

Geraniol (esencia de geranio) /

/

/ 0-(PP

H20

OH

1 1

Farnesol (constituyente de muchos aceites esenciales)

3-IPP

W

/ Balata (trans)

Caucho natural (cis) Figura 27 .2

Biosíntesis de poliisoprenos . El pirofosfato de geranilo, producto de reacción inicial, da, por hidrólisis, el geraniol . Pero también puede dar un ion carbonio que se adiciona a otra molécula de pirofosfato de 3-isopentenilo obteniéndose así el pirofosfato de farnesilo . Por repetición de este proceso se obtiene un polímero isoprénico con todos los dobles enlaces trans que se obtiene del látex de ciertos árboles tropicales y se denomina balata o gutapercha. El caucho natural más corriente se forma de manera análoga en el látex de árboles que contienen enzimas que originan poliisoprenos- cis .



Terpenos más complejos

1051

27.4 Terpenos más complejos Además de los terpenos que se forman directamente a partir del pirofosfato de isopentenilo, se hallan en la naturaleza varios alcoholes alílicos isómeros, y diversos productos de oxidación y reducción, como los indicados a continuación :

CHO Linalol (esencia de lavanda)

Citronelal (esencia de citronela)

Mirceno (esencia de laurel)

EJERCICIO 27.1

Sugerir un mecanismo plausible de la biosíntesis del linalol . Muchos terpenos conocidos son compuestos cíclicos biosintetizados a partir de precursores de cadena abierta por reacciones de ciclación a través de iones carbonio . Por ejemplo la estructura del mirceno debe relacionarse con las del limomeno, a-pineno y (3-pineno . /\

A

1

Mirceno

Limoneno (esencia de limón)

a-Pineno (trementina)

Ci-Pineno (trementina)

Ejemplos de terpenos cíclicos oxigenados sencillos son el mentol y el alcanfor de amplio uso en preparaciones farmacéuticas ; la carvona, constituyente odorante principal de las semillas de alcaravea ; y el 1,8-cineol, componente mayoritario del aceite de eucalipto .

rOH Carvona Mentol (esencia (esencia de alcaravea) de menta)

Alcanfor 1,8-Cineol (esencia de (esencia de alcanfor) eucalipto)



1052

Terpenos y productos naturales relacionados

MATERIA OPTATIVA

Estructura y estereoquímica de algunos terpenos complejos .

Se conocen las configuraciones absolutas de muchos terpenos, dándose a continuación algunas de ellas en fórmulas de perspectiva . H

H CH 3

H Mentol

1,8-Cineol

Algunas estructuras poco corrientes entre los sesquiterpenos son las del hidrocarburo cariofileno, y la del cedrol, un alcohol tricíclico que confiere su olor característico a la madera de cedro . El diterpeno mejor conocido es el ácido abiético que es el principal componente de la resina de pino, subproducto de la fabricación de la trementina . La resina, que es una de las sustancias orgánicas más baratas, se utiliza en la fabricación de barnices y jabones para lavar . El fitol es uno de los diterpenos de cadena abierta más abundantes, encontrándose en forma de ester en la molécula de clorofila (sección 28 .4) . OH Fitol

Cariofileno (aceite de clavo)

Cedrol (madera de cedro) \ H3 CH3

COOH Estereoquímica del ácido abiético

EJERCICIO 27.2 El reteno,

Ct8H18, es un hidrocarburo que se obtiene por deshidrogena-

1053

Carotenoides

ción vigorosa del ácido abiético . Sugerir una estructura para dicho hidrocarburo . El pirofosfato de farnesilo experimenta una copulación reductora catalizada enzimáticamente, en la que dos grupos farnesilo se unen «cola a cola», originándose el escualeno que es el-más importante de los triterpenos. Originalmente constituía una curiosidad obtenida del aceite de hígado de tiburón, pero ahora se reconoce que el escualeno es el precursor biosintético de los esteroides . O- PP

(2 moléculas)

1

Escualeno (CaoHso)

27 .5

Carotenoides

Los carotenoides constituyen un grupo de terpenos muy difundidos en los reinos

animal y vegetal . Tienen color amarillo, naranja, o rojo debido al gran número de dobles enlaces conjugados . Los carotenoides provienen de reacciones de copulación «cola a cola» de análogos del pirofosfato de farnesilo con 20 átomos de carbono . El primer producto de reacción detectable, el hidrocarburo en C 40 llamado fitoeno, se modifica posteriormente por acción de los enzimas del organismo (deshidrogenación y a veces ciclación y oxidación) dando una gran variedad de carotenoides en C 40 .

I(2 moléculas)

Fitoeno

1 Otros carotenoides

1054

Terpenos y productos naturales relacionados

Las estructuras de los carotenoides más corrientes, el (3-caroteno y el licopeno, cada uno de los cuales contiene 11 dobles enlaces conjugados, son las siguientes :

Licopeno (tomates, pimentón)

(3-Caroteno (zanahorias)

EJERCICIO 27.3

Predecir todos los productos resultantes de la ozonolisis seguida de reducción del (3-caroteno . Si todos los rendimientos fueran excelentes, ¿en qué relación se obtendrían dichos productos? En los mamíferos, incluido el hombre, el (3-caroteno se oxida con facilidad rompiéndose por el doble enlace central y originando dos equivalentes del aldehído que se conoce como retinal . La reducción bioquímica del carbonilo aldehídico produce la vitamina A 1 que es un factor de crecimiento importante .

R R

(3-Caroteno

[2H]

2O [ , Retinal

Vitamina

A,

MATERIA OPTATIVA Química de la visión . El retinal desempeña un papel clave en la química de la visión . Mediante un proceso bioquímico se convierte en su isómero 11-cis, el neorre-



1055

El colesterol, esteroide fundamental

reacciona con una proteína llamada opsina dando la base de Schiff ro es el principal pigmento fotosensitivo de la retina (púrpura visual) . Cuando la luz alcanza la retina, el doble enlace cis vuelve otra vez a la configuración trans más estable . Pero la unión de la base de Schiff de la rodopsina sólo es estable si existe un doble enlace cis en 11, y por lo tanto se hidroliza, liberándose la opsina y el retinal-todo-trans, que pueden volver a entrar en otro ciclo de reacciones . Aún no se comprende cómo la isomerización fotoquímica transmite el impulso resultante desde el nervio óptico al cerebro . tinal b, que dopsina,, que

CHO

Retinal (todo trans)

Neorretinal b (11-cis)

J.-

1 H,N yopsina

H,o

1 opsina

luz

trans-Rodopsina (inestable)

27 .6

R

/

CH=N-[ópsina]

Rodopsina (estable)

El colesterol, esteroide fundamental

Los esteroides constituyen una numerosa e importante clase de compuestos que poseen en común el sistema tetracíclico de perhidrociclopentanofenantreno :

o

lb I'i

Sistema cíclico de los esteroides Aunque los esteroides se encuentran en todos los organismos vegetales y animales, los más importantes son los de origen animal que tienen a veces destacadas funciones biológicas . El esteroide animal más abundante es el colesterol, un al-



1056

Terpenos y productos naturales relacionados

cohol cristalino de fórmula C 27H 46 0 . Se aisló por vez primera a principios del siglo pasado en cálculos biliares humanos . Representa una sexta parte del peso en seco de los tejidos cerebral y nervioso, y se extrae comercialmente del espinazo de ganado . El cuerpo humano no sólo puede sintetizar colesterol sino que también puede absorberlo de los alimentos por medio de los intestinos e integrarlo en la corriente sanguínea . Una concentración elevada de colesterol en la sangre puede provocar su precipitación en los vasos sanguíneos con el consiguiente aumento de la presión sanguínea y aparición de arteriosclerosis . Las exhaustivas investigaciones realizadas en los últimos años han demostrado que la biosíntesis del colesterol se realiza a través del escualeno ; la secuencia de reacciones es la indicada en la figura 27 .3 . En primer lugar se obtiene el epó-

Escualeno

3

/'\

\

HO

1

2,3-Epóxido del escualeno

transposiciones

Y

varios pasos F

HO

HO Colesterol

Lanosterol

HO

Figura 27 .3 Biosíntesis del colesterol .



El colesterol, esteroide fundamental

1057

xido 2,3 por oxidación del escualeno . A continuación, y mientras la molécula se mantiene en una conformación adecuada sobre la superficie de un enzima, se abre el anillo epoxídico en reacción catalizada por ácido, y se produce una ciclación interesante en la que todo el núcleo tetracíclico del esteroide se construye estereoespecíficamente . La subsiguiente transposición de varios hidrógenos y grupos metilo produce el primer producto de ciclación aislable, el lanosterol, que es un producto bien conocido de los químicos por ser el constituyente principal de la lanolina (grasa de la lana) . La conversión del lanosterol en colesterol precisa la pérdida de tres grupos metilo, el desplazamiento de un doble enlace, y la reducción de otro . El proceso no es tan sencillo como parece a primera vista, puesto que en él se han podido distinguir unos 20 pasos independientes controlados todos ellos enzimáticamente . El hidrocarburo saturado correspondiente al colesterol se denomina colestano . El sistema de numeración que se indica para el colestano es el que se utiliza universalmente para los esteroides .

22

26

Colestano

Obsérvese que las uniones entre los tres anillos son trans . La molécula es casi plana, con los tres anillos ciclohexánicos en forma de silla . La cadena lateral en C 17 es ecuatorial, mientras que los denominados grupos metilo angulares (C 18 y C 19) son axiales . La rigidez del núcleo esteroídico es tan grande que los esteroides sustituidos específicamente poseen sustituyentes en conformaciones fijas ; el halogenuro indicado a continuación, por ejemplo, tiene dos bromos axiales y un grupo acetoxi ecuatorial . Es evidente que el estudio de los esteroides ha sido uno de los principales estímulos para el desarrollo del análisis conformacional .



1058

Terpenos y productos naturales relacionados

AcO

3C3-Acetoxi-5a,6(3-dibromocolestano (Nótese que a y (3 indican, respectivamente, sustituyentes situados encima y debajo del plano medio del sistema cíclico .)

EJERCICIO 27 .4 Predecir la estructura y la estereoquímica del producto mayoritario que se obtiene al tratar con peróxido de hidrógeno en medio alcalino el producto de la reacción del éter metílico del colesterol con diborano . 27.7 Otros esteroides importantes Mencionaremos a continuación algunos de los muchos productos de importancia fisiológica que se producen por degradaciones biológicas del colesterol en el organismo . (En la sección 35 .2 trataremos otros .) El 7-dehidrocolesterol, que se encuentra en proporciones relativamente altas en la piel, origina una serie compleja de reacciones fotoquímicas bajo la acción de la luz del sol . Uno de los productos es el calciferol, o vitamina D3, un esteroide con el sistema cíclico abierto, que regula el metabolismo del calcio e impide el raquitismo . La forma activa de la vitamina parece ser 1,25-dihidroxicolecalciferol ; la hidroxilación enzimática en el C-25 tiene lugar en el hígado y la en el C-1 en los riñones . La irradiación del esteroide vegetal ergosterol produce vitamina D2 (calciferol), que aparece en la leche . Las vitaminas D2 y D3 difieren en la cadena lateral en C-17 .



Otros esteroides importantes

1059

\/ luz

HO 7-Dehidrocolesterol

. HO0\„_ Colecalciferol (Vitamina D3)

Ácidos biliares

El colesterol sufre en el hígado una serie de reacciones, que comprenden una reducción del doble enlace, oxigenación del anillo, y destrucción parcial de la cadena lateral, originándose varios ácidos íntimamente relacionados que se denominan ácidos biliares porque se segregan en la bilis . El más importante de ellos es el ácido cólico . Los ácidos biliares actúan en forma de péptidos sencillos, como el ácido glicocólico, como detergentes naturales emulsificantes de las grasas en el intestino, facilitando su digestión . Obsérvese la unión cis, poco corriente, de los ciclos A y B del ácido cólico . Colesterol 1

COOH

glicina

H O"

H Ó"

"OH H Ácido glicocólico



1060

Terpenos y productos naturales relacionados

Por degradación bioquímica más completa de la cadena lateral del colesterol, el hombre y otros mamíferos producen un grupo de esteroides en C21 , C19 , y C18 que son las hormonas de las gónadas y la corteza suprarrenal (sección 35 .2) . MATERIA OPTATIVA Glicósidos cardíacos .

Los glicósidos cardíacos constituyen un grupo de esteroides, de origen vegetal principalmente, que ejercen una poderosa acción sobre el corazón . Por hidrólisis se obtiene uno o más azúcares (algunos de ellos raros y poco frecuentes), y una aglicona esteroídica que contiene un ciclo de lactona unido al C-17 . La digital es una droga muy valiosa que se utiliza en el tratamiento de enfermedades del corazón . Se prepara por extracción de la digital púrpura (Digitalis purpurea) y contiene una mezcla compleja de glicósidos cuya principal aglicona es la digitoxigenina (sección 25 .4) .

(Nótese que las uniones de los ciclos A/B y C/D son gis .) OH HO -H

~

Digitoxigenina Hormonas de la muda de los insectos .

Se ha descubierto que los compuestos que efectúan la transformación de una larva a la forma crisálida son derivados del colesterol muy oxigenados . En 1954 se aislaron 25 mg de la hormona denominada ecdisona, a partir de 500 kg de crisálidas del gusano de seda . En 1965 se determinó su estructura completa por medio del análisis de rayos X, y en 1966 se dieron a conocer dos síntesis que partían de esteroides vegetales corrientes . Se cree que la ecdisona puede llegar a ser un insecticida elegante y eficaz ya que puede matar a los insectos provocando una metamorfosis prematura y al mismo tiempo no tiene efectos aparentes sobre los animales superiores . OH

HO HO O Ecdisona



Otros productos naturales derivados del ácido acético

27.8

1061

Otros productos naturales derivados del ácido acético

MATERIA OPTATIVA Ya hemos visto que el ácido acético, en forma de acetil-CoA, sirve para construir, por condensación con malonil-CoA, unidades del tipo CH,COCH Z COSR como las que aparecen en el transcurso de la síntesis de ácidos grasos . Si el proceso se repite pueden obtenerse largas cadenas lineales (3-dicetónicas, que son materia prima para reacciones aldólicas cíclicas en las que se forma una gran variedad de productos naturales, y en particular fenoles aromáticos . Los compuestos derivados del ácido acético por este proceso general, se denominan acetogeninas . Se indica a continuación la formación biosintética de dos acetogeninas representativas .

CH, CO, H

O -CO-S-CoA 4 CH,CO Z H -3 O

-

O

OH

HO

Ácido orsellínico (ácido de los líquenes) H,C

OH

8 CH,CO Z H -i CoA-S-CO OH

O

OH

H,C

OH

OH

O

OH

Emodina (pigmento vegetal) Entre las acetogeninas más importantes se encuentran los pigmentos vegetales de los tipos antocianidina y flavona, que se presentan generalmente como glicósidos (denominados respectivamente antocianinas y antoxantinas) . Algunos pigmentos típicos, y los heterociclos de que derivan, son los siguientes :



1062

Terpenos y productos naturales relacionados OH

ÓO i

~Di

O

HO~~O

O

I

OH

OH O

O

Flavona

Fisetina (pigmento del zumaque) OH HO

OH

OR Catión de la antocianidina

Cianina (pigmento de la rosa) (R = (3-D-glucosa)

PROBLEMAS 1.

¿Qué es un triterpeno? ¿Y un sesquiterpeno? Explique la regla del isopreno empleando como ejemplo el geraniol . 2 . El ácido mevalónico es el precursor de los terpenos . Formule su estructura . Esquematice el mecanismo de la eliminación descarboxilante que, tras su fosforilación, le convierte en pirofosfato de 3-isopentenilo . ¿De dónde proviene la fuerza impulsora de esta reacción? 3 . Sugerir un mecanismo por etapas, detallado, para la formación del pirofosfato de geranilo a partir del pirofosfato de 3-isopentenilo . 4 . El ozono ataca con facilidad al caucho natural . Si el material resultante se trata con H2O, en ácido acético se obtiene principalmente ácido levulínico C.H,O, . (a) ¿Cuál es la estructura del ácido levulínico? (b) Si una planta de caucho se alimenta con acetato sódico radiactivo, marcado únicamente en el metilo (*CH,C0 2 Na), al cabo de un cierto tiempo se podrá obtener del látex un caucho radiactivo . Al degradarlo con ozono, el ácido levulínico resultante también será radiactivo . Indicar qué atomos de carbono del ácido levulínico serán específicamente radiactivos . 5 . El a-terpineno, un aceite (esencia) con el agradable olor de los limones, se aisló del orégano ; su fórmula es C10H16 . Por ozonólisis, seguida de tratamiento oxidante, originó dos compuestos : ácido oxálico y una sustancia neutra de fórmula C,H 1402 . Cuando esta última fue oxidada con hipoclorito sódico se convirtió en un compuesto ácido de fórmula C7 H 12 03 que fue identificado como el ácido 5-metil-4-oxo-hexanoico . ¿Cuál es la estructura del a-terpineno?



1063

Problemas 6.

7. 8.

El compuesto denominado -y-terpineno, y su isómero el a-terpineno, se aislan juntos a partir de las esencias de numerosas plantas . Tras la ozonólisis y el tratamiento oxidante, el y-terpineno produce dos compuestos, uno de los cuales es el ácido 4-metil-3-oxopentanoico . El segundo compuesto es un ácido que se descarboxila al calentarlo dando acetona . Hay dos posibles estructuras para el y-terpineno compatibles con estos datos . ¿Cuáles son? Es posible descartar una de ellas, basándose en la regla del isopreno, por ser muy improbable . ¿Cuál es la estructura real del y-terpineno? La balata (gutapercha) es un polímero natural cuyas propiedades físicas son análogas a las del polietileno . ¿Cuál es su estructura? El citral es el componente principal del aceite esencial de limón . Cuando se calienta durante varias horas con álcali acuoso diluido se convierte en un -aceite neutro de fórmula C„H, 1 O, que por ozonolisis y posterior oxidación da acetona y ácido levulínico . (a) ¿Cuál es la estructura del producto resultante del tratamiento con álcali? (b) Dar un mecanismo para la formación de este producto a partir del citral .

CHO Citral 9.

El mentol y el neomentol poseen, respectivamente, las estructuras I y II que únicamente difieren en la configuración del hidroxilo . Cuando se transforman en sus tosilatos y éstos se tratan con etóxido sódico en etanol, tienen lugar, predominantemente, las reacciones siguientes :

(1) TsC (2) Et0 -

1

(1) TsC (2) Et0-

11

10 .

¿Qué cabe concluir acerca de la estereoquímica del hidroxilo? ¿Cuál de los tosilatos (el de 1 o el de II) reaccionará más deprisa? Explique su predicción . Si se marca con '^C la posición número 5 del ácido mevalónico con el que se alimenta una planta y posteriormente se aisla de ella el limoneno producido, ¿en qué carbonos aparecerá la radiactividad?



1064

Terpenos y productos naturales relacionados CH 3 HOCH2CH2CCH,000H

planta

OH 11 .

¿Qué son los carotenoides? La conversión del colesterol en 7-dehidrocolesterol es un proceso importante en la fabricación de la vitamina D ., . Sugerir una secuencia de reacciones para esta conversión . 13 . El esferoide vegetal estigmasterol se obtiene comercialmente de la soja . Sugerir un método para su conversión en el ácido indicado a continuación, que se utiliza como materia prima para la fabricación de esteroides de interés farmacéutico . 12 .

HO

CH 3 CO 2 Estigmasterol

(PISTA : Los enlaces dobles trisustituidos suelen ser más reactivos frente a los electrófilos que los disustituidos . ¿Por qué?) 14 .

15 .

La adición de bromo al colesterol ocurre rápidamente y se obtiene un dibromuro A (p .f . 114°) . En disolución clorofórmica a 40° el dibromuro A se convierte lentamente en una mezcla en equilibrio que contiene 85,5 % del dibromuro isómero B (p .f. 143°) . Se ha sugerido que esta transformación implica un mecanismo de transposición interna, puesto que su velocidad no se afecta por la adición de iones bromuro . Los dos bromuros reaccionan con yoduro sódico en acetona regenerando el colesterol, pero el dibromuro A reacciona mucho más deprisa que el dibromuro B . Asignar estructuras a A y B y dar a cada compuesto su nombre sistemático . Predecir la estructura del compuesto cristalino neutro que se forma cuando la cortisona reacciona con un exceso de ácido peryódico . H 2OH CO

mía ¡v,

OH

Cortisona (esteroide antiinflamatorio)





1065

Problemas

16 .

(a) Interpretar todas las características posibles del espectro de RMN del acetato de dihidrotestosterona, dado a continuación . (b) Predecir el espectro infrarrojo del acetato de dihidrotestosterona en la región 1 600-1 800 cm - ' .

11 1

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Espectro de RMN del acetato de dihidrotestosterona . Problema 16 .

PROBLEMA OPTATIVO 17 .

El antibiótico aureomicina, que tiene la estructura indicada más abaio, es producido por un hongo . Si dicho hongo crece en presencia de CH 3'4CO 2 H, ¿qué átomos de carbono del antibiótico resultante deben presentar radiactividad?

1N N(CH 3 ) z Aureomicina