Cap 27- Terpenos y Productos Naturales dos

CAPÍTULO 27

Terpenos y productos naturalesrelacionados

27.1 Introducción

El ácido acético es uno de los compuestos orgánicos fundamentales . Es un pro-ducto industrial corriente y barato, y todo el mundo lo conoce por ser el cons-tituyente que comunica su olor al vinagre. Pero sólo recientemente se ha descu-bierto que esta sustancia tan sencilla es también pieza fundamental que utilizanlos seres vivos en la elaboración de infinitas moléculas más complejas, de estruc-turas muy diversas, muchas de las cuales desempeñan papeles bioquímicos esen-ciales . En este capítulo se examinarán algunos de los tipos más importantes deproductos naturales derivados del ácido acético, y en algunos casos las etapasintermedias de la biosíntesis de estos compuestos . Se tratará en particular de losácidos grasos, los terpenos, los carotenoides y los esteroides .

BIOSÍNTESIS . El esclarecimiento de los mecanismos biosintéticos constituye unade las áreas más activas y excitantes de la investigación química y representa unbuen ejemplo de un campo en el que la química orgánica y la bioquímica se con-funden. Se ha obtenido mucha información sobre la biosíntesis estudiando laincorporación de un precursor radiactivo (como 14CH3CO 2H) a un producto na-tural a través del organismo . La degradación química sistemática del productofinal mostrará exactamente qué átomos de carbono de la molécula son radiac-tivos .

27.2 El origen de las grasas

Se ha visto anteriormente (sección 8 .11) que las grasas naturales son esteres delglicerol y de ácidos grasos pesados ; los más abundantes son los ácidos satura-dos de cadena recta en C 16 y C 18 , los ácidos palmítico y esteárico . Éstos y otros

104511 . ALLINGER • ∎

1046

Terpenos y productos naturales relacionados

ácidos grasos naturales se biosintetizan a partir de un determinado número demoléculas de ácido acético ; como cada unidad de ácido acético tiene dos átomosde carbono, no debe sorprender que todos los ácidos grasos naturales corrientestengan un número par de átomos de carbono. Todas las reacciones implicadasestán catalizadas enzimáticamente, pero todas ellas son unívocas y análogas a lasconocidas 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 activaciónse consigue por esterificación con el grupo tiol de una molécula grande llamadacoenzima A y abreviadamente HS-CoA (ver página 1035) . El metilo del acetil-CoAresultante es muy reactivo y se carbonata fácilmente con dióxido de carbono dan-do una molécula todavía más reactiva, el malonil-CoA . La biotina (pág . 1073)desempeña un papel esencial en esta reacción de carbonatación .

COZH

CH3COZH HSooA CH3-CO-S-CoA c1ICH2-CO-S-CoA

Acetil-CoA

Malonil-CoA

MATERIA OPTATIVA

Detalles de la biosíntesis de ácidos grasos. El acetil-CoA y el malonil-CoA se trans-fieren 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 su-fren una condensación (con pérdida de dióxido de carbono) muy similar a la síntesisdel ester acetilacético (sección 23.3) . El acetoacetil enzima resultante experimenta acontinuación unas transformaciones sencillas consistentes en la reducción de la cetonaa alcohol, deshidratación del alcohol y reducción del alqueno para dar el butiril en-zima. En la etapa siguiente el grupo butirilo salta al grupo tiol ocupado originalmentepor el grupo acetilo y en su sitio se incorpora un nuevo grupo malonilo, comenzandoun segundo ciclo que da por resultado el hexanoil enzima . Cuando se han completadovarios ciclos y se ha formado un grupo acilo en C,, o C,, se libera el ácido graso porun mecanismo aún no dilucidado. El enzima (ácido sintetasa) funciona como una fá-brica de montaje en línea de increíble eficacia ; el grupo acetilo original no se sueltanunca hasta que se ha convertido en el extremo hidrocarbonado de una molécula deácido palmítico o esteárico. La eficacia del enzima (peso molecular 2,3 millones) estal, que una molécula de enzima a 25° y pH 6,8 transforma unas 3 200 moléculas demalonil-CoA en ácidos grasos por minuto .

El origen de las grasas

CH>CO-S-CoA

HOZC-CHZ-CO-S-CoA

transposición

n-C 3H,-CO

*S SH IE 1 I malonil-CoA

H3C

*SH SH

COZHCH2

CH3CO CO*S

S

CH=CHCH 3CO

*SH Sr E~

Figura 27 .1Síntesis de ácidos grasos .

27.3 Terpenos: clasificación y origen

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

COOHCHZ

n-C3H,-CO CO*S

S

I I E I ~(ciclo completo)

(1) siete ciclos

(2) hidrólisismás

Ácido esteárico

CHZ-COCH3

COi

*SH S1

1E1

I[2H]

OH1

C112 -CHCH3CO

ISH S

CO2H

1047

1048


nocían ya más de 60 tipos. Las investigaciones sobre la constitución química delos aceites esenciales efectuadas durante el siglo xix condujeron al descubrimien-to de varios hidrocarburos isómeros de composición C 10H 16 , que recibieron elnombre de terpenos. Nuevas investigaciones revelaron la existencia de terpenosoxigenados, alcoholes y cetonas principalmente, así como de otros constituyentesmenos volátiles con esqueletos de 15, 20, o 30 átomos de carbono . Tomandocomo unidad «terpeno» la de 10 átomos de carbono, se desarrolló la siguientenomenclatura :

Clase

Número de carbonosMonoterpenos

10Sesquiterpenos

15Diterpenos

20Triterpenos

30

Al irse conociendo las estructuras de un mayor número de terpenos, se hizopatente que prácticamente todos ellos podían bisecarse teóricamente en uni-dades idénticas de cinco átomos de carbono, con el mismo esqueleto que el hi-drocarburo isopreno, C5H8 . Este hallazgo condujo a la formulación de la regladel isopreno, que establece que todos los terpenos deben ser divisibles formal-mente en unidades de isopreno . A continuación se dan algunos ejemplos de ter-penos sencillos acíclicos que responden a esta regla . (Las líneas de puntos mues-tran las unidades de isopreno .)

OH

OH

Isopreno(C 5 H 8 )

Geraniol(C10H180)

Farnesol(C15H2aO)

Las raras excepciones a la regla del isopreno corresponden a compuestosque se forman en las plantas a partir de terpenos «normales» por pérdida deuno o más átomos de carbono o por algún tipo de transposición de iones car-bonio .

Hoy sabemos que los terpenos no se forman realmente en la naturaleza apartir 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

1049

le

nico proviene del acetil-CoA (acetato «activo») según demuestra el siguientea-

esquema :

s

2 CH3CO-S-CoA - CH3COCH2CO-S-CoA

Acetil-CoA

Acetoacetil-CoA

e

Acetil-CoA(adición aldólica)

OH

OH1 . reducción

Í

2 . hidrólisisH

HO2C CH 2OH

CO CO1

1

S

S-CoACoA

Ácido mevalónico

Se observará en las reacciones indicadas a continuación en la figura 27 .2, quela naturaleza emplea fosfato y especialmente pirofosfato como grupos salientesadecuados en lugar de los halogenuros y esteres sulfónicos que emplea el químicoorgánico sintético .

O11

=-O-P(OH) 2 (fosfato)

O OII

II-0-e _ -0-P-0-P(OH)2

(pirofosfato)1

OHEn la biosíntesis de los poliisoprenos (figura 27 .2), el ácido mevalónico se

activa por fosforilación interviniendo a continuación una eliminación descarbo-xilante (sección 23 .2) que rinde el pirofosfato de 3-isopentenilo . Éste se iso-meriza a pirofosfato de 2-isopentenilo, fácilmente ionizable, que se adiciona auna molécula de pirofosfato de 3-isopentenilo en una reacción que recuerdamecanísticamente a la formación del diisobutileno a partir del isobutileno (sec-ción 14 .13) .

1050

HO2C

OH

CHZOH

9,~CHO CHZO-

(-H') 3-IPP


3-IPP

(-H')

Pirofosfato de3-isopentenilo (3-IPP)

1isomerización

O- PP

Pirofosfato de geranilo

Pirofosfato de2-isopentenilo

H,O > /

/_~,OH

Geraniol(esencia de geranio)

/

/

/ 0-(PP H20 11

OH

Farnesol3-IPP

(constituyente de muchos aceitesW

esenciales)

/

Balata (trans)

Caucho natural (cis)Figura 27 .2Biosíntesis de poliisoprenos .

El pirofosfato de geranilo, producto de reacción inicial, da, por hidrólisis, el ge-raniol. Pero también puede dar un ion carbonio que se adiciona a otra moléculade pirofosfato de 3-isopentenilo obteniéndose así el pirofosfato de farnesilo . Porrepetición de este proceso se obtiene un polímero isoprénico con todos los do-bles enlaces trans que se obtiene del látex de ciertos árboles tropicales y se deno-mina balata o gutapercha. El caucho natural más corriente se forma de maneraanáloga en el látex de árboles que contienen enzimas que originan poliisopre-nos- cis .

Terpenos más complejos

27.4 Terpenos más complejos

Además de los terpenos que se forman directamente a partir del pirofosfato deisopentenilo, se hallan en la naturaleza varios alcoholes alílicos isómeros, y di-versos productos de oxidación y reducción, como los indicados a continuación :

1051

Linalol(esencia de lavanda)

EJERCICIO 27.1

Sugerir un mecanismo plausible de la biosíntesis del linalol .

Muchos terpenos conocidos son compuestos cíclicos biosintetizados a par-tir de precursores de cadena abierta por reacciones de ciclación a través de ionescarbonio . Por ejemplo la estructura del mirceno debe relacionarse con las dellimomeno, a-pineno y (3-pineno .

/\1

rOH

Mentol Carvona(esencia (esencia dede menta)

alcaravea)

Citronelal(esencia de citronela)

A

CHO

Alcanfor 1,8-Cineol(esencia de (esencia dealcanfor)

eucalipto)

Mirceno(esencia de laurel)

Mirceno

Limoneno

a-Pineno

Ci-Pineno(esencia de limón) (trementina)

(trementina)

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

1052


MATERIA OPTATIVA

Estructura y estereoquímica de algunos terpenos complejos . Se conocen las configu-raciones absolutas de muchos terpenos, dándose a continuación algunas de ellas enfórmulas de perspectiva .

Cariofileno(aceite de clavo)

H

CH3

COOH

Estereoquímica del ácido abiético

EJERCICIO 27.2

H

CH 3

H

Mentol

Algunas estructuras poco corrientes entre los sesquiterpenos son las del hidrocar-buro cariofileno, y la del cedrol, un alcohol tricíclico que confiere su olor caracterís-tico a la madera de cedro. El diterpeno mejor conocido es el ácido abiético que es elprincipal componente de la resina de pino, subproducto de la fabricación de la tre-mentina. La resina, que es una de las sustancias orgánicas más baratas, se utiliza enla fabricación de barnices y jabones para lavar. El fitol es uno de los diterpenos decadena abierta más abundantes, encontrándose en forma de ester en la molécula declorofila (sección 28 .4) .

OH

Fitol

Cedrol(madera de cedro)

\ H3

1,8-Cineol

El reteno, Ct8H18, es un hidrocarburo que se obtiene por deshidrogena-

Carotenoides

ción vigorosa del ácido abiético . Sugerir una estructura para dicho hidro-carburo .

El pirofosfato de farnesilo experimenta una copulación reductora catalizadaenzimáticamente, en la que dos grupos farnesilo se unen «cola a cola», originán-dose el escualeno que es el-más importante de los triterpenos. Originalmenteconstituía una curiosidad obtenida del aceite de hígado de tiburón, pero ahorase 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 reinosanimal y vegetal . Tienen color amarillo, naranja, o rojo debido al gran númerode dobles enlaces conjugados .

Los carotenoides provienen de reacciones de copulación «cola a cola» de aná-logos del pirofosfato de farnesilo con 20 átomos de carbono . El primer productode reacción detectable, el hidrocarburo en C 40 llamado fitoeno, se modifica pos-teriormente por acción de los enzimas del organismo (deshidrogenación y a vecesciclación y oxidación) dando una gran variedad de carotenoides en C 40 .

I(2 moléculas)

Fitoeno

1Otros carotenoides

1053

1054

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 :

R [2O ,R

(3-Caroteno

Licopeno (tomates, pimentón)


(3-Caroteno (zanahorias)

EJERCICIO 27.3

Predecir todos los productos resultantes de la ozonolisis seguida de re-ducción del (3-caroteno . Si todos los rendimientos fueran excelentes, ¿enqué relación se obtendrían dichos productos?

En los mamíferos, incluido el hombre, el (3-caroteno se oxida con facilidadrompiéndose por el doble enlace central y originando dos equivalentes del al-dehído que se conoce como retinal . La reducción bioquímica del carbonilo aldehí-dico produce la vitamina A 1 que es un factor de crecimiento importante .

Retinal

[2H]

Vitamina A,

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

Retinal(todo trans)

H,o1

trans-Rodopsina(inestable)

27.6 El colesterol, esteroide fundamental

lboI'iSistema cíclico de los esteroides

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

opsina

El colesterol, esteroide fundamental

1055

tinal b, que reacciona con una proteína llamada opsina dando la base de Schiff ro,dopsina, que es el principal pigmento fotosensitivo de la retina (púrpura visual) . Cuan-

do la luz alcanza la retina, el doble enlace cis vuelve otra vez a la configuración transmás estable . Pero la unión de la base de Schiff de la rodopsina sólo es estable siexiste un doble enlace cis en 11, y por lo tanto se hidroliza, liberándose la opsina yel retinal-todo-trans, que pueden volver a entrar en otro ciclo de reacciones . Aúnno se comprende cómo la isomerización fotoquímica transmite el impulso resultantedesde el nervio óptico al cerebro .

CHO

Neorretinal b(11-cis)

1 H,N yopsinaJ.-luz

R

/ CH=N-[ópsina]

Rodopsina (estable)

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

1056


cohol cristalino de fórmula C 27H460. Se aisló por vez primera a principios delsiglo pasado en cálculos biliares humanos . Representa una sexta parte del pesoen seco de los tejidos cerebral y nervioso, y se extrae comercialmente del espinazode ganado. El cuerpo humano no sólo puede sintetizar colesterol sino que tambiénpuede absorberlo de los alimentos por medio de los intestinos e integrarlo en lacorriente sanguínea . Una concentración elevada de colesterol en la sangre puedeprovocar su precipitación en los vasos sanguíneos con el consiguiente aumento dela presión sanguínea y aparición de arteriosclerosis .

Las exhaustivas investigaciones realizadas en los últimos años han demostradoque la biosíntesis del colesterol se realiza a través del escualeno ; la secuencia dereacciones es la indicada en la figura 27 .3. En primer lugar se obtiene el epó-

Escualeno

3

/'\ \

HO

2,3-Epóxido del escualeno

Colesterol

HO

varios pasosF

HO

HO

Figura 27 .3Biosíntesis del colesterol .

1 transposiciones

Lanosterol

Y

El colesterol, esteroide fundamental

1057

xido 2,3 por oxidación del escualeno . A continuación, y mientras la molécula semantiene en una conformación adecuada sobre la superficie de un enzima, se abreel anillo epoxídico en reacción catalizada por ácido, y se produce una ciclacióninteresante en la que todo el núcleo tetracíclico del esteroide se construye estereo-específicamente. La subsiguiente transposición de varios hidrógenos y grupos metiloproduce el primer producto de ciclación aislable, el lanosterol, que es un pro-ducto bien conocido de los químicos por ser el constituyente principal de la lano-lina (grasa de la lana). La conversión del lanosterol en colesterol precisa la pérdidade tres grupos metilo, el desplazamiento de un doble enlace, y la reducción deotro. El proceso no es tan sencillo como parece a primera vista, puesto que en élse han podido distinguir unos 20 pasos independientes controlados todos ellosenzimáticamente .

El hidrocarburo saturado correspondiente al colesterol se denomina colestano .El sistema de numeración que se indica para el colestano es el que se utiliza uni-versalmente para los esteroides .

22

26

Colestano

Obsérvese que las uniones entre los tres anillos son trans . La molécula es casiplana, con los tres anillos ciclohexánicos en forma de silla. La cadena lateralen C17 es ecuatorial, mientras que los denominados grupos metilo angulares(C18 y C19) son axiales . La rigidez del núcleo esteroídico es tan grande que losesteroides sustituidos específicamente poseen sustituyentes en conformaciones fi-jas; el halogenuro indicado a continuación, por ejemplo, tiene dos bromos axialesy un grupo acetoxi ecuatorial . Es evidente que el estudio de los esteroides ha sidouno de los principales estímulos para el desarrollo del análisis conformacional .

1058


AcO

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

EJERCICIO 27 .4

Predecir la estructura y la estereoquímica del producto mayoritario quese obtiene al tratar con peróxido de hidrógeno en medio alcalino el pro-ducto de la reacción del éter metílico del colesterol con diborano .

27.7 Otros esteroides importantes

Mencionaremos a continuación algunos de los muchos productos de importanciafisiológica que se producen por degradaciones biológicas del colesterol en el or-ganismo. (En la sección 35 .2 trataremos otros .)

El 7-dehidrocolesterol, que se encuentra en proporciones relativamente altasen la piel, origina una serie compleja de reacciones fotoquímicas bajo la acciónde la luz del sol . Uno de los productos es el calciferol, o vitamina D3, un esteroidecon el sistema cíclico abierto, que regula el metabolismo del calcio e impide elraquitismo . 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-1en 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 cadenalateral en C-17 .

Otros esteroides importantes

1059

\/

luz

HO

El colesterol sufre en el hígado una serie de reacciones, que comprenden unareducción del doble enlace, oxigenación del anillo, y destrucción parcial de la cade-na lateral, originándose varios ácidos íntimamente relacionados que se denominanácidos biliares porque se segregan en la bilis . El más importante de ellos es elácido cólico . Los ácidos biliares actúan en forma de péptidos sencillos, como elácido glicocólico, como detergentes naturales emulsificantes de las grasas en elintestino, facilitando su digestión . Obsérvese la unión cis, poco corriente, de losciclos A y B del ácido cólico .

Colesterol

1

H O"

7-Dehidrocolesterol

Ácidos biliares

COOH

H Ó"

glicina

H

HO0\„_.

"OH

Colecalciferol(Vitamina D3)

Ácido glicocólico

1060


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 C18que 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 frecuen-tes), y una aglicona esteroídica que contiene un ciclo de lactona unido al C-17 . La di-gital es una droga muy valiosa que se utiliza en el tratamiento de enfermedades delcorazón . Se prepara por extracción de la digital púrpura (Digitalis purpurea) y con-tiene una mezcla compleja de glicósidos cuya principal aglicona es la digitoxigenina(sección 25 .4) .

(Nótese que las uniones de losciclos A/B y C/D son gis .)

OH

HO-H ~

Digitoxigenina

Hormonas de la muda de los insectos . Se ha descubierto que los compuestos queefectúan la transformación de una larva a la forma crisálida son derivados del coles-terol muy oxigenados . En 1954 se aislaron 25 mg de la hormona denominada ecdi-sona, a partir de 500 kg de crisálidas del gusano de seda . En 1965 se determinó suestructura completa por medio del análisis de rayos X, y en 1966 se dieron a conocerdos síntesis que partían de esteroides vegetales corrientes . Se cree que la ecdisonapuede llegar a ser un insecticida elegante y eficaz ya que puede matar a los insectosprovocando una metamorfosis prematura y al mismo tiempo no tiene efectos aparen-tes sobre los animales superiores .

OH

HO

HOOEcdisona

Otros productos naturales derivados del ácido acético

1061

27.8 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 ZCOSR como lasque aparecen en el transcurso de la síntesis de ácidos grasos . Si el proceso se repitepueden obtenerse largas cadenas lineales (3-dicetónicas, que son materia prima parareacciones aldólicas cíclicas en las que se forma una gran variedad de productos na-turales, y en particular fenoles aromáticos . Los compuestos derivados del ácido acé-tico por este proceso general, se denominan acetogeninas . Se indica a continuación laformación biosintética de dos acetogeninas representativas .

4 CH,COZH -3

8 CH,CO Z H -i

CoA-S-CO

CH,CO, H

O -CO-S-CoA

O - O HO

OH

Ácido orsellínico(ácido de los líquenes)

H,C

H,C

OH O OH

OH O OH

Emodina(pigmento vegetal)

OH

OH

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

1062


ÓOi~DiOFlavona

Catión de la antocianidina

PROBLEMAS

OH

HO~~O OO I

OH

OHO

Fisetina(pigmento del zumaque)

OH

HO

ORCianina

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

OH

1 . ¿Qué es un triterpeno? ¿Y un sesquiterpeno? Explique la regla del isoprenoempleando 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 sufosforilación, le convierte en pirofosfato de 3-isopentenilo . ¿De dónde provie-ne la fuerza impulsora de esta reacción?

3 . Sugerir un mecanismo por etapas, detallado, para la formación del piro-fosfato de geranilo a partir del pirofosfato de 3-isopentenilo .

4 . El ozono ataca con facilidad al caucho natural . Si el material resultante setrata con H2O, en ácido acético se obtiene principalmente ácido levulíni-co C.H,O, .(a) ¿Cuál es la estructura del ácido levulínico?(b) Si una planta de caucho se alimenta con acetato sódico radiactivo, mar-cado únicamente en el metilo (*CH,C0 2Na), al cabo de un cierto tiempose podrá obtener del látex un caucho radiactivo . Al degradarlo con ozono, elácido levulínico resultante también será radiactivo . Indicar qué atomos decarbono del ácido levulínico serán específicamente radiactivos .

5 . El a-terpineno, un aceite (esencia) con el agradable olor de los limones, seaisló del orégano ; su fórmula es C10H16 . Por ozonólisis, seguida de trata-miento oxidante, originó dos compuestos : ácido oxálico y una sustancia neu-tra de fórmula C,H 1402. Cuando esta última fue oxidada con hipoclorito só-dico se convirtió en un compuesto ácido de fórmula C7H1203 que fue identi-ficado como el ácido 5-metil-4-oxo-hexanoico . ¿Cuál es la estructura dela-terpineno?

Problemas

1063

6 . El compuesto denominado -y-terpineno, y su isómero el a-terpineno, se aislanjuntos a partir de las esencias de numerosas plantas . Tras la ozonólisis y eltratamiento oxidante, el y-terpineno produce dos compuestos, uno de loscuales es el ácido 4-metil-3-oxopentanoico . El segundo compuesto es un áci-do que se descarboxila al calentarlo dando acetona . Hay dos posibles estruc-turas para el y-terpineno compatibles con estos datos. ¿Cuáles son? Es po-sible descartar una de ellas, basándose en la regla del isopreno, por ser muyimprobable . ¿Cuál es la estructura real del y-terpineno?

7 . La balata (gutapercha) es un polímero natural cuyas propiedades físicas sonanálogas a las del polietileno . ¿Cuál es su estructura?

8 . El citral es el componente principal del aceite esencial de limón . Cuando secalienta durante varias horas con álcali acuoso diluido se convierte en un-aceite neutro de fórmula C„H, 1O, que por ozonolisis y posterior oxidaciónda 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 queúnicamente difieren en la configuración del hidroxilo . Cuando se transformanen sus tosilatos y éstos se tratan con etóxido sódico en etanol, tienen lugar,predominantemente, las reacciones siguientes :

1

(1) TsC(2) Et0-

(1) TsC(2) Et0 -

11

¿Qué cabe concluir acerca de la estereoquímica del hidroxilo? ¿Cuál de lostosilatos (el de 1 o el de II) reaccionará más deprisa? Explique su predicción .

10 . Si se marca con '^C la posición número 5 del ácido mevalónico con el que sealimenta una planta y posteriormente se aisla de ella el limoneno producido,¿en qué carbonos aparecerá la radiactividad?

1064


CH3

HOCH2CH2CCH,000H planta

OH

11 . ¿Qué son los carotenoides?12 . La conversión del colesterol en 7-dehidrocolesterol es un proceso importante

en la fabricación de la vitamina D ., . Sugerir una secuencia de reacciones paraesta conversión .

13 . El esferoide vegetal estigmasterol se obtiene comercialmente de la soja . Su-gerir un método para su conversión en el ácido indicado a continuación, quese utiliza como materia prima para la fabricación de esteroides de interésfarmacéutico .

HO

Estigmasterol

CH3CO2

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

14 . La adición de bromo al colesterol ocurre rápidamente y se obtiene un dibro-muro A (p.f . 114°) . En disolución clorofórmica a 40° el dibromuro A seconvierte lentamente en una mezcla en equilibrio que contiene 85,5 % deldibromuro isómero B (p .f. 143°). Se ha sugerido que esta transformación im-plica un mecanismo de transposición interna, puesto que su velocidad nose afecta por la adición de iones bromuro . Los dos bromuros reaccionan conyoduro sódico en acetona regenerando el colesterol, pero el dibromuro Areacciona mucho más deprisa que el dibromuro B. Asignar estructuras a Ay B y dar a cada compuesto su nombre sistemático .

15 . Predecir la estructura del compuesto cristalino neutro que se forma cuandola cortisona reacciona con un exceso de ácido peryódico .

H2OH

COOHmía¡v,

Cortisona(esteroide antiinflamatorio)

11

1

Problemas

16 . (a) Interpretar todas las características posibles del espectro de RMN delacetato de dihidrotestosterona, dado a continuación .

(b) Predecir el espectro infrarrojo del acetato de dihidrotestosterona en laregión 1 600-1 800 cm - ' .

usi

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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, esproducido por un hongo. Si dicho hongo crece en presencia de CH3'4CO2H,¿qué átomos de carbono del antibiótico resultante deben presentar radiacti-vidad?

N(CH3 ) z

Aureomicina

1N

1065

Cap 27- Terpenos y Productos Naturales dos

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