universidad veracruzana facultad de ciencias químicas

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO
TESIS
“SÍNTESIS DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS COMO
PRECURSORES DE COMPUESTOS AZAESTEROIDALES”
PRESENTA
PABLO CÉSAR PÉREZ CASTRO
DIRECTOR DEL TRABAJO RECEPCIONAL
M.C. ELIZABETH MÁRQUEZ LÓPEZ
ORIZABA, VER.
FEBRERO, 2011
ORIZABA, VER.
FEBRERO, 20
Pablo César Pérez Castro
Indice
ÍNDICE
Abreviaturas
iii
Figuras
v
Esquemas
Ii
1.0. INTRODUCCIÓN
1
2.0. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
3
3.0.- MARCO TEÓRICO
3.1.Esteroides
4
3.2. Núcleos esteroidales
7
3.3. Nomenclatura esteroidal
8
3.31.- Modificaciones en las estructuras hidrocarbonadas de los hidrocarburos
esteroidales fundamentales
8
3.32.- Incremento o disminución en el número de eslabones de los anillos. Prefijos
homo/nor.
9
3.33.- Formación de nuevos ciclos o rúptura de los ya existentes.
Prefijos ciclo/seco
10
3.34.- Variación de los enlaces entre los carbonos Prefijo abeo
11
3.35.- Heteromodificaciones esteroidales
12
3.36.- Modificaciones esteroisoméricas
12
3.4.Derivados del colesterol
13
3.5.Receptores esteroidales
16
3.6. Oxidaciones químicas
17
3.6.1.-Oxidación de dobles enlaces
20
3.6.2.-Oxidación olefinica de Leumieux Von Rudloff (oxidación con peryodato de
sodio-permanganato de potasio)
21
3.6.3.- Mecanismo de reacción del permanganato
22
3.6.4.- Mecanismo de reacción del peryodato
25
3.6.5.-La oxidación de Leumiex Von.Rudloff con varios compuestos
hidrocarbonados
27
i
Pablo César Pérez Castro
Indice
3.6.6.-Oxidación de permanaganato de esteroides
32
3.6.7.- Oxidaciones peryodato-permanganato en la determinación de grupos metileno
terminal
33
4.0 METODOLOGIA
4.1.-Materiales y métodos
35
4.2.-Procedimiento general para la oxidación de esteroides
36
4.3.-Procedimiento para la obtención del ácido 3,5 –seco-4-A-nor androstan-17-hidroxi5ona-3oico.
36
4.4.- Procedimiento para la obtención del ácido 3,5 –seco-4-A-nor androstan-5,17diona3oico
38
4.5.- Procedimiento para la obtención del ácido 3,5 –seco-4-A-nor androstan-5,17diona-3
oico a partir de AD Enol.Eter
39
5.0.DISCUSIÓN DE RESULTADOS
42
6.0.CONCLUSIONES
54
7.0.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
55
ii
Pablo César Pérez Castro
Abreviaturas
Abreviaturas:
IUPAC: The International Unión of Pure and Applied Chemistry
β: Beta
α: Alfa
HREs: Elementos de respuesta hormonales
PCC: Clorocromato de piridinio
M: Moles
mMol: milimoles
DHT: Dihidrotestosterona
RMN H1: Resonancia Magnética Núclear H1
CCF: Cromatografía de capa fina
UV: Ultravioleta
nm: Nanómetros
NaCO3: Carbonato de sodio
KMnO4: Permanganato de potasio
NaIO4: Peryodato de sodio
HCl: Ácido clorhídrico
gr: gramos
KI: Yoduro de potasio
AD: Androstendiona
Ml: mililitros
hr: horas
CH2Cl2: Cloruro de metileno
mg: miligramos
%: porcentaje
M/z: Masa-Carga
M+: Ión molecular
˚C: Grados centígrados
Temp:temperatura
iii
Pablo César Pérez Castro
Figuras
Figuras:
Figura 1: A) Estructura de la finasterida B) Estructura de la dutasterida
Figura 2: A) Ciclopentafenantreno
B) Estructura del colesterol
Figura 3: Numeración de los esteroides
Figura 4: Fórmulas conformacionales de la decalina
Figura 5: Fórmulas configuracionales de la decalina
Figura 6: Isomero:A:B-Trans,B:C-Trans y C:D-Trans(5α,10β,8 β, 9α,13β,14α,17α)
Figura 7: Isomero:A:B-Cis,B:C-Trans y C:D-Trans (5 β,10β,8 β, 9α,13β,14α,17α)
Figura 8: Núcleos esteroidales
Figura 9: 5α –lanostano (4,4, 14-trimetil 5α –colestano)
Figura 10: (20Z) pregna-5,20 dien -3β ol
Figura 11: A -nor- 5α –androstano
Figura 12: 3α ,5-ciclo-5α –gonano
Figura 13: A) 3,4 Seco -5α estrano B) ácido 3,5-seco-4-nor-pregnan-5-oxo-3-oico
Figura 14: 5(10-1AB) Abeo-5α –androstano
Figura 15: 4-aza-5α –androstano
Figura 16: A) 5α –gonano B) 5α,9β-gonano
Figura 17: A) 5β–estrano B) Ent-5α-estrano
Figura 18: 5ξ –gonano
Figura 19: Derivados del colesterol
Figura 20: Ejemplos de hormonas esteroidales.
Figura 21: Mecanismo de interacción esteroide-receptor con un aceptor para producir un efecto. [8]
Figura 22: Diferentes estados de oxidación y reducción en los compuestos alifáticos.
Figura.23: Ejemplos de compuestos obtenidos de oxidaciones de compuestos alifáticos y
cicloalifaticos.
Figura 24: Oxidación con trióxido de cromo
Figura 25: Oxidación con PCC
Figura 26: Formación de epóxidos por oxidación de alquenos con perácidos.
Figura 27: Formación de esteres por oxidación a partir de una oxidación de cetonas con perácidos.
Figura 28: Oxidación de un Alqueno
Figura 29: Formación del diol con permanganato
v
Pablo César Pérez Castro
Figuras
Figura 30: Ruptura del diol con peryodato
Figura 31: Manganato cíclico Diéster (v).
Figura 32: Producto 2a con carbocatión y producto 2b con carboanión.
Figura 33: Formación del manganato cíclico (v) diéster
Figura 34: Mecanismo 1: oxidación e hidrólisis del manganato (v) diéster
Figura 35: Mecanismo 2: dimerizaciones e hidrólisis del manganato (v)
Figura 36: Mecanismo 3: supresión de dímeros, hidrólisis y oxidación con cambio de estados de
HMnO24 a MnO24
Figura 37: Síntesis de ácido péryodico
Figura 38: Mecanismo de reacción del peryodato en la oxidación de Leumieux Von Rudloff
Figura 39: Estructuras del A) 1,2 diol y B) 1,2 cetol
Figura 40: Síntesis del ácido 5-oxo-3seco-A-nor-colestan-3-ioco a partir de la oxidación de 4colesten-3ona.
Figura 41: Estructura del ácido perlagónico
Figura 42: Oxidación del ácido oleico
Figura 43: Ácidos grasos saturados obtenidos a través de la oxidación de Leumieux en ácidos
grasos insaturados.
Figura 44: Oxidación de ergosterol con metilciclohexano y permanganato de potasio con
formación de 2 productos el 8 alfa –epoxi -5 alfa –ergost-22-ene-3 beta, 5,6alfa-triol producto
principal con 75% de rendimiento y 3β, 5α, 6α - trihydroxyergosta-7, 22-dieno con 15% de
rendimiento.
Figura 45: Oxidación de ergosterol con sulfato de sodio y tetraóxido de osmio para la síntesis de
3β, 5α, 6α - trihydroxyergosta-7, 22-dieno.
Figura 46: formación de hidroxialdehido
Figura 47: Formación de cetona a partir de la oxidación del isopropanol
Figura 48: Ácido 3,5-seco-4-A-nor - androstan-17-hidroxi -5-ona-3-oico.
Figura 49: Ácido 3,5-seco-4-A-nor androstan-5,17-diona-3-oico
vi
Pablo César Pérez Castro
Esquemas
Esquemas:
Esquema 1: Obtención del ácido 3,5-seco-4-A-nor androstan-17- hidroxi -5-ona-3-oico
Esquema 2: Obtención de ácido 3,5-seco-4-A-nor-androstan-5,17-diona-3-oico
Esquema 3: Obtención de ácido 3,5-seco-4-A-nor-androstan-5,17-diona-3-oico a partir de AD Enol
Éter.
Esquema 4: Visualización de productos de degradación en el producto oxidados de Androstendiona
y testosterona por placa cromatografica.
Esquema 5: Espectro de RMN H1 del ácido 3,5-seco-4-nor androstan-17-hidroxi -5-ona-3-oico.
Esquema 6: Placa de cromatografía de capa fina de la síntesis de ácido 3,5-seco-4-nor androstan17-hidroxi-5 ona-3-oico a partir de testosterona.
Esquema 7: Espectro de masas del ácido 3,5-seco-4-A-nor androstan-5,17-diona-3-oico.
Esquema 8: Placas de cromatografías de capa fina de la síntesis de ácido 3,5-seco-4-nor androstan5,17-diona-3-oico a partir de 1) AD y 2) AD Enol Éter.
Esquema 9: placa de cromatografía de capa fina comparativa de la síntesis de ácido 3,5-seco-4-nor
androstan-5,17-diona-3-oico a partir de AD y AD Enol Éter.
Ii
Pablo César Pérez Castro
Introducción
1.- INTRODUCCIÓN
En la literatura se encuentran descritos una clase de esteroides denominados azaesteroides,
los cuales se caracterizan por contener un nitrógeno inserto en alguno de los anillos del
esqueleto y/ó cadena esteroidal, estos compuestos poseen una gran actividad biológica. Los
azaesteroides son conocidos por su gran variedad de propiedades biológicas como:
analgésicos, antiandrogénicos, antiinflamatorios, antimicrobianos (Norman &Doorenbos,
1976), antileucémicos (Anastasiou, Catsoulacus, &Epitheor, 1992), antifúngicos (Patrick
&Kinsman, 1996), bactericidas (William, Hoehn, & Michel, 1995), antiestrogénicos
(Greenbalatt, Bornstan, & Bohler, 1974), anticonceptivos (Kierstead, Faraone, & Boris,
1969.), cardiotónicos (Akherm A. A., 1979). Algunos de los Azaesteroides actúan como
bloqueadores neuromusculares (Li & Singh, 1995) así como inhibidores de 5α-reductasa o
receptores androgénicos (Bakshi, Patel, &Rasmussan, 1995). Ejemplos de estos
azaesteroides son la Finasterida y la Dutasterida. [1]
F
H3C
A
O
CH3
CH3
H
O
N
H
H
B
+
N
CH3
O
CH3
F
F
F
F
NH
CH3
H
CH3
H
H
O
Figura 1: A) Estructura de la finasterida
H
H
N
H
H
F
B) Estructura de la dutasterida
Estos azaesteroides son sintetizados a partir de ácidos-delta-oxo-carboxílicos obtenidos por
medio de la oxidación de Leumieux Von Rudloff que utiliza una solución con
permanganato de potasio y peryodato de sodio que actúan en compuestos esteroidales que
contienen en su estructura un doble enlace localizado en el anillo A del
ciclopentafenantreno, este doble enlace al sufrir una ruptura por acción del permanganato
1
Pablo César Pérez Castro
Introducción
de potasio forma glicoles por medio de la reducción de permanganato a manganato, estos
glicoles por acción oxidativa del peryodato formarán un ácido carboxílico y un aldehído o
cetona. [1]
2
Pablo César Pérez Castro
Planteamiento del problema
2.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
2.1.-Justificación
Los esteroides son considerados como compuestos con actividad biológica y sus derivados
tienen diversas propiedades para el tratamiento de enfermedades.
2.2.- Objetivo
Obtener ácidos delta-oxo-carboxílicos mediante la oxidación del doble enlace contenido en
el anillo A del compuesto esteroidal a través de la oxidación de Lemieux Von Rudloff con
la finalidad de que puedan ser empleados como precursores de compuestos azaesteroidales.
2.2.1.- Objetivos particulares:
Establecer los parámetros óptimos como son: el control del pH, la cantidad y forma de
adición del oxidante, estequiometria de reactantes y reactivos, temperatura, volumen de
solventes y tiempo de reacción para llevar acabo la oxidación de dobles enlaces en
compuestos esteroidales.
3
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
3.- MARCO TEORICO
3.1.-Esteroides:
Los esteroides son lípidos simples, sustancias difundidas en la naturaleza, tanto en el reino
animal como en el reino vegetal. Esta clase de productos naturales de gran importancia
biológica pertenecen a los esteroles, por lo cual la palabra “esteroide” es sinónimo de
esterol. Los ácidos biliares, muchas hormonas sexuales, las hormonas corticoides, los
esteroides cardioactivos cardenólidos y bufanólidos, las sapogeninas esteroideas y los
alcaloides esteroideos se consideran “hidrocarburos esteroidales”, estos son bases
estructurales y estereoprogenitoras de los esteroides. Todas las hormonas esteroideas son
derivadas del colesterol, tienen el mismo esqueleto de ciclopentafenantreno y la misma
numeración atómica, la única excepción es la vitamina D. [2]
B
A
Figura 2: A) Ciclopentafenantreno B) Estructura del colesterol
El policiclohidrocarburo saturado sustituido recibe una numeración establecida por la
IUPAC:
29
28
22
21
20
18
19
1
11
9
2
3
A
10
B
13
14
D
25
26
27
16
15
7
5
4
8
24
17
12
C
23
6
Figura 3: Numeración de los esteroides
4
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
El núcleo policiclopentafenantreno y sus carbonos se enumeran de forma especial con los
17 primeros localizadores. Los anillos del policíclo se diferencian con las letras A, B, C y
D.
Los dos carbonos de los metilos sustituyentes reciben la numeración 18 y 19,
respectivamente el tercer sustituyente ramificado del policíclo, situado en el carbono 17 se
enumera del carbono 20-29 distribuidos en forma especial, si uno de los metilos unidos al
C-25 posee un sustituyente, se le debe asignar el localizador 26 a su carbono (el carbono
del otro metilo recibirá el número 27 y si el carbono tiene dos metilos se le asignara 27 al
que tenga preferencia alfabética. [2]
Dos anillos del policiclo pueden estar unidos de acuerdo con las configuraciones relativas
cis o trans, independientemente de la conformación que posea cada anillo como se muestra
con la decalina utilizando conformaciones en silla para anillos individuales se pueden
apreciar configuraciones relativas cis y trans. [2]
H
H
H
H
Figura 4: Fórmulas conformacionales de la decalina
H
H
H
H
Figura 5: Fórmulas configuracionales de la decalina
Los cuatro anillos del núcleo policíclico de los esteroides pueden formar un total de ocho
estereoisómeros configuracionales posibles, en los esteroides naturales se suelen encontrar
5
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
dos de estas configuraciones con mucha frecuencia que las demás. Se trata de las
configuraciones: A: B-cis, B: C-trans, C: D-trans y A: B-trans, B: C-trans, C: D-trans.
El método para describir estas configuraciones consiste en asignar el descriptor α a los
hidrógenos, metilos o grupos dirigidos hacia abajo y el β a los grupos que van dirigidos
hacia arriba.
Estas posiciones pueden dar origen a lo que se llama: estereoprogenitores, la configuración
del carbono 17 se debe establecer también con el método α/β referido al enlace C-C esta
posición también está incluida en estereoprogenitores y los carbonos del 20 en adelante
utilizaran el método R/S. [2]
R
H
A
B
H
H
H
H3C
C H
R
D
H
H
H
H
H
H
Figura 6:Isomero:A:B-Trans,B:C-Trans y C:D-Trans(5α,10β,8 β, 9α,13β,14α,17α)
R
H
H
C H
H
H3C
H
H
D
H
A
H
B
R
H
H
H
Figura 7: Isomero:A:B-Cis,B:C-Trans y C:D-Trans (5 β,10β,8 β, 9α,13β,14α,17α)
Los efectos conformacionales y configuracionales son muy marcados en un sistema cíclico
rígido, controlan totalmente el curso de una reacción, es por ello que se han empleado en
diversas reacciones para el establecimiento de posibles mecanismos de reacción. [2]
6
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
3.2-Núcleos esteroidales
Algunas estructuras hidrocarbonadas de esteroides han sido identificadas como básicas y
han sido nombradas como núcleos esteroidales por la IUPAC (TheInternational Unión of
Pure and Applied Chemistry). Los Primeros son los núcleos esteroidales sin sustituyentes
en carbono 17: gonano, estrano y androstano que pueden presentar posiciones α/β en el
carbono 5. También existen núcleos esteroidales sustituidos en el carbono 17 con
composiciones α/β en el carbono 5 los cuales son: el colestano, pregnano, colano,
estigmatano, lanostano y cicloartano. [3]
H
H
H
H
H
H
H
gonano
H
androstano
H3C
CH3
CH3
CH3
H
H
CH3
H3C
H
H
H
H
colano
H
H
CH3
H3C
CH3
CH3
H
H
estrano
H
CH3
H
CH3
H
H
H
H3C
CH3
CH3
H
H
colestano
pregnano
H
H
CH3
H3C
H3C
CH3
CH3
CH3
H
H3C
H
H
H
estigmatano
H3C
CH3H
H3C
H
CH3
H
CH3
CH3
H
lanostano
H3C
CH3
CH3
CH3
H
H3C
H
H
cicloartano
H3C
CH3H
Figura 8: Núcleos esteroidales
7
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
3.3.-Nomenclatura esteroidal
Las primeras reglas sobre la nomenclatura de los esteroides fueron publicadas por la
IUPAC en 1957, pero fue hasta 1971 cuando fueron aceptadas como “reglas definitivas” y
posteriormente modificadas en 1989 con algunas recomendaciones. [4]
Los principios seguidos en esta nomenclatura son los siguientes:
1. Se deben establecer, describir de forma clara y precisa la composición, la estructura y la
estereoisomeria de las sustancias establecidas como bases de la nomenclatura.
2. Los compuestos derivados de las sustancias establecidas como bases se deben nombrar
aplicando las reglas generales de la nomenclatura sistemática, introduciendo las
modificaciones específicas que se crean oportunas y necesarias.
3. Las modificaciones realizadas en las estructuras básicas se pueden transcribir utilizando
los prefijos estructurales modificadores. [4]
Las estructuras hidrocarbonadas de los esteroides pueden sufrir modificaciones, como son
el aumento o disminución en el número de eslabones de sus anillos, el cambio de posición
de algún enlace y la aparición de un nuevo ciclo o la ruptura de alguno de los ya existentes.
3.3.1.-Modificaciones
en
las
estructuras
hidrocarbonadas
de
los
hidrocarburos esteroidales fundamentales.
Algunos triterpenos tetracíclicos son considerados como esteroides trimetilados. El más
importante de ellos es el “lanostano”, cuyo nombre estereoprogenitor se toma en base para
nombrar de forma semisistemática al resto de los hidrocarburos esteroides que forman este
grupo. El lanostano es el 4,4,14-trimetilcolestano, es un derivado del colestano. A los
carbonos de los tres nuevos metilos unidos al núcleo policíclico se les asignan los
localizadores “28” al unido al C- 4 en posición α , “29” al unido al C-4 en posición β y“30”
al unido al C-14,según las recomendaciones de la IUPAC de 1989.[5]
8
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
22
21
20
18
19
1
11
17
12
C
3
A
10
25
26
27
16
15
8
B
30
7
5
4
D
13
14
9
2
23
24
6
28
29
Figura 9: 5α –lanostano (4,4, 14-trimetil 5α –colestano)
En los esteroides las instauraciones se indican de la misma forma con los sufijos
“eno”o“ino” para indicar la presencia de dobles y triples enlaces dentro del
ciclopentafenantreno. Para los dobles o triples enlaces en cadenas laterales se ocupa la
configuración molecular E o Z.
CH3
CH3
H
CH2
H
H
H
HO
Figura 10:(20Z) pregna-5,20 dien -3β ol
La aparición de una o más insaturaciones no modifica la estructura de un hidrocarburo,
pero si su estereoisomería y sus propiedades químicas.
3.3.2.-Incremento o disminución en el número de eslabones de los anillos.
Prefijos homo/nor
El incremento o disminución del número de los eslabones de los anillos de los esteroides se
pueden indicar utilizando prefijos homo y nor. Posteriormente si son varios eslabones se
9
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
pondrán los prefijos de multiplicidad (di, tri, tetra etc.) Indicándose también el anillo donde
está hecha la modificación (A, B, C y D). La numeración de los carbonos no se verá
afectada ya que solo se eliminan aquellos carbonos con localizadores mayores y que no
eran comunes con el anillo. La inserción de un eslabón metileno en los carbonos 13 y 17 en
los esteroides se debe indicar con el prefijo D-homogonano, D-homoestrano o Dhomoandrostano según corresponda .Cuando el metileno se inserta en un carbono situado
entre los dos anillos se indicará de la siguiente forma:
Carbonos entre los que Prefijo que debe ser utilizado para indicar inserción
se inserta el metileno
C-5 Y C10
AB(10a)-homo
C-8 Y C9
BC(8a)-homo
C-8 Y C14
C(14a)-homo
Tabla 1: Prefijos para la inserción de eslabones en los 4 diferentes ciclos
En la siguiente estructura esteroidal la numeración del anillo A se conserva, pero se debe
considerar que se ha eliminado el carbono con mayor localizador y no común a dos anillos
el carbono 4.
1
A
2
5
H
H
3
H
Figura 11: A -nor- 5α –androstano
3.3.3.- Formación de nuevos ciclos o ruptura de los ya existentes.
Prefijos ciclo/seco
La formación de un nuevo anillo en un esteroide a partir de la unión de dos carbonos que
han perdido un hidrogeno cada uno, se puede indicar disponiendo del prefijo “ciclo”.
10
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
H
3
H
5
Figura 12: 3α ,5-ciclo-5α –gonano
La ruptura de un anillo y la adición de los dos hidrógenos a los carbonos separados se
pueden indicar disponiendo del prefijo “seco” precedido de los números de los carbonos
entre los que se ha producido fisión. El prefijo “seco” proviene del verbo latino seco
(cortar).
O
CH3
CH3
H
H
H
A
CH3
CH3
B
CH3
H
H
HO
OO
H
Figura 13: A) 3,4 Seco -5α estrano B) ácido 3,5-seco-4-nor-pregnan-5-oxo-3-oico
3.3.4.-Variación de los enlaces entre los carbonos (prefijo abeo)
Cuando en un esteroide se deshace el enlace entre los carbonos con localizadores x-y
formando otro enlace entre los carbonos con localizadores x-z puede ser mencionado con el
prefijo “abeo” manteniendo la numeración del esteroide.
1
10
H
H
5
Figura 14:5(10-1AB) Abeo-5α –androstano
11
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
3.3.5.-Heteromodificaciones esteroidales
El remplazo de uno o más átomos de carbono por heteroátomos en la estructura policíclica
de un esteroide lo convierte en un esteroide heteropolicíclico. Que puede ser nombrado de
acuerdo con las reglas generales de la nomenclatura de remplazo, conservando su nombre
estereoprogenitor y su numeración preestablecida. [5].
CH3
CH3
H
H
H
N
H H
Figura 15: 4-aza-5α –androstano
3.3.6.-Modificaciones estereoisomericas
Las modificaciones estereoisomerícas se pueden indicar normalmente disponiendo de los
nombres de los estereoprogenitores, las variaciones que han tenido lugar en los centros
asimétricos deben ser mencionadas con respecto a estas configuraciones implícitas. Por
ejemplo: “gonano” posee la configuración implícita: 8β, 9α, 10β, 13β, 14α, por lo cual si se
invierte algún centro asimétrico deberá ser indicada junto a la configuración no implícita
del C-5(5α o 5β). Supongamos que en el gonano el C-9 este invertido (9α invertido a 9β),
esta variación debe ser indicada de la forma: 5α, 9β-gonano. [5]
A)
H
H
H
H
B)
H
H
H
H
H
Figura 16: A) 5α –gonano
H
H
H
B) 5α,9β-gonano.
12
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
Para indicar que un esteroide es racémico se puede utilizar el prefijo rac- y para indicar que
un esteroide es enantiomero de otro, es decir, que tiene todos sus centros asimétricos
invertidos con respecto al primero, se puede utilizar el prefijo Ent. [5]
A)
B)
CH3
CH3
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Figura 17: A) 5β–estrano B) Ent-5α-estrano
Cuando la estereoisomeria de los hidrógenos eliminados de los carbonos que se han unido
no va implícita en el nombre estereoprogenitor correspondiente, debe ser indicada mediante
los estereoafijos α, β o con ξ si es desconocida.
CH3
CH3
H
H
H
H
Figura 18: 5ξ –gonano
3.4.-Derivados del colesterol
Las hormonas esteroidales o hidrocarburos esteroidales se derivan a partir del colesterol,
este debe pasar por una modificación de la cadena en el C17 dando origen a las hormonas
esteroidales con 18,19 y 21 carbonos. Esta modificación consiste en una degradación
irreversible del residuo del carbono 17 del colesterol para la formación de pregnenolona
(C21). Posteriormente con la pregnenolona se pueden formar derivados como son: la
testosterona, progesterona y estradiol. [8]
13
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
colesterol
OH
O
CH3
CH3
O
CH3
CH3
CH3
O
CH3
pregnenolona
CH3
HO
OH CH3
progesterona
CH3
O
17 -hidroxiprogesterona
CH3 O
O
CH3 O
CH3
CH3
HO
Dehidroepiandrosterona
HO
Dehidroepiandrosterona
CH3 O
CH3 OH
CH3
CH3
O
Androstendiona
HO
Androstendiol
CH3 OH
CH3 O
CH3 OH
CH3
O
Tetosterona
HO
HO
Estradiol
Estrona
Figura 19: Derivados del colesterol
Estos derivados están dentro de las cinco categorías de las hormonas esteroidales las cuales
son: Progestinas, glucocorticoides, mineralcorticoides, andrógenos y estrógenos. A
continuación se presentan las más representativas de cada categoría y también su precursor
la pregnenolona:
Pregnenolona: producida directamente del colesterol, es la molécula precursora para todos
los esteroides de C18, C19 y C21.
14
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
Progesterona: una progestina, producida directamente de la pregnenolona, responsable de
los cambios asociados con la fase lútea del ciclo menstrual, factor de diferenciación para las
glándulas mamarias.
Aldosterona: el principal mineralocorticoide, producida a partir de la progesterona en la
zona glomerulosa de la corteza adrenal, incrementa la presión sanguínea y el volumen
circulatorio, aumenta el ingreso de sodio.
Testosterona: un andrógeno, hormona sexual masculina sintetizada en los testículos,
responsable de las características sexuales secundarias masculinas, producida a partir de la
progesterona.
Estradiol: un estrógeno, producido en los ovarios responsable de las características
sexuales secundarias femeninas.
Cortisol: glucocorticoide dominante en los humanos, sintetizado de la progesterona en la
corteza adrenal, aumenta la presión arterial y el ingreso de sodio, tiene varios efectos en el
sistema inmune.[8]
O
O
CH3
CH3
CH3
CH3
HO
O
CH3
O
HO
CH3
O
pregnenolona
OH
CH3
O
progesterona
Aldosterona
O
CH3 OH
CH3 OH
CH3
HO
CH3
O
testosterona
OH
OH
CH3
HO
estradiol
O
cortisol
Figura 20: Ejemplos de hormonas esteroidales.
15
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
3.5.- Receptores esteroidales
Los efectos biológicos provocados por las hormonas esteroidales están determinados por la
capacidad de la célula de recibir y transmitir una información, para ello se utilizan los
receptores esteroidales que son llamados también: receptores intracelulares que transmiten
el mensaje hormonal para producir una respuesta en el núcleo celular, estos receptores son
activados en el momento en que ingresa a la células una hormona esteroidal. Los receptores
intracelulares están retenidos por proteínas llamadas: “del choque del calor” que mantienen
unido a ellas el receptor hasta que la hormona esteroidal esté presente. [6]
Todas las hormonas esteroidales ejercen su acción al atravesar la membrana plasmática y al
unirse con sus respectivos receptores intracelulares. Cuando estos receptores se unen al
esteroide, sufren un cambio conformacional provocando el desprendimiento de la proteína
y la formación del complejo activado receptor-ligando que se desplaza en el núcleo.
Ya desplazado en el núcleo la parte receptora del complejo es activada para reconocer y
unirse a una secuencia específica de nucleótidos en el DNA de genes que producirán una
reacción favorable o perjudicial. Estas secuencias de DNA son identificadas como HREs
(elementos de respuesta hormonales). [6]
La capacidad del complejo hormona-receptor de causar un cambio depende de la secuencia
específica de HRE que se une a este complejo, la distancia de HRE y el número de HRE
que afecta el gen en el que se producirá el cambio.[7]
Además la respuesta biológica es influenciada por la cantidad de hormonas disponibles,
número receptores, la disociación del complejo hormona-receptor con el sitio específico de
la DNA y del relleno de la población del receptor. Una vez unido este complejo al ADN
este provoca un aumento o disminución de la transcripción de genes. Posteriormente se
forma el RNA mensajero que sale del núcleo para transmitir la señal a los ribosomas que se
encargan de traducirla. Después de la traducción del mensaje genético se produce la síntesis
de proteínas que son las encargadas de realizar una tarea biológica.[7]
16
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
Figura 21: Mecanismo de interacción esteroide-receptor con un aceptor para producir un efecto. [8]
Este mecanismo se puede englobar en 6 etapas:
1) Difusión de la hormona esteroidal a través de la membrana celular.
2) Unión de la hormona al receptor.
3) Unión del HRE del DNA con el complejo Hormona-receptor.
4) Síntesis de RNA mensajero.
5) Transporte de mRNA a los ribosomas.
6) Síntesis de proteínas con actividad célular específica.
3.6) Oxidaciones químicas
La oxidación es una reacción química donde un metal o un no metal ceden electrones, los
alcanos se pueden oxidar a alcoholes (1 enlace con el oxígeno) y estos a su vez se pueden
oxidar a aldehídos o cetonas (2 enlaces con el oxígeno). Los aldehídos o cetonas se pueden
oxidar con posterioridad al ácido carboxílico. La reducción del número de enlaces con el
oxígeno o la reducción del número de enlaces carbono-carbono es una reacción de
reducción. [9]
17
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
oxidación
Máximo estado de Reducción
Máximo estado de oxidación
H
H
ox
H
H
H
Red
H
O
ox
alcano
H
OH
Red
H
ox
alcohol
O
ox
OH
Red
H
H
Red
O=C=O
acido carboxilico
aldehido
dióxido de carbono
Reducción
Figura 22: Diferentes estados de oxidación y reducción en los compuestos alifáticos.
La oxidación controlada de determinados grupos funcionales o posiciones específicas del
esqueleto representa uno de los aspectos más importantes de la química orgánica sintética.
Cuando se oxida una cadena alifática o un aromático pueden ser diversos los compuestos a
obtener por ej: glicoles, epóxidos, ácidos y cetonas.
OH
O
O
HO
H3C
O
H3C
CH3
Pirano
1,2 Hidroxiciclohexano
Acetona
OH
Ácido butanoico
Figura 23: Ejemplos de compuestos obtenidos de oxidaciones de compuestos alifáticos y
cicloalifaticos.
La aplicación de una variedad de agentes oxidantes inorgánicos en compuestos orgánicos se
ha utilizado y ampliado considerablemente.
Oxidación con trióxido de cromo
El trióxido de cromo u óxido del cromo (VI) es un compuesto marrón rojo
oscuro/anaranjado, soluble en agua, granular sólido, es estable por sí mismo y es un fuerte
oxidante. Se ha presentado una variedad de compuestos oxidados por cromo (VI), este
18
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
sistema de oxidación se ha desarrollado en condiciones de reacción que permiten la
oxidación de una amplia gamma de compuestos como es el caso de los alcoholes.
El trióxido de cromo en medio ácido acuoso también llamado: reactivo de Jones oxida los
alcoholes primarios para formar ácidos carboxílicos. La oxidación con trióxido de cromo se
lleva a cabo con medios ácidos. [10]
+
CrO3 , H, H2O
H3C
O
H3C
OH
OH
Figura 24: Oxidación con trióxido de cromo
El trióxido de cromo puede reaccionar con piridina dando origen al complejo trióxido de
cromo-piridina que en combinación con ácido clorhídrico empleando como disolvente el
cloruro de metileno forman el reactivo: PCC (clorocromato de piridinio).
Una característica notable de este reactivo es que se obtienen muy buenos rendimientos de
los aldehídos por oxidación directa de los alcoholes primarios. [10] y [11]
O
OH
PCC
CH2Cl2
Figura 25: Oxidación con PCC
Epoxidación de alquenos
Las reacciones de alquenos con perácidos para formar epóxidos permiten la oxidación
selectiva de enlaces dobles carbono-carbono en la presencia de otros grupos funcionales
que pueden estar sujetos a la oxidación (por ejemplo, los grupos hidroxilo).[10]
19
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
O
H2C
CH2 +
O
O
H3C
+
H3C
O OH
OH
Figura 26: Formación de epóxidos por oxidación de alquenos con perácidos.
Oxidación de Baeyer-Villiger
La reacción de cetonas con perácidos forman un producto de forma relativamente lenta,
pero permite la conversión de cetonas a ésteres con buen rendimiento. En particular, la
conversión de cetonas cíclicas simétricas a lactonas es sintéticamente útil, ya que solo un
único producto es de esperar. [10]
O
O
O
+
O
O
+
R
R
OH
O
OH
Figura 27: Formación de esteres por oxidación a partir de una oxidación de cetonas con perácidos.
3.6.1.- Oxidación de dobles enlaces:
Los ácidos carboxílicos pueden obtenerse mediante la oxidación de alquenos que son
atacados por agentes oxidantes para obtener alcoholes dihidroxilados llamados: glicoles
estos son oxidados aún más cuando hay ruptura de enlace carbono-carbono para obtener
una cetona y un ácido carboxílico.
Un agente usual muy efectivo es el permanganato de potasio, porque en soluciones
concentradas y calientes junto con peryodato de sodio oxida muy rápido. Los agentes
oxidantes tienen la virtud de ser coloreados y al producirse la reducción en la mezcla de
reacción esta cambia de color lo que permite visualizar la reacción.
20
Pablo César Pérez Castro
H3C
Marco teórico
CH3
O
NaIO 4 -KMnO 4
OH
H3C
H3C
+
O
CH3
CH3
Figura 28: Oxidación de un Alqueno
En este trabajo recepcional se está utilizado la oxidación de esteroides recientemente
promovida en el año 2008 por Medicinal Chemistry División, North-East Institute of
Science and Technology, Jorhat 785006 Assam, India. [12], [13] y [14]
3.6.2.-Oxidación olefinica de Lemieux Von Rudloff (oxidación con Peryodato
de sodio –Permanganato de potasio)
El procedimiento utilizado para oxidar compuestos orgánicos descubierto por LemieuxVon
Rudloff emplea una mezcla de permanganato de potasio y peryodato de sodio. Esta
oxidación consta de tres etapas:
La primera etapa es una secuencia compleja de reacciones que implican iones
permanganato en un intercambio de electrones que origina la presencia de dos productos el
MnO: y MnO2. Esta propiedad del reactivo de peryodato de sodio-permanganato de potasio
es sin duda el principal responsable de la alta especificidad de la reacción principal.
La segunda etapa es la formación de 1,2diol por permanganato y la ruptura del enlace
carbono-carbono que contiene el diol por la oxidación con peryodato es la tercera etapa. El
reactivo para poder realizar estas tres etapas correctamente sólo requiere ciertas
condiciones para conducir a una correcta oxidación formando un ácido carboxílico y una
cetona o aldehído sin degradación.[15].
KMnO 4
OH
OH
Figura 29: Formación del diol con permanganato
21
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
NaIO 4
OH
H
OH
O O
OH
HO
H
O O
Figura 30: Ruptura del diol con peryodato
3.6.3.- Mecanismo de reacción del permanganato
Durante casi un siglo se ha dicho que todas las reacciones de permanganato-alquenos
proceden a través del mismo medio, un manganato cíclico (V) diéster.
H
H
H
H
O
O
Mn
O
O-
Figura 31: Manganato cíclico Diéster (v).
Al llevarse a cabo esta reacción se puede obtener un carbanión y un carbocatión. El
carboanión puede estar asociado con una estabilización del estado fundamental del electrón
por la donación de electrones en lugar de un efecto en el estado de transición. [16]
Producto 2a
O
O-
ph
C
H
Producto 2b
Oph
O-
+
C
C
H
H
C
H
Figura 32: Producto 2a con carbocatión y producto 2b con carboanión.
Las constantes de velocidad son directamente proporcionales a la concentración de iones
manganato según lo reportado en algunos estudios, por lo que se dice que la reacción es de
primer orden reductor.
22
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
Lo cual es explicado con la reacción que se inicia con la formación del manganato cíclico
(V) diéster sugerido por varios autores. [16]
REACCIÓN 1
H
H
H
+
H
H
H
-
MnO 4
H
O
H
O
Mn
O
O-
Figura 33: Formación del manganato cíclico (v) diéster
El manganato cíclico (V) diéster formado al principio y representado en la figura 31, es
reducido dando dos moles de manganato (V). Existen tres tipos de mecanismos por los
cuales puede pasar el manganato cíclico (v) diéster durante el momento en que se lleva la
oxidación: En uno, el manganato cíclico (V) diéster es oxidado e hidrolizado como en las
reacciones 2 y 3. [17]
REACCIÓN 2
H
H
H
H
H
O
O
-
H
+ MnO 4
H
O
Mn
O
H
O
+ MnO 4
2-
Mn
O-
O
O
REACCIÓN 3
H
H
H
H
O
O
Mn
O
+ 2 OH
-
H
H
H
H
HO
+ MnO 42-
OH
O
Figura 34: Mecanismo 1: oxidación e hidrólisis del manganato (v) diéster
23
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
El segundo mecanismo propuesto por algunos informes reportados por los científicos es
que el manganato cíclico (V) diéster puede formar dímeros en soluciones acuosas.
Seguido por la hidrólisis dando lugar a la formación de MnO2 4 como producto. [17] y [18]
REACCIÓN 4
H
2
H
H
H
H
H
O
+
O
O
H
O-
OO
Mn O Mn
O
O
H2O
Mn
H
OO
H
-
H
H
H
-
+ 2 MnO 4 + 2 OH
REACCIÓN 5
H
H
OO
O OO
Mn
H
O
H
H
-
Mn
O
H
O
+ 2 MnO 4 + H2O
H
H
+ 4OH
2
H
H
H
H
HO
-
+ 2 MnO 42-
OH
Figura 35: Mecanismo 2: dimerizaciones e hidrólisis del manganato (v)
Sin embargo, la baja concentración en estas soluciones intermedias presenta tendencia a
suprimir la formación de dímeros reacción [4] o la naturaleza altamente básica de las
soluciones. El tercer mecanismo propuesto es la hidrólisis intermedia del manganato (v)
diéster seguida por la oxidación de HMnO24 a MnO24 como en las reacciones 6 y 7.
24
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
REACCION 6
H
H
H
H
O
+ H2O + OH
O
-
Mn
O
H
H
H
H + HMnO 4
HO
2-
OH
O-
REACCION 7
HMnO 4
2-
-
+ MnO 4 + OH
-
2 MnO 4
2-
+ H2 O
Figura 36: Mecanismo 3: supresión de dimeros, hidrólisis y oxidación con cambio de estados
HMnO24 a MnO24
El primer y el tercer mecanismo que predominan en las reacciones de oxidación de
Leumieux Von Rudloff dependen de las magnitudes relativas de las constantes de velocidad
en las reacciones 2 y 6, ya que la formación de estos dioles son la base para terminar
correctamente el proceso. [18] y [19]
El manganato (V), formado en la reacción (6), no es estable en condiciones ácidas porque
es inmediatamente reducido a MnO2. Se puede decir que la formación de diferentes
productos MnO42 no está asociado con ningún cambio fundamental en el mecanismo de la
reacción entre permanganato y carbono-carbono de doble enlace. El cambio en los
productos es debido a la mayor reactividad de manganato (V) diéster por estados de posttransición. [18] y [19]
3.6.4.- Mecanismo de reacción del peryodato
El ión peryodato o periodato es un oxoanión compuesto de yodo y oxígeno que incluye dos
formas: el ión metaperyodato de fórmula IO4− y el ión ortoperyodato de fórmula IO65−. En
disoluciones acuosas se forman equilibrios entre ambas formas:
IO-4
+
2 H2O
H4IO-6
Figura 37: Síntesis de ácido péryodico
25
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
En condiciones neutras o débilmente ácidas, la forma IO4− es la más frecuente, en equilibrio
con una cantidad más pequeña de H4IO6−, el yodo tiende a crear compuestos con índice de
coordinación 6. El ión peryodato H4IO6- oxida a los dioles rompiendo el enlace carbonocarbono y formando aldehídos o cetonas. [20]
Figura 38: Mecanismo de reacción del peryodato en la oxidación de Leumieux Von Rudloff
Se pueden utilizar varios peryodatos para preparar soluciones acuosas oxidantes, El más
útil es el metaperyodato de sodio con el cual se puede preparar disoluciones acuosas hasta
una concentración de 0.06 M a 25 grados centígrados. Las oxidaciones de compuestos
orgánicos por el peryodato siguen un conjunto de reglas regulares y predecibles. [21]
1. El ataque de grupos funcionales adyacentes siempre dan origen a la ruptura del
enlace carbono-carbono entre los grupos.
2. Un átomo de carbono enlazado a un grupo hidroxilo se oxida a un aldehído o
cetona.
3. El grupo carbonilo del aldehido se transforma en un grupo ácido carboxílico.
26
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
3.6.5.-La oxidación Leumieux con varios compuestos hidrocarbonados
El reactivo permanganato de potasio–peryodato de sodio que es un combinado oxidante que
ha presentado un amplio uso en el campo de los lípidos, además ha sido utilizado con un
pH 8-10 en una gran variedad de compuestos alifáticos como son: alcoholes, aldehídos,
ácidos, cetonas y éteres.
Las reacciones de oxidación con alcoholes alifáticos son muy lentas, con muy bajo
rendimiento y no presenta diferencias significativas en la tasa de oxidación entre alcoholes
primarios, secundarios y terciarios, Por lo cual, no generan un proceso oxidativo eficaz. con
el perácido se pueden obtener rendimientos de hasta 70%, pero la tasa de oxidación es más
baja que la de los alcoholes, en cuanto a aldehídos y cetonas se obtiene un rendimiento de
85% con tasas de oxidación considerables que señalan que son compuestos precursores de
productos oxidados. La reacción de oxidación con éteres cíclicos no se puede llevarse a
cabo correctamente por el inadecuado mecanismo por el cual se abre el anillo. [22].
En las oxidaciones en cetonas y aldehídos el reactivo permanganato de potasio–peryodato
de sodio con pH 8-10 hidroxila un doble enlace olefínico rápidamente para dar dos
isómeros. El primero 1,2-diol y el segundo 1,2 cetol. [23].
OH
O
A
H3C
HO
B
H3C
CH3
O
CH3
Figura 39: Estructuras de A)1,2 diol B)1,2 cetol
El mecanismo de la hidroxilación con permanganato de potasio–peryodato de sodio fue
presentado en 1958 y desde entonces ha sido estudiado aún más por Wolfe y Lemieux, los
cuales demostraron que un éster manganato puede ciclar intermedios. Dado que sólo
27
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
cantidades catalíticas de permanganato que utilizan los aldehídos o cetonas se oxidan sin
problemas para formar ácidos carboxílicos.
Una de las propiedades básicas de este combinado oxidante mencionado anteriormente es la
reoxidación del permanganato, esta reoxidación se presenta por el exceso de peryodato,
pero se debe tener cuidado con compuestos altamente reactivos que puedan reducir el
permanganato más allá de la reoxidación. [23].
Esta reacción de reoxidación del permanganato está originada por la presencia de dos iones
manganeso: MnO y MnO2, estos iones son representados de acuerdo a la cantidad de
oxidante consumido durante la reacción lo cual es llamado: tasa de oxidación.
La velocidad de reacción y la cantidad de oxidante consumido por los alcoholes, cetonas,
aldehídos, éteres, ésteres y ácidos carboxílicos se determina mediante la tasa de oxidación.
Dado que las tasas de oxidación de las reacciones responden a la ruptura del doble enlace,
esta ruptura depende de los cambios de temperatura, se puede decir que los diferentes
productos se deben a reacciones post-transición del estado. [24].
Se ha utilizado esta solución de permanganato de potasio-peryodato de sodio para oxidar el
doble enlace en el anillo A del compuesto esteroidal 4-colesten-3ona, para formar un ácido
carboxílico y un grupo ceto en el anillo A del ciclopentafenantreno.
CH3 R
CH3 R
NaIO 4 -KMnO 4
CH3
CH3
HO
O
O
O
Figura 40: Síntesis del ácido 5-oxo-3 seco-A-norcolestan-3-ioco a partir de la oxidación de 4colesten-3ona.
La primera oxidación del compuesto esteroidal 4-colesten-3ona para obtener el compuesto
esteroidal oxidado ácido 5-oxo-3,seco-A-nor-colestan-3-oico fue hecha por Windaus quien
28
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
utilizó una oxidación con permanganato alcalino, más tarde otros colaboradores utilizando
este mismo compuesto obtuvieron un rendimiento de 60-85% de ácidos carboxílicos.
Leumiex utilizó su método para oxidar 4-colesten-3ona en medio frio con cetona en el cual
obtuvó 79-88% de rendimiento. Los estudios estereoquímicos hechos por los científicos
con el compuesto esteroidal 4-colesten-3ona sugieren tener cuidado en aspectos
importantes como son: pH, Temperatura, la adición de la solución peryodato-permanganato
que debe ser lenta para llevar a cabo una correcta oxidación y evitar productos de
degradación. [24] y [25]
Esta solución que es ligeramente alcalina de permanganato de potasio-peryodato de sodio,
también fue utilizada por Lemieux Bauer como reactivo para su investigación en la
detección de carbohidratos en cromatogramas de papel. Los datos presentados en esa
investigación mostraron que un reactivo compuesto por 0.0197mMol peryodato y
permanganato de 0.00034 mMol a pH 7.7 y a 20 °C, eficientemente oxida 0.0025 Mmol
que es el consumo de la cantidad de oxidante teóricamente necesaria para romper la olefina
y formar el ácido carboxílico.
El hecho de que en esta investigación con carbohidratos, después de 20 horas se obtuvierán
ácidos pelargónicos, demuestra que la oxidación fue específica para la vinculación olefinas
o alquenos. [26], [27] y [28]
H3C
O
HO
Figura 41: Estructura del ácido perlagónico
Posteriormente esta oxidación olefínica ha sido utilizada por el científico Tulloch para la
ruptura oxidativa de los dobles enlaces en ácidos grasos insaturados: oleico, linoléico,
linolénico, eicosapentaenoico y ácido docosahexanoico para obtener fragmentos de ácidos
grasos saturados monocarboxílicos y dicarboxílicos. [28]
29
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
O
CH3
HO
Ácido oleico
NaIO 4 - KMnO 4
O
H3C
OH
+
OH
O
O
OH
Acido nonanoico
Acido azelaico
Figura 42: Oxidación del ácido oleico
Los resultados obtenidos por Tulloch fueron comparados con los calculados a partir de la
composición de los aceites con el análisis de cromatografía de gases de los productos de
degradación. Tulloch también utilizó el proceso de ozonolisis, pero este no fue efectivo por
lo que el método elegido por él fue la oxidación de Leumieux Von Rudloff por producir
oxidaciones rápidas y eficaces. Los ácidos monocarboxílicos obtenidos en esa
experimentación fueron: el nonanoico, capróico, propiónico y los ácidos dicarboxílicos
fueron: azélaico, malónico, glutárico y succínico. [29] y [30]
OH
H3C
O
O
HO
O
O
Acido nonanoico OH
O
OH
Acido malonico
Acido azelaico
OH
H3C
O
H3C
O
O
OH
Acido propionico
HO
Acido caproico
O
O
OH
OH
HO
Acido glutarico
OH
Acido succinico O
Figura 43: Ácidos grasos saturados obtenidos a través de la oxidación de Leumieux en ácidos
grasos insaturados.
30
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
Ácido graso
Fragmentos de ácidos mono
Fragmentos de Ácidos
insaturado
carboxílicos obtenidos
dicarboxílicos obtenidos
Nonanóico
Azélaico
Oleico
Linoléico
Capróico
Azélaico y malónico
linolénico
Propiónico
Azélaico y malónico
Eicosapentanoico
Propiónico
Glutárico y malónico
Docosahexánoico
Propiónico
Succínico y malónico
Tabla 2: Ácidos monocarboxílicos y dicarboxílicos obtenidos a partir de la Oxidación de Leumieux
Von Rudloff en ácidos grasos insaturados.
La capacidad del reactivo para lograr una oxidación completa de la olefina depende de la
regeneración del permanganato de su estado reducido por la reoxidación con iones
peryodato. Además se ha descubierto que los metaperyodatos de sodio en una solución
alcalina de iones manganato dan lugar a la formación inmediata del Ion permanganato.
Esta observación proporciona explicación satisfactoria para la regeneración del
permanganato en la oxidación utilizando peryodato de sodio desde que Drummond
presentó pruebas de que las olefinas y otros compuestos no reducen permanganato más allá
de la etapa de manganato. Esta conclusión fue apoyada incluyendo el efecto del pH en la
capacidad de los reactivos para oxidar sustancias estables hacia peryodato. Es bien sabido
que los iones de manganato se desproporcionan en dióxido de manganeso e iones de
permanganato en medio ácido. [31]
Como ya se dijo anteriormente la oxidación con peryodato de sodio y permanganato de
potasio da origen a los ácidos carboxílicos, por lo general se hace muy lenta en los medios
alcalinos (porque este es un paso en la que el peryodato-permanganato oxidan las olefinas y
su cambio de pH ácido no favorece la oxidación).
La alcalinidad fuerte de la solución lleva a la desaparición del permanganato color morado,
por lo tanto el rango de pH más favorable para la solución de peryodato –permanganato es
31
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
7 a 10, ya que por encima del pH 10 no funciona y el pH de la mezcla de reacción al
completarse la oxidación debe ser también entre 7-10.[32].
Esto ha sido comprobado en la experimentación con olefinas cíclicas como son el 1ciclohexeno y el 1-ciclopenteno obteniendo resultados que muestran que la tasa de
velocidad de reacción total está vinculada con un aumento no mayor de 10. El efecto de la
temperatura sobre la velocidad de reacción influye mucho, el aumento de temperatura
considerable aumenta la velocidad de reacción, pero el exceso de temperatura provoca que
se presente un aumento en la concentración de ion peryodato que tiene un efecto retardador
de velocidad de reacción. [33] y [34]
Sin embargo, estos resultados sirven como una prueba más de que en estas reacciones de
oxidación los pasos que implican el ion peryodato son rápidos en comparación con aquellos
que implican permanganato. Cabe señalar que la formación de los glicoles empleando
peryodato es fuertemente dependiente del pH, ya que se ve afectada al aumentar a más de
10 o disminuir a menos de 8.[35].
3.6.6.-Oxidación con permanganato de esteroides.
Las oxidaciones de permanganato se pueden llevar a cabo en medios alcalinos en
soluciones acuosas. Los resultados de las reacciones reportadas por algunos científicos de
la reactividad del ión permanganato sugieren que esta es similar a la promovida por
tetraóxido de osmio que es un oxidante de alta reactividad con esteroides dienoconjugado.
[36] y [37].
CH3 C9 H17
CH3
CH3 C9 H17
75%
CH3
KMnO 4 , H 2O
metilciclohexano
HO
15%
CH3 C9 H17
CH3
O
HO
HO
HO
HO
HO
HO
Figura 44: Oxidación de ergosterol con metilciclohexano y permanganato de potasio con formación
de 2 productos el 8 alfa –epoxi -5 alfa –ergost-22-ene-3 beta,5,6alfa-triol producto principal con
75% de rendimiento y 3β, 5α, 6α - trihydroxyergosta-7, 22-dieno con 15% de rendimiento.
32
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
CH3 C9 H17
CH3
CH3 C9 H17
CH3
OsO4
Na2SO 3
HO
HO
HO HO
Figura 45: Oxidación de ergosterol con sulfato de sodio y tetraóxido de osmio para la síntesis de
3β, 5α, 6α - trihydroxyergosta-7, 22-dieno.
3.6.7.-Oxidaciones peryodato-permanganato en la determinación de grupos
metileno terminal
El peryodato-permanganato también puede ser utilizado en la oxidación de metilenos
terminales (CH2=C:) para producir formaldehído. La oxidación con permanganatoperyodato de grupo metileno produce un primer producto que es un glicol, posteriormente
se forma un cetol y como producto final un hidroxialdehido
OH
H
H2C
H
O
H
H
OH
KMnO 4/NaIO 4
OH
H
O
H
1
2
O
H
3
Figura 46: formación de hidroxialdehido
Al llevarse a cabo esta reacción se debe tener en cuenta: el efecto del pH en la ruta de la
reacción, el efecto de pH sobre la velocidad de la oxidación de peryodato de glicoles y
cetoles, el efecto del pH en la velocidad de la oxidación permanganato a formaldehido y la
solubilidad del compuesto en medio acuoso. Ya que la formación del formaldehido es
rápida en un al pH 10 facilitando la degradación del glicol.[37],[38] y [40].
33
Pablo César Pérez Castro
Marco teórico
3.7) Azaesteroides
La excesiva estimulación de las hormonas andrógenas como la DHT (Dihidrotestosterona)
causa una alopecia (calvicie estándar masculina), acné vulgaris, seborrea, hirsutismo
femenino, hipertrofia prostática benigna y cáncer de próstata. Las hormonas esteroides antiandrogénicas (por ejemplo, el estrógeno) son compuestos que resultaron ser capaces de
tratar estos síntomas causados por una excesiva estimulación de hormonas andrógenas. Sin
embargo, tienden a producir actividades no deseables, como por ejemplo la feminización,
debido a que ellas mismas tienen actividad hormonal. [41] y [42]
Debido a que la 5α-reductasa actúa en la testosterona para formar la dihidrotestosterona, si
se puede inhibir la actividad de la 5α-reductasa se puede esperar que el tratamiento de los
síntomas debido a una excesiva estimulación de las hormonas andrógenas no produzca
dichos efectos secundarios. La 5α-reductasa humana incluye dos isoenzimas tipo 1 y 2, se
ha dilucidado que la 5α-reductasa de tipo I existe en las glándulas sebáceas de la cara y la
piel, y que la 5α-reductasa de tipo II se distribuye en la próstata. [43]
Se han llevado a cabo investigaciones extensivas durante muchos años en la síntesis de
derivados que tengan actividad inhibidora contra la 5α-reductasa de la testosterona y la
actividad farmacológica de sus derivados. Como resultado, se ha encontrado que algunos
compuestos que tienen una estructura específica inhiben fuertemente la 5α-reductasa de tipo
II y la 5α-reductasa de tipo I llamados: azaesteroides que son sintetizados a partir de ácidos
carboxílicos contenidos en algún anillo del ciclopentafenantreno de un compuesto
esteroidal oxidado, estos han logrado la inhibición de las enzimas mencionadas y
disminuido la actividad del nivel de DHT en sangre.
Existen 2 tipos de azasteroides uno actividad en la enzima 5α-reductasa que son los 4azasteroides como es el caso de la finasterida y los 6 azaesteroides inhibidores específicos
de 5α-reductasa tipo 1. Estos compuestos presentan diversas actividades biológicas,
también son materia prima para la síntesis de nuevas estructuras importantes como son las
sales de iminoy oxaziridinas. [44] y [45]
34
Pablo César Pérez Castro
Metodología
4.- METODOLOGÍA
4.1.- Materiales y métodos
Este trabajo se realizó en el laboratorio “Ladiser de Química Orgánica y Biotecnología” de
la Facultad de Ciencias Químicas. La espectrometría de masas y la RMN H1 se realizarón
en el instituto de química de la UNAM.
Las reacciones se siguieron por cromatografía de capa fina (CCF), utilizando placas gel de
sílice comerciales 60 F254. Los productos fueron observados bajó a la luz UV a 254 nm.
Las placas cromatografícas se revelarón y se observarón con solución de ácido ptoluensulfónico al 20%, revelador de permanganato de potasio y por cámara de revelador
de Iodo.
Las purificaciones se realizaron empleando columnas empacadas con gel de sílice, también
se utilizó alúmina y carbón activado.Los disolventes utilizados fueron purificados antes de
ser usados.
Se utilizó la balanza analítica del ladiser Radway xw 220 para pesar los reactivos y los
sistemas en los que se corrió dependieron de cada producto obtenido.
A continuación se muestra un diagrama de la metodología utilizada en este trabajo
recepcional:
Consulta bibliográfica
Realización de cálculos
estequiométricos
Estructuración de un
método
Modificaciones en el
método y la
estequiometria en cada
reacción efectuada.
Montaje de la reacciones
de oxidación de los
compuestos esteroidales
y su monitoreo con
placa cromatografíca.
Preparación del
material de
laboratorio, búsqueda
de reactivos,
purificación de
solventes.
Purificación de los
compuestos obtenidos y
utilización de técnicas
instrumentales en los
productos finales.
Establecimiento de
rendimientos.
Diagrama 1: Metodología utilizada en la síntesis de ácidos delta-oxo carboxílicos.
35
Pablo César Pérez Castro
Metodología
4.2.-Procedimiento general para la oxidación de esteroides:
En un matraz de 2 bocas se pesa 1 equivalente del compuesto esteroidal, se disuelve en 15
ml de acetona y 5 ml de isopropanol, se deja agitando la reacción a una temperatura de
65˚C -70˚C.
En un vaso de precipitados se pesa 1.5 equivalentes de Na2CO3 disuelto en 5ml de agua
destilada calentar de 65-70˚C y después de alcanzar esta temperatura adicionar esta
solución al matraz de 2 bocas que debe estar en reflujo a una temperatura de 65˚C - 70˚C.
Por separado en otro vaso de precipitados pesar 5.0 equivalentes de NaIO4 con 0.16
equivalentes de KMnO4 disueltos en 5 ml de agua destilada, agitar, calentar de 65-70˚C
hasta disolver completamente y checar el pH de la suspensión permanganato de potasioperyodatode sodio
Adicionar la suspensión caliente de permanganato de potasio-peryodato de sodio con un
embudo de adición gota a gota al matraz de dos bocas y dejar en reflujo, monitorear la
reacción empleando cromatografía de capa fina.
Filtrar la mezcla de reacción y enfriar a -10˚C, checar el pH y adicionar HCl concentrado
hasta alcanzar un pH entre 2-3. Agregar tiosulfato de sodio al 10% y checar con papel KI si
ha sido eliminado el oxidante restante. Extraer 3 veces la mezcla de reacción con 10 ml de
cloruro de metileno, Concentrar en el rotavapor la fase orgánica a sequedad, pesar el
producto y establecer un rendimiento.
4.3.-Procedimiento para la obtención del ácido 3,5-seco-4-A-nor-androstan17-hidroxi -5-oxo-3-oico
CH3 OH
CH3 OH
H
O
CH3
NaIO4 -KMnO 4
CH3
H
H
HO
H
O O
Esquema 1: Obtención del ácido 3,5-seco-4-A-nor androstan-17- hidroxi -5-oxo-3-oico.
36
Pablo César Pérez Castro
Metodología
De acuerdo al procedimiento general se pesó en un matraz de 2 bocas 1 gr de testosterona
(3.47mMol), disuelto en 15 ml de cetona, 5ml de isopropanol y se dejó agitando a una
temperatura de 65˚C -70˚C.
En un vaso de precipitados se pesaron 0.55gr de Na2CO3 (5.2 mMol) y se disolvieron en
5ml de agua destilada, se calentó esta solución a una temperatura de 65-70˚C,
posteriormente se adicionó lentamente al matraz de 2 bocas con reflujo a una temperatura
de 65˚C-70˚C y se dejó agitando la mezcla de reacción durante 15 minutos.
En otro vaso de precipitados se pesaron 3.73 gr de NaIO4 (17.4 mMol) con 0.090gr de
KMnO4 (0.5 mMol) disueltos en 5 ml de agua destilada en agitación, se calentó a una
temperatura de 65-70˚C y se checó el pH.
Se adicionó la suspensión permanganato de potasio-peryodato de sodio a temperatura
constante de 65-70˚C con un embudo de adición gota a gota al matraz de dos bocas durante
1 hora esperando que cada gota sea consumida y se dejó en reflujo durante 1hr en constante
agitación suave.
Después se monitoreo la reacción por cromatografía de capa fina, se detuvo el
calentamiento y se dejó enfriar a -10˚C, Se filtró la mezcla de reacción y al filtrado se le
checó el pH. Después se adicionó 1 ml HCl y se checó el pH el cual fue de 2-3.
Se agregó10 ml de tiosulfato de sodio al 10%, se checó con papel KI si fué eliminado el
oxidante restante.
Se extrajó 3 veces con 10 ml de cloruro de metileno la mezcla de reacción y las fases
orgánicas se les adicionó 10 ml de agua destilada y se lavó la fase orgánica.
Se concentró en el rotavapor la fase orgánica a sequedad, después se aísló un sólido
cristalino color amarillo claro y pegajoso con un rendimiento de 0.87 gr y un punto de
fusión de 101.5˚C.
37
Pablo César Pérez Castro
Metodología
4.4.- Procedimiento para la obtención de ácido 3,5-seco-4-A-nor-androstan5,17-diona-3-oico
CH3 O
CH3 O
H
CH3
NaIO 4 -KMnO 4
CH3
H
H
HO
H
O O
O
Esquema 2: Obtención de ácido 3,5-seco-4-A-nor-androstan-5,17-diona-3-oico
De acuerdo al procedimiento general se pesó en un matraz de 2 bocas 1 gr de
Androstendiona (3.49 mMol), disuelto en 15 ml de acetona, 5ml de isopropanol en
agitación a una temperatura de 65˚C -70˚C
En un vaso de precipitados se pesaron 0.55gr de Na2CO3 (5.23 mMol), disueltos en 5ml de
agua destilada, se agitó y se calentó esta solución a un temperatura de 65-70˚C. Después de
alcanzar esta temperatura se adicionó esta solución lentamente al matraz de 2 bocas en
reflujo a una temperatura de 65˚C-70˚C, se dejó agitando la mezcla de reacción durante 15
minutos para tratar de disolver el Na2CO3.
En otro vaso de precipitados se pesaron 3.73 gr de NaIO4 (17.43 mMol) con 0.088 gr de
KMnO4 (0.56 mMol) disueltos en 5 ml de agua destilada, se calentó está suspensión a una
temperatura de 65-70˚C y se checó el pH
Se adicionó lentamente la suspensión permanganato de potasio-peryodato de sodio caliente
y completamente disuelta con un embudo de adición gota a gota al matraz de dos bocas
durante 2 ½ horas esperando que cada gota fuera consumida y se dejó en reflujo durante 2
½ horas en constante agitación suave a 65˚C-70˚C, posteriormente se monitoreo la reacción
con CCF.
38
Pablo César Pérez Castro
Metodología
Se realizó una segunda dosificación con 1.865gr de peryodato de sodio (8.71 mMol) y
0.044 gr de permanganato de potasio (0.28 mMol) en las mismas condiciones con un
tiempo de adición de 1 hr y se dejó a reflujo durante 1 hr, monitoreando la reacción con
CCF.
Después se suspendió el calentamiento y se dejó enfriar la mezcla de reacción a -10˚C, se
filtró la mezcla de reacción y al filtrado se checó su pH.
Se adicionó 1 ml HCl, se checó el pH el cual estaba entre 2-3, se agregó 10 ml de tiosulfato
de sodio al 10% utilizando papel KI para determinar si todavía quedaba oxidante restante
en el filtrado, se separó fases con 5 ml de acetona-5ml de agua y se concentró a sequedad la
fase orgánica.
Se disolvió en acetato de etilo la fase organica, se utilizó cromatografía de columna para
purificar el producto. Después se aisló un producto aceitoso, color amarillo y pegajoso con
un rendimiento de 0.8 gr equivalente al 72.7% con un punto de fusión de 101˚C.
4.5- Procedimiento para la obtención de ácido 3,5-seco-4-A-nor-androstan5,17-diona-3-oico a partir de AD Enol Éter:
CH3 O
CH3 O
H3C
H
CH3
NaIO 4 -KMnO 4
CH3
H
O
H
HO
H
O O
Esquema 3: Obtención de ácido 3,5-seco-4-A-nor-androstan-5,17-diona-3-oico a partir de AD Enol
Éter.
De acuerdo al procedimiento general se pesó en un matraz de 2 bocas 1 gramo de AD Enol
Éter (3.33mMol), disuelto en 15 ml de cetona, 5ml de isopropanol y se dejó agitando en el
equipo de reflujo a una temperatura de 65-70˚C.
39
Pablo César Pérez Castro
Metodología
En un vaso de precipitados se pesaron 0.52gr de Na2CO3 (4.99 mMol), disueltos en 5ml de
agua destilada se agitó y se calentó esta solución a un temperatura de 65-70˚C. Después de
alcanzar esta temperatura se adicionó lentamente al matraz de 2 bocas a una temperatura de
65-70˚C y se dejó en agitando durante 15 minutos para tratar de disolver el Na2CO3.
En otro vaso de precipitados se pesaron 3.56 gr de NaIO4 (16.65mMol) con 0.072 gr de
KMnO4 (0.46 mMol) se disolvieron en 5 ml de agua destilada y se calentó a una
temperatura de 65-70˚C, después se checó el pH de la suspensión permanganato de potasioperyodato de sodio.
Se adicionó lentamente la suspensión caliente permanganato de potasio-peryodato de sodio
con un embudo de adición gota a gota al matraz de dos bocas durante 2 horas esperando
que cada gota sea consumida y se dejó en reflujo durante 2 horas en constante agitación
suave a 65-70˚C, monitoreando con CCF.
Se realizó una segunda dosificación con 1.78 gr de peryodato de sodio (8.32 mMol ) y
0.036 gr de permanganato de potasio (0.23mMol) en las mismas condiciones con un tiempo
de adición de 1 hora y se dejó en reflujo durante 1 hr a 70˚C, tomando CCF.
Posteriormente se dosificó una tercera vez con 1.78 gr de peryodato de sodio (8.32m Mol)
y 0.036 gr de permanganato de potasio (0.23 mMol) en las mismas condiciones con un
tiempo de adición de 2 horas y se dejó en reflujo durante 2 hrs, tomando CCF.
Se detuvó el calentamiento y se dejó enfriar a -10˚C, se filtró la mezcla de reacción y al
filtrado se checó pH. Después se adicionó 1 ml HCl y se checó el pH el cual estaba entre 23. Se agregó 10ml de tiosulfato de sodio al 10% y se determinó con papel Ki si había sido
eliminado el oxidante restante, se separaron fases con 5 ml de acetona-5ml de agua y se
concentró a sequedad la fase orgánica.
Se disolvió la fase orgánica en 15ml de CH2-Cl2 y se lavó con 10 ml de agua destilada 4
veces, posteriormente se concentró a sequedad en rotavapor, los cristales formados se
lavaron con acetato.de etilo, después estos lavados se purificaron con cromatografía de
40
Pablo César Pérez Castro
Metodología
columna.Concentrar a sequedad las fracciones obtenidas en la cromatografía de columna,
se obtiene un producto cristalino amarillo y fino con un rendimiento de 0.75 gr equivalente
al 70% con un punto de fusión de 102˚C.
41
Pablo César Pérez Castro
Discusión de resultados
5.- DISCUSIÓN DE RESULTADOS:
Dado que los algunos azaesteroides son catalogados en la industria farmacéutica como
compuestos con posible actividad biológica se ha propuesto una técnica en compuestos
esteroidales que contengan en el anillo A del ciclopentafenantreno un doble enlace que al
sufrir una ruptura por medio de la oxidación de Leumieux Von Rudloff formen ácidos
carboxílicos que sean precursores de estos azasesteroides.
Se realizaron varias reacciones con diferentes compuestos esteroidales utilizando como
referencia la oxidación de esteroides promovida en el año 2008 por Medicinal Chemistry
División, North-East Institute of Science and Technology, Jorhat 785006, Assam, India, en
la cual se utiliza isopropanol (40ml) , agua (6ml), carbonato de sodio (1.2 g), para obtener
una solución en donde se puede llevar a cabo una oxidación y posteriormente para que se
realice la oxidación se utiliza permanganato de potasio (90mg) y peryodato de sodio (12g) a
una temperatura de 75˚C con un reflujo de 2 horas.
Modificaciones
Agua
Acetona
Isopropanol
Carbonato de
sodio
Peryodato de
sodio
Permanganato
de potasio
temperatura
Técnica de
referencia
[12],[13] y [14]
6 ml
-----40 ml
1.2 gr/
11.32mMol
12 gr/
56.07mMol
0.090 gr
Oxidación de
Testosterona
Oxidación de
AD
Oxidación de
AD Enol Éter
6 ml
15 ml
5 ml
0.55 gr
6 ml
15 ml
5 ml
0.55 gr
6 ml
15 ml
5 ml
0.52 gr
3.73 gr
5.59 gr
7.12gr
0.090 gr
0.132 gr
0.144 gr
75˚C
65-70˚C
65-70˚C
65-70˚C
Tabla 3: Modificaciones hechas en los 3 esteroides en comparación a la técnica de referencia.
Se utilizó la reacción de Leumieux Von Rudloff en los compuestos esteroidales:
Testosterona, Androstendiona, AD Enol Éter y Pregnenolona. En los 3 primeros
compuestos se tuvó éxito en la síntesis de ácidos delta oxo carboxílicos, mientras que en la
42
Pablo César Pérez Castro
Discusión de resultados
pregnenolona no fue factible ya que no hubó cambio alguno en comparación con la materia
prima.
CH3 OH
A
CH3 OH
1A
CH3
NaIO4 -KMnO 4
CH3
H
H
H
HO
H
O O
O
CH3 O
CH3 O
B
1B
CH3
NaIO 4 -KMnO 4
CH3
H
H
H
HO
H
O O
O
CH3 O
C
NaIO 4 -KMnO 4
CH3
H3C
H
H
O
A) Testosterona
A1) Ácido 3,5-seco-4-A-nor androstan-17- hidroxi -5-oxo-3-oico.
B) Androstendiona
1B) Ácido 3,5-seco-4-A-nor-androstan-5,17-diona-3-oico
C) AD Enol Éter
Se modificó la metodología de acuerdo a cada compuesto esteroidal, incluyendo también la
estequiometria y volumen de solventes utilizados, puesto que se observó que en la técnica
propuesta por the Institute of Science and Tecnology las grandes cantidades de oxidante
eran utilizadas para oxidar el volumen considerable de isopropanol transformándolo en
43
Pablo César Pérez Castro
Discusión de resultados
acetona, Por lo que se necesitaba un mayor consumo de oxidante para que hubiera ruptura
del doble enlace en los compuestos esteroidales.
H3C
OXIDANTE
CH3
HO
H3C
O
CH3
Figura 47: Formación de cetona a partir de la oxidación del isopropanol
Se utilizó menor cantidad de isopropanol y también se disminuyó la cantidad de oxidante
sin verse afectada la función de los dos en la mezcla de reacción. En lugar del isopropanol
se utilizó 15 ml cetona para favorecer la solubilidad. Se redujó la cantidad de carbonato de
sodio, ya que solo se requiere para mantener un medio alcalino en la mezcla de reacción.
Se llevó a cabo varias recciones en donde se modificó el pH de la suspensión de
permanganato de potasio-peryodato de sodio que fue monitoreada con tiras reactivas. Se
comenzó desde pH 7 y 8 los cuales no garantizaron la reactividad correcta de la suspensión
oxidante hasta que se estableció un pH 9-10 que fue efectivó.
También se modificó la temperatura de esta suspensión oxidante comenzando desde 50˚C y
60 ˚C , temperaturas que no lograron la completa solubilidad hasta que se establece una
temperatura de 65˚C -70 ˚C que solubiliza correctamente la suspensión favoreciendo la
interacción entre el permanganato de potasio y el peryodato de sodio evitando la
floculación. Estos dos parámetros modificados son responsables de la reactividad de la
suspensión para oxidar eficazmente el doble enlace localizado en el anillo A de los
compuestos esteroidales utilizados en la experimentación.
Para la síntesis de estos ácidos delta oxo carboxílicos es indispensable el control de la
temperatura en la mezcla de reacción que no debe sobrepasar los 70˚C, para evitar la
formación de productos de degradación visualizados en la cromatografía de capa fina.
44
Pablo César Pérez Castro
Discusión de resultados
T= Testosterona
R= Reacción de oxidación de testosterona
o= oxidación de testosterona con producto de
degradación
AD= Androstendiona
O= Oxidación de AD con productos de degradación
más visibles.
Esquema 4: Visualización de productos de degradación en el producto oxidados de Androstendiona y
testosterona por placa cromatografica.
La adición de la suspensión oxidante en la mezla de reacción genera calor que puede
sobrepasar estos 70˚C es por eso que debe ser lenta y en pocas cantidades. También se
modificó los tiempos de adición de esta suspensión oxidante de acuerdo al comportamiento
con cada esteroide.
Al finalizar la reacción se determinó que la mezcla de reacción se encuentra a un pH 9-10 y
que es importante que este a -10 ˚C cuando se agregue ácido clorhídrico concentrado para
evitar el desprendimiento de gases monitoreando el pH con tiras reactivas, posteriormente
después de adicionar el ácido clorhídrico la mezcla tiene un pH 2-3, el cual favorece a la
estabilidad del carbonilo en los ácidos carboxílicos.
Para eliminar la presencia de oxidante restante en la mezcla de reacción se utilizó tiosulfato
de sodio al 10% como reductor el cual se dosificó a -10°C evitando con esto la posible
reactividad del oxidante al momento de someterlo a calor cuando se aisle el compuesto y la
posible degradación del producto obtenido. Otra opción para eliminar este oxidante y los
posibles contaminantes fue los lavados con agua destilada (pH 2 fase orgánica y pH 5 agua
destilada).
45
Pablo César Pérez Castro
Discusión de resultados
Se estableció la fase móvil para corrimiento de placas cromatograficas dependiendo de la
polaridad del compuesto. Para la purificación de cada compuesto se utilizó alúmina, carbón
activado y cromatografía de columna a si mismo se probó la cristalización.
Parámetros modificados
testosterona
AD
AD Enol Éter
0.090 gr-3.73 gr
0.132 gr-5.59 gr
0.144 gr-7.12 gr
65-70˚C
65-70˚C
65-70˚C
1 hr
3½ hrs
5 hrs
65-70˚C
65-70˚C
65-70˚C
Tiempos de reflujo
1 hr
3½ hrs
5 hrs
Fase móvil
6:4;hex:aco.etilo
Cantidad de KMnO4 y
NaIO4
Temp.solución de
KMnO4 y NaIO4
Tiempo de adición
solución de KMnO4 y
NaIO4
Temperatura mezcla de
reacción
4:6;hex:aco.etilo 1:1;hex:ac.etilo
Tabla 4: Parámetros modificados en cada esteroide
La testosterona fue la materia prima para la síntesis del ácido 3,5-seco-4-A-nor androstan17-hidroxi -5-ona-3-oico.
CH3 OH
CH3
H
HO
H
O O
Figura 48: Ácido 3,5-seco-4-A-nor androstan-17-hidroxi -5-ona-3-oico.
46
Pablo César Pérez Castro
Discusión de resultados
H6
H-17
Me-19
Me-18
OH
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
HO
O
H3C
H
H3C
H
O
H
H H
H
H
H HH
H
OH
H
H
H
Esquema 5: Espectro de RMN H1 del ácido 3,5-seco-4-nor androstan-17-hidroxi -5-ona-3-oico.
El espectro de RMN de 1H de Ácido 3,5-seco-4-A-nor androstan-17-hidroxi -5-ona-3-oico
muestra dos señales simples, una en 1.138 ppm para el metilo 19 y la otra en 0.814 ppm
correspondiente al metilo 18.
Los protón del carbono 6 muestran una señal múltiple de 2.4-2.6 ppm. En 3.715 ppm se
observa una señal triple que corresponde al metino 17 que está unido al alcohol que
presenta un desplazamiento en 3.3 ppm.
Para la asignación de las señales se utilizan las siguientes abreviaturas: s = señal simple, d =
señal doble, t = señal triple, dd = señal doble de dobles, m = señal múltiple.
RMN de 1H (400 MHz, CDCl3) 3.715 (1H, t, H-17), 3.3 (1H, s, OH), 2.4-2.5 (1H, m, H6), 1.138 (1H, s,Me-19), 0.814 (1H, s, Me-18).
47
Pablo César Pérez Castro
Discusión de resultados
Esquema 6: Placa de cromatografia de capa fina de la síntesis de ácido 3,5-seco-4-nor androstan-17-hidroxi 5-ona-3-oico a partir de testosterona.
La Androstendiona fue la materia prima para la síntesis
del ácido 3,5-seco-4-nor
androstan-5,17-diona-3-oico.
CH3 O
CH3
H
HO
H
O O
Figura 49: Ácido 3,5-seco-4-A-nor androstan-5,17-diona-3-oico.
El ácido 3,5-seco-4-A-nor-androstan-5,17-diona-3-oico fue determinado por medio de la
espectrometría de masas. En el espectro de Masas (EM) se observan los picos que se
expresan en relación masa-carga (m/z) de los correspondientes fragmentos con respecto al
pico base. El ión molecular se designó como [M+].
E.M. m/z (%):C18 H26O4306 (M++H, 1)307 (15), 289 (47), 234 (100), 233 (51), 219 (43),
177 (22), 149 (21), 121 (17),93 (23), 81 (22) 55 (24) 41(24) 29(7).
48
Pablo César Pérez Castro
Discusión de resultados
H
H
H
H3C
H
H3C
H
H
H
H
H
H
H
HO
H
O
O
H
H H
H
H HH
H
H
O
H
H
Esquema 7: Espectro de masas del ácido 3,5-seco-4-A-nor androstan-5,17-diona-3-oico.
1
2
Esquema 8: placas de cromatografía de capa fina de la síntesis de ácido 3,5-seco-4-nor androstan-5,17-diona3-oico a partir de 1) AD y 2) AD Enol Éter.
Los productos oxidados obtenidos a partir de AD y AD Enol Éter se compararón en una
placa cromatografica revelada con paratoluensúlfonico al 20%, obteniendo como resultado
la identificación del mismo producto. También se compararón estos productos con sus
respectivas materias primas.
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Pablo César Pérez Castro
Discusión de resultados
Esquema 9: placa de cromatografía de capa fina comparativa de la síntesis de ácido 3,5-seco-4-nor androstan5,17-diona-3-oico a partir de AD y AD Enol Éter.
Espectrometria de masas:
En la espectrometria de masas de la androstendiona se obtuvieron fragmentos m/z
representados en cada pico en el espectro, A continuación se ofrece una propuesta de las
posibles fragmentaciones del ácido 3,5-seco-4-nor androstan-5,17-diona-3-oico.
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Discusión de resultados
M/Z=-55
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Discusión de resultados
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Discusión de resultados
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Conclusiones
6.-CONCLUSIONES:
Se estableció una método para la oxidación del doble enlace en la posición 4 del anillo A
del ciclopentafenantreno por medio de la oxidación de Leumieux Von Rudloff para la
formación de un ácido delta oxo carboxílico en los esteroides testosterona, androstendiona
y AD Enol Éter.
El Ácido 3,5-seco-4-A-nor androstan-17-hidroxi -5-ona-3-oico obtenido a partir de
testosterona se obtuvó con un rendimiento de 81.4%.
El Ácido 3,5-seco-4-A-nor androstan-5,17-diona-3-oico obtenido a partir de androstendiona
se logró un rendimiento de 72.7 %.
El Ácido 3,5-seco-4-A-nor androstan-5,17-diona-3-oico obtenido a partir de AD Enol Éter
se obtuvó con un rendimiento de 65.42%.
Los productos aislados podrían ser empleados como precursores de compuestos
azaesteroidales con posible actividad biológica.
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Pablo César Pérez Castro
Referencias bibliográficas
7.-REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:
1. (Norman &Doorenbos, 1976),(Bakshi, Patel, &Rasmussan, 1995),(Akherm A. A.,
1979),(Kierstead, Faraone, & Boris, 1969.), (William, Hoehn, & Michel, 1995), (Patrick
& Kinsman, 1996), (Anastasiou, Catsoulacus, &Epitheor, 1992), (Zhong Xing Jiang J.Q. Y.-S., 2005).
2. Nomenclatura de química orgánica-Francisco González Alcaraz(1991) Universidad
de murcia pp-141-158.
3. Tratado de fisiología medica octava edición interamericana .Gayton ,Arthur C Mc
graw-hill.
4. Nomenclatura IUPAC de química orgánicathe nomenclature of steroids.madrid.real
sociedad española de fisica y química .1960 .thenomenclature of steroidspp 85-322.
5. Nomenclatura de química orgánica-Francisco González Alcaraz(1991) Universidad
de Murcia pp-141-158.
6. (http://themedicalbiochemistrypage.org/spanish/steroid-hormones-sp.html.)-fecha de
consulta 23 de noviembre 2010.
7. http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Steroid_hormone_receptor-fecha
deconsulta 23 de noviembre 2010
8. http://www.gfmer.ch/Educacion_medica_Es/Pdf/Esteroides_2005.pdffechadeconsulta24 de noviembre 2010.
9. Química inorgánica avanzada-cotton-wilkinson-universidad de texas estados unidos
México limusa. Pp 587-593
10. Advanced organic synthesis methods and techniques-Richard S. Monson(1971)
londrespags: 3-8
11. http://www.quimicaorganica.org/alcoholes/oxidación-de-alcoholes.htm.lconsultada
el 21 de octubre del 2010.
12. Synthesis of azasteroids-polish-H,kapoorvk,Paul D. 1995;69:321-40
Heterosteroids and drug research,prog med chem 1979;1635-148.
13. Azasteroids:structure activity relationships for inhibition of 5α-reductase,andofr
androgenreceptorbindingJmedchemRasmussenGH,ReynoldsGF,SteinbergNC,WaltonE,
patelGF,LiangT,etal.Azasteroids(1986) Pp :29;2298-315
14. New approach to 3-oxo-4aza-5 androst-1-ene -17β steroids-Jiang Z-X,ye JQ,JIANG l,ZHAO (2005);Pp:70:690-3.
55
Pablo César Pérez Castro
Referencias bibliográficas
15. Química Orgánica Fundamental- Rakoff-Editorial México (2006) Pp. 273 – 317
16. Oxidation in organic chemistry. G. Wargnerj. Russ.R.Stewart. K. B. Wiberg.
Academic Press, New York (1895)1965. pp. 1-68.3Chem. Soc. 27, 219
17. In Oxidation in organic chemistry. Part D. D. G. LeeEdited byW. S. Trahanovsky.
Academic Press, New York. (1982). Pp.147-206.
18. Manganese compounds as oxidizing agents in organic chemistry - D. G. LEE and J.
R. Brownridgce, M.Kolthof and E. B. Sandellt. HICKS. U.S. Patent No. 4,268,487 New
York. (1955). Pp. 181.
19. The foundations of chemical kinetics. S. W. Benson, McGraw-Hill, E. Narita and
T. Okabel New York (1960). 21, Pp:662 .
20. fundamentos de química analítica-Douglas A Skoog F.-James Holler -españa
(2003) Pp 393-395
21. Leyieuxr, u y Rudlofee.Von.C. J.CHEM Patari ifette(1944),Blakiston
Philadelnhia,Rudlofep,Voncan.j.chem,Lambermt,unNeish,A.C.,Lapwortah d Mottarame
Philadelnhia,( 1954) Pp:26:920. (1921) pp347 43:294.
22. E.A.Halevip.rog(1963),D.G.Lee and J.R. Brownridgje. (1966).AM CHEM.SOC
.9655,K.B.Wiber gan d R.D GEER J.Am .chemsoc .Pp:88,5827.
23. Wang,L. (a) Wang, L. Y.; Yan, R. X.; Hao, Z. Y.; Wang, L.; Zeng, J. H.; Bao, J.;
Wang, X.; Peng, Q.; Li, Y. D. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 6054- 6057. (b) Yi, G.
S.; Lu, H. C.; Zhao, S. Y.; Yue, G.; Yang, W. J.; Chen, D. P.; Guo, L. H. Nano Lett.
2004, 4, 2191-2196. (c) Lim, S. F.; Riehn, R.; Ryu, W. S.; Khanarian, N.; Tung, C.-k.;
Tank, D.; Austin, R. H. Nano.
24. Lett. 2006, 6, 169-174. (d) Kuningas, K.; Ukonaho, T.; Pakkila, H.; Rantanen, T.;
Rosenberg, J.; Lovgren, T.; Soukka, T. Anal. Chem. 2006, 78, 4690-4696. (e) Zhang,
P.; Rogelj, S.; Nguyen, K.; Wheeler, D. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12410-12411.(8)
Auzel, F. Chem. ReV.2004, 104, 139-173. (9) (a) Wang, L. Y.; Li, Y. D. Chem. Mater.
2007, 19, 727-734. (b) Wang,).
25. C. P. Cori, S. P. Colowicia ,CORI. J. Biol. Chem, 121, 465 M. and COHN. J. Biol.
Chern. 180, 771 (1949).\V. C. BARNARDC,. A. BUNTOND, . R. LLEWELLYNI<,.G.
OLDHAML, .VERNON. Chern. &Ind. (London), 760 (1955)
26. BUIST,G . J. and BUNTONC, . A. J. Chem. Soc. 1406. 1954.DRUYMONDA,. Y.
and WATERWS,. A. J. Chem. Soc. 435. 1953. KING, G. J. Chem. Soc. Pp:1788. 1936.
27. .Leumieux. and Rudloffe-Von.C Lambert. ,and Neisha . C. Can. J. Research, B, .
(1950).Pp:28: 83.
28. . Lipid Research Stoffel, W., and E. H. Ahrens, Jr. J. Am. Chem. SOC.80: Pp:6604,
1958.
56
Pablo César Pérez Castro
Referencias bibliográficas
29. Biochem.-Stoffel, W., and E. H. Ahrens, Jr. J. L., A. A. Kiess, and H. J. Hardwood.
J. Am.James, A. T., and J. Webb. Biochem. J. 66: Pp:515, 1957.
30. 2. physiol. Chem. Hoppe-Seyler’s Fulco-, A. J., and J. F. Mead. J. Biol. Chem.
Pp:234: 1411,(1959.).
31. Leumieux and E.Von Rudloff.chem-J.T. Edward adnd .P.F.Morand.Can .j
Chem(1960),A.Windaus(2008), G Archer and R.P.Bell .j.chen (1959),M.l.Wolfranman
D.E. Pletcheil j. Am Chernsoc (1941),E.Whallet Trans Faraday (1959).
32. ,Quantitative organic analysis via functional groups.-Ruby,C.E.J,Rudlofep
can.j,siggias New york (1949) –swern ,dbil. Len g.n and scanlajnchem .soc (1786)
waterswA.trans .faraday soc Pp:.42:184.1946). 43:294.1921
33. 1. E. VON RUDLOFFE. Klein and W. Rojahn. Tetrahedron,.J. W. Apsimona, S. y.
Chau,W . G. Craig ,and H. Kremn.J. W. Dalyf, Green and R. H. Eastma-47th Annu.
Meet. Chem. Inst.Canada, Kingston, Ontario. June 1-4. (1961).Chem.33.Pp: 1701
11955).
34. Oil Chemists Leumieux Von Rudloff. Can. J. Chem.33, 1710 (1955).E. VON
RUDLOFF. Can. J. Chem. 33, 17 14 (1 955)..E. VON RUDLOFF. J. Amer. Soc. 33.126
(1956).E. VON RUDLOFF.
35. J. Lipid Research Stoffel, W., and E. H. Ahrens, Jr. J. Am. Chem. SOC.80:
6604,1958.Stoffel, W., and E. H. Ahrens, Jr.1:139, 1960. Keppler, J. G. Rec. trav. chim.
76: 49, 1957. Cason, J., and P. Tavs. J. Biol. Chem. 234:Pp:1401, 1959
36. In Organic Syntheses by Oxidation with MetalCompounds; Mijs, W.J. and de Jonge
Singh, H.S. C.R.H-:New York, (1986); pp. 633-693.
37. In Comprehensive Organic Synthesis; Trost, B.M.andFlemingI., Eds.; Pergamon:
Oxford, (1991); Vol. 7, pp. 437-448.
38. Johnson, R.A.; Sharpless, K.B. In Catalytic Asymmetric Synthesis;OjimaI., Ed.;
VCH Publishers: New York, 1993; pp. 227-272.
39. Synthesis- Fatiadi, A.J,.Romao, C.C.; Kuhn, F.E.; Herrmann, (1987),Pp: 85-127.,
(1997),Pp:3197-3246.
40. DUPONTG, .and MENUT,& I. BLIII.s oc. chim. France [V], 6: 1215.
1939.LEMIEUXR, . U. and RUDLOFFE, . VON. Can. J. Chem. 33: 1701. 1955. L ~ a i
~ e uRx., U. and RUDLOFFE, . VON. Can.J . Chem. 33: 1710. 1955.NEISH,A . C. Nat.
Research Co~~ncoif l Can. Rcpt. No. 46-8-3. 2nd revision, 1952.
41. Quantitative organic microanalysis. Pregfl, .and GrantJ-. (1946). PhiladelphiaPp.
170.
57
Pablo César Pérez Castro
Referencias bibliográficas
42. Organic synthesis. Vol. 23. JohnWiley& Sons, Inc. Smith,L, Priciiardw,W., and
Spillaxel,J New York (1946). Pp. 27.
43. T. Colorimetric methods of analysis. Vol. 111.- Snellf,D. and Snelcc, D. Van
Nostrand Company Inc. New York. (1953). Pp. 285-300.
44. http://www.espatentes.com/pdf/2218840_t3.pdf-consultada el 29 de noviembre del
2010.
45. Treatment of hirsutism Bora -Anderson, S., and Russell, D. W,Albery, W. J., and
Knowles, J. R.,Batchelor, K. W.,Brooks,U, Saikia A, Boruah (1977) .
58