30.6: Algunos productos naturales que contienen nitrógeno
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Alcaloides
Los compuestos básicos de nitrógeno en las plantas se clasifican como alcaloides. Anteriormente se dieron varios ejemplos de esta clase grande y notablemente heterogénea de compuestos, muchos de los cuales tienen estructuras muy complejas (Sección 23-2). Es difícil dar una cuenta coherente de la química alcaloide en el limitado espacio disponible para nosotros aquí.
La biosíntesis de alcaloides ha sido ampliamente estudiada, y aunque durante un tiempo se pensó que los alcaloides surgieron principalmente de precursores de aminoácidos, ahora se dispone de fuertes evidencias de que el etanoato también está involucrado. El modo de biosíntesis de alcaloides aún no se entiende tan bien como el de los terpenos y esteroides. Un problema experimental es la dificultad de alimentar precursores adecuadamente etiquetados a las plantas.
Vitamina B\(_{12}\)
La vitamina B\(_{12}\) es el factor nutricional requerido para la prevención de la anemia perniciosa. Su estructura se determinó en 1956 a través de los estudios químicos de Alexander Todd (Premio Nobel, 1957) y los estudios de difracción de rayos X de Dorothy Hodgkin (Premio Nobel, 1964). Es uno de los productos naturales más complejos conocidos, sin embargo, tiene características que no son desconocidas. Se relaciona con las metaloporfirinas discutidas anteriormente (Sección 25-8B), pero el sistema de anillos que rodea el átomo de cobalto tiene un carbono menos que une dos de los anillos que contienen nitrógeno que el anillo de porfirina del hemo o o clorofila. El sistema de\(_{12}\) anillo B se llama anillo de corrin, y la vitamina es un complejo de cobalto-corrina.
El anillo de corrina incluye grupos metilo, etanamida y propanamida, y uno de estos está unido a través de un residuo de nucleótido al átomo de cobalto. Hay cinco ligandos de nitrógeno alrededor del cobalto, y un sexto ligando se une a través del carbono -aquí un grupo ciano- de manera que un nombre alternativo para la vitamina B\(_{12}\) es cianocobalamina:
En 1972\(_{12}\) se anunció una síntesis total de vitamina B, como resultado de un esfuerzo colaborativo entre R. B. Woodward (Harvard) y A. Eschenmoser (Zurich). La síntesis se completó después de 11 años de esfuerzo que involucró a 100 compañeros de trabajo de 19 países. Durante el transcurso de este trabajo se desarrollaron diversas técnicas y reacciones importantes de valor sintético, entre ellas el principio de conservación de la simetría orbital (las reglas de Woodward-Hoffman, Sección 21-10). La acción bioquímica de la vitamina B\(_{12}\) se considera en el Capítulo 31.
Penicilinas y cefalosporinas
Los primeros antibióticos de valor medicinal fueron descubiertos por Alexander Fleming en 1929 como metabolitos del microorganismo Penicillium notatum. Se les conoció como penicilinas, pero su desarrollo como fármacos útiles tardó en llegar. Sin embargo, la urgente necesidad de antibióticos no tóxicos fue reconocida durante la Segunda Guerra Mundial, y resultó en un esfuerzo de equipo de científicos ingleses y estadounidenses para desarrollar métodos eficientes para preparar penicilina por fermentación y realizar estudios clínicos y químicos. Para 1943, la penicilina estaba disponible en cantidad para el tratamiento de heridos de guerra. Para 1945, la estructura básica y la estereoquímica se dedujeron a través de estudios de degradación química y difracción de rayos X:
La estructura es inusual ya que tiene un anillo de amida cíclica de cuatro miembros (\(\beta\)-lactama). Fue el primer ejemplo que se descubrió de un producto natural con esta estructura de anillo.
La fermentación puede producir penicilinas que difieren solo en la naturaleza del grupo de cadena lateral\(\ce{R}\). La penicilina natural común es la penicilina G, en la que\(\ce{R} \: =\) fenilmetilo (bencilo):
Las cefalosporinas son antibióticos producidos por la cepa bacteriana cefalosporium. Están estrechamente relacionados con las penicilinas. Así, la cefalosporina C tiene un anillo\(\beta\) -lactama pero un anillo que contiene azufre de seis miembros:
Tanto las cefalosporinas como las penicilinas deben su acción antibacteriana a su capacidad para bloquear la biosíntesis bacteriana de la pared celular. La cefalosporina C es menos activa que las penicilinas, pero es menos susceptible a la destrucción enzimática por\(\beta\) -lactamasas, que son enzimas que escinden el anillo lactámico. De hecho, la llamada resistencia de las bacterias estafilococos a las penicilinas se atribuye a la propagación de cepas que producen\(\beta\) -lactamasa. Numerosas penicilinas semisintéticas y cefalosporinas se han realizado con la esperanza de encontrar nuevos antibióticos de amplio espectro con alta actividad pero con mayor estabilidad\(\beta\) -lactama. Varios de estos están en uso clínico.
La síntesis total de penicilina V fue lograda por J. C. Sheehan (1957) y de cefalosporina por R. B. Woodward (1966). Las rutas biosintéticas se han elaborado en parte, y los precursores de ambos sistemas de anillos son\(L\) -cisteína y\(D\) -valina:
Colaboradores y Atribuciones
- John D. Robert and Marjorie C. Caserio (1977) Basic Principles of Organic Chemistry, second edition. W. A. Benjamin, Inc. , Menlo Park, CA. ISBN 0-8053-8329-8. This content is copyrighted under the following conditions, "You are granted permission for individual, educational, research and non-commercial reproduction, distribution, display and performance of this work in any format."