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Carvona

La carvona es un miembro de una familia de sustancias químicas llamadas terpenoides . [2] La carvona se encuentra de forma natural en muchos aceites esenciales , pero es más abundante en los aceites de semillas de alcaravea ( Carum carvi ), menta verde ( Mentha spicata ) y eneldo . [3]

Usos

Ambas carvonas se utilizan en la industria alimentaria y de los sabores. [3] La R -(−)-carvona también se utiliza para productos ambientadores y, como muchos aceites esenciales , los aceites que contienen carvonas se utilizan en aromaterapia y medicina alternativa . La S -(+)-carvona ha demostrado un efecto supresor contra el aumento de peso inducido por una dieta alta en grasas en ratones. [4]

Aplicaciones alimentarias

Como el compuesto más responsable del sabor de la alcaravea, el eneldo y la hierbabuena, la carvona se ha utilizado durante milenios en los alimentos. [3] La goma de mascar de menta verde de Wrigley y los Life Savers con sabor a menta verde son los principales usuarios del aceite de menta verde natural de Mentha spicata . [ cita requerida ] La semilla de alcaravea se extrae con alcohol para hacer la bebida europea Kümmel . [ cita requerida ]

Agricultura

La S -(+)-carvona también se utiliza para prevenir la brotación prematura de las patatas durante el almacenamiento, comercializándose en los Países Bajos para este propósito bajo el nombre de Talent . [3]

Control de insectos

La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos ha aprobado el uso de R -(−)-carvona como repelente de mosquitos . [5]

Síntesis orgánica

La carvona está disponible a bajo costo en ambas formas enantioméricamente puras, lo que la convierte en un material de partida atractivo para la síntesis total asimétrica de productos naturales . Por ejemplo, la ( S )-(+)-carvona se utilizó para iniciar una síntesis en 1998 del terpenoide quasina : [6]

Síntesis total asimétrica de quasina a partir de carvona
Síntesis total asimétrica de quasina a partir de carvona

Estereoisomería y olor

La carvona forma dos formas o enantiómeros que son imágenes especulares : la R -(−)-carvona tiene un olor dulce a menta, como las hojas de menta verde . Su imagen especular, la S -(+)-carvona, tiene un aroma picante con notas de centeno, como las semillas de alcaravea . [7] [8] El hecho de que los dos enantiómeros se perciban con un olor diferente es evidencia de que los receptores olfativos deben responder con más fuerza a un enantiómero que al otro. No todos los enantiómeros tienen olores distinguibles. También se ha descubierto que los monos ardilla pueden discriminar entre enantiómeros de carvona. [9]

En textos más antiguos, también se hace referencia a las dos formas por sus rotaciones ópticas de laevo ( l ) que hace referencia a R -(−)-carvona, y dextro ( d ) que hace referencia a S -(+)-carvona. La denominación moderna hace referencia a los isómeros levógiros con el signo (-) y a los isómeros dextrógiros con el signo (+) en el nombre sistemático.

Aparición

La S -(+)-carvona es el componente principal (60-70%) del aceite de semillas de alcaravea ( Carum carvi ), [10] que se produce en una escala de aproximadamente 10 toneladas por año. [3] También se encuentra en una proporción de aproximadamente 40-60% en el aceite de semilla de eneldo (de Anethum graveolens ), y también en el aceite de cáscara de mandarina . La R -(−)-carvona es también el compuesto más abundante en el aceite esencial de varias especies de menta, particularmente el aceite de menta verde ( Mentha spicata ), que se compone de 50-80% de R -(−)-carvona. [11] La menta verde es una fuente importante de R -(−)-carvona producida naturalmente . Sin embargo, la mayoría de la R -(−)-carvona utilizada en aplicaciones comerciales se sintetiza a partir de R -(+)-limoneno. [12] El isómero R -(−)-carvona también se encuentra en el aceite de kuromoji. Algunos aceites, como el de hierba de jengibre , contienen una mezcla de ambos enantiómeros. Muchos otros aceites naturales, por ejemplo el de menta , contienen trazas de carvonas.

Historia

La alcaravea fue utilizada con fines medicinales por los antiguos romanos, [3] pero probablemente la carvona no fue aislada como compuesto puro hasta que Franz Varrentrapp (1815-1877) la obtuvo en 1849. [2] [13] Originalmente Schweizer la llamó carvol . Goldschmidt y Zürrer la identificaron como una cetona relacionada con el limoneno , [14] y la estructura fue finalmente dilucidada por Georg Wagner (1849-1903) en 1894. [15]

Preparación

La forma dextro, S -(+)-carvona, se obtiene prácticamente pura mediante la destilación fraccionada del aceite de alcaravea . La forma levo obtenida a partir de los aceites que la contienen generalmente requiere un tratamiento adicional para producir R -(−)-carvona de alta pureza. Esto se puede lograr mediante la formación de un compuesto de adición con sulfuro de hidrógeno , a partir del cual se puede regenerar la carvona mediante tratamiento con hidróxido de potasio en etanol y luego destilando el producto en una corriente de vapor. La carvona se puede preparar sintéticamente a partir del limoneno mediante nitrosocloruro de limoneno que se puede formar mediante el tratamiento del limoneno con nitrito de isoamilo en ácido acético glacial . Este compuesto luego se convierte en carvoxima, que se puede lograr mediante reflujo con DMF en isopropanol . El reflujo de carvoxima con ácido oxálico al 5% produce carvona. [16] Este procedimiento proporciona R -(−)-carvona a partir de R -(+)-limoneno. El principal uso del d-limoneno es como precursor de la S -(+)-carvona. La disponibilidad a gran escala de cáscaras de naranja, un subproducto de la producción de jugo de naranja, ha hecho que el limoneno esté disponible a bajo precio y que la carvona sintética se prepare a bajo costo. [17]

La biosíntesis de carvona es por oxidación de limoneno .

Propiedades químicas

Reducción

Hay tres enlaces dobles en la carvona capaces de reducción; el producto de la reducción depende de los reactivos y las condiciones utilizadas. [2] La hidrogenación catalítica de la carvona ( 1 ) puede dar carvomentol ( 2 ) o carvomentona ( 3 ). El zinc y el ácido acético reducen la carvona para dar dihidrocarvona ( 4 ). La reducción de MPV usando propan-2-ol e isopropóxido de aluminio efectúa la reducción del grupo carbonilo solo para proporcionar carveol ( 5 ); una combinación de borohidruro de sodio y CeCl 3 ( reducción de Luche ) también es efectiva. La hidrazina y el hidróxido de potasio dan limoneno ( 6 ) a través de una reducción de Wolff-Kishner .

Diversas reducciones químicas de la carvona
Diversas reducciones químicas de la carvona

Oxidación

La oxidación de la carvona también puede dar lugar a una variedad de productos. [2] En presencia de un álcali como Ba(OH) 2 , la carvona se oxida con aire u oxígeno para dar la dicetona 7 . Con peróxido de hidrógeno se forma el epóxido 8 . La carvona se puede escindir utilizando ozono seguido de vapor, dando lugar a la dilactona 9 , mientras que el KMnO 4 da lugar a 10 .

Diversas oxidaciones de la carvona
Diversas oxidaciones de la carvona

Adiciones conjugadas

Como cetona α,β;-insaturada , la carvona sufre adiciones conjugadas de nucleófilos. Por ejemplo, la carvona reacciona con dimetilcuprato de litio para colocar un grupo metilo en trans con respecto al grupo isopropenilo con buena estereoselectividad . El enolato resultante puede luego ser alilado utilizando bromuro de alilo para dar la cetona 11. [18 ]

Metilación de carvona por Me2CuLi, seguida de alilación por bromuro de alilo
Metilación de carvona por Me 2 CuLi, seguida de alilación por bromuro de alilo

Metabolismo

En el cuerpo, los estudios in vivo indican que ambos enantiómeros de carvona se metabolizan principalmente en ácido dihidrocarvónico , ácido carvónico y uroterpenolona. [19] El (–)-carveol también se forma como un producto menor a través de la reducción por NADPH . La (+)-carvona también se convierte en (+)-carveol. [20] Esto ocurre principalmente en el hígado e involucra a la citocromo P450 oxidasa y a la (+)-trans-carveol deshidrogenasa .

Referencias

  1. ^ Vollhardt, K. Peter C.; Schore, Neil E. (2007). Química orgánica (5.ª ed.). Nueva York: WH Freeman . pág. 173.
  2. ^ abcd Simonsen, JL (1953). Los terpenos . Vol. 1 (2.ª ed.). Cambridge: Cambridge University Press. págs. 394–408.
  3. ^ abcdef De Carvalho, CCCR; Da Fonseca, MMR (2006). "Carvona: ¿Por qué y cómo debería uno molestarse en producir este terpeno?". Química de los alimentos . 95 (3): 413–422. doi :10.1016/j.foodchem.2005.01.003.
  4. ^ Alsanea, Sary; Liu, Dexi (noviembre de 2017). "BITC y S-carvona frenan la obesidad inducida por una dieta rica en grasas y mejoran la esteatosis hepática y la resistencia a la insulina". Pharmaceutical Research . 34 (11): 2241–2249. doi :10.1007/s11095-017-2230-3. ISSN  1573-904X. PMC 5757875 . PMID  28733781. 
  5. ^ "Visualización de documentos (PURL) | NSCEP | US EPA" (en inglés). nepis.epa.gov . Consultado el 10 de noviembre de 2020 .
  6. ^ (a) Shing, TKM; Jiang, Q; Mak, TCW J. Org. Química. 1998 , 63 , 2056-2057. b) Shing, TKM; Tang, YJ Chem. Soc. Perkin Trans. 1 1994 , 1625.
  7. ^ Theodore J. Leitereg; Dante G. Guadagni; Jean Harris; Thomas R. Mon; Roy Teranishi (1971). "Datos químicos y sensoriales que respaldan la diferencia entre los olores de las carvonas enantioméricas". J. Agric. Food Chem. 19 (4): 785–787. doi :10.1021/jf60176a035.
  8. ^ Morcia, Caterina; Tumino, Giorgio; Ghizzoni, Roberta; Terzi, Valeria (2016). "Aceites de carvona (Mentha spicata L.): aceites esenciales en la conservación, el sabor y la seguridad de los alimentos. Capítulo 35". Aceites esenciales en la conservación, el sabor y la seguridad de los alimentos : 309–316. doi :10.1016/B978-0-12-416641-7.00035-3.
  9. ^ Laska, M.; Liesen, A.; Teubner, P. (1999). "Enantioselectividad de la percepción de olores en monos ardilla y humanos". Revista estadounidense de fisiología. Fisiología reguladora, integradora y comparativa . 277 (4): R1098–R1103. doi :10.1152/ajpregu.1999.277.4.r1098. PMID  10516250.
  10. ^ Hornok, L. Cultivo y procesamiento de plantas medicinales , John Wiley & Sons, Chichester, Reino Unido, 1992.
  11. ^ [1] Archivado el 10 de abril de 2012 en Wayback Machine . Composición química del aceite esencial de varias especies de menta ( Mentha spp. ).
  12. ^ Fahlbusch, Karl-Georg; Hammerschmidt, Franz-Josef; Panten, Johannes; Pickenhagen, Wilhelm; Schatkowski, Dietmar; Bauer, Kurt; Garbe, Dorotea; Surburg, Horst (2003). "Sabores y Fragancias". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . doi :10.1002/14356007.a11_141. ISBN 978-3-527-30673-2.
  13. ^ Handwörterbuch der reinen und angewandten Chemie [Diccionario conciso de química pura y aplicada] (Braunschweig, (Alemania): Friedrich Vieweg und Sohn, 1849), vol. 4, páginas 686-688. [Notas: (1) Varrentrapp purificó la carvona mezclando aceite de alcaravea con alcohol que había sido saturado con sulfuro de hidrógeno y amoníaco; la reacción produjo un precipitado cristalino, del cual se podía recuperar la carvona añadiendo hidróxido de potasio en alcohol al precipitado y luego añadiendo agua; (2) La fórmula empírica de Varrentrapp para la carvona es incorrecta porque los químicos de esa época usaban masas atómicas incorrectas para los elementos; por ejemplo, carbono (6 en lugar de 12).]
  14. ^ Heinrich Goldschmidt y Robert Zürrer (1885) "Ueber das Carvoxim", Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft , 18  : 1729-1733.
  15. ^ Georg Wagner (1894) "Zur Oxydation cyklischer Verbindungen" (Sobre la oxidación de compuestos cíclicos), Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft zu Berlin , vol. 27, páginas 2270-2276. [Notas: (1) Georg Wagner (1849-1903) es la forma germanizada de "Egor Egorovich Vagner", que nació en Rusia y trabajó en Varsovia (ver breve biografía aquí); (2) Wagner no demostró la estructura de la carvona en este artículo; simplemente lo propuso como plausible; su exactitud se demostró más tarde.]
  16. ^ Rothenberger, Otis S.; Krasnoff, Stuart B.; Rollins, Ronald B. (1980). "Conversión de (+)-limoneno a (−)-carvona: una secuencia orgánica de laboratorio de interés local". Journal of Chemical Education . 57 (10): 741. Bibcode :1980JChEd..57..741R. doi :10.1021/ed057p741.
  17. ^ Karl-Georg Fahlbusch, Franz-Josef Hammerschmidt, Johannes Panten, Wilhelm Pickenhagen, Dietmar Schatkowski, Kurt Bauer, Dorothea Garbe, Horst Surburg "Sabores y fragancias" en la Enciclopedia de química industrial de Ullmann, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi :10.1002/14356007.a11_141.
  18. ^ Srikrishna, A.; Jagadeeswar Reddy, T. (1998). "Síntesis enantioespecífica de (+) - (1S, 2R, 6S) -1, 2-dimetilbiciclo [4.3.0] nonan-8-ona y (-) -7-epibakkenolide-A". Tetraedro . 54 (38): 11517–11524. doi :10.1016/S0040-4020(98)00672-3.
  19. ^ Engel, W. (2001). "Estudios in vivo sobre el metabolismo de los monoterpenos S -(+)- y R -(−)-carvona en humanos utilizando el enfoque del metabolismo de cantidades correlacionadas con la ingestión (MICA)". J. Agric. Food Chem . 49 (8): 4069–4075. doi :10.1021/jf010157q. PMID  11513712.
  20. ^ Jager, W.; Mayer, M.; Platzer, P.; Reznicek, G.; Dietrich, H.; Buchbauer, G. (2000). "Metabolismo estereoselectivo del monoterpeno carvona por microsomas hepáticos de ratas y humanos". Journal of Pharmacy and Pharmacology . 52 (2): 191–197. doi : 10.1211/0022357001773841 . PMID  10714949. S2CID  41116690.

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