Las quinonas son una clase de compuestos orgánicos que formalmente se "derivan de compuestos aromáticos [como el benceno o el naftaleno ] por conversión de un número par de grupos –CH= en grupos –C(=O)– con cualquier reordenamiento necesario de los dobles enlaces ", lo que da como resultado "una estructura de diona cíclica completamente conjugada ". [1] [2] [3] El miembro arquetípico de la clase es la 1,4-benzoquinona o ciclohexadienediona, a menudo llamada simplemente "quinona" (de ahí el nombre de la clase). Otros ejemplos importantes son la 1,2-benzoquinona ( orto -quinona ), la 1,4-naftoquinona y la 9,10-antraquinona .
El nombre se deriva del del ácido quínico (con el sufijo "-ona" indicando una cetona), ya que es uno de los compuestos obtenidos por oxidación del ácido quínico. [4] El ácido quínico, como la quinina , se obtiene de la corteza de la quina , llamada quinaquina en las lenguas indígenas de las tribus peruanas.
Las quinonas son derivados oxidados de compuestos aromáticos y, a menudo, se obtienen fácilmente a partir de compuestos aromáticos reactivos con sustituyentes donadores de electrones, como fenoles y catecoles , que aumentan la nucleofilia del anillo y contribuyen al gran potencial redox necesario para romper la aromaticidad. (Las quinonas están conjugadas, pero no son aromáticas). Las quinonas son aceptores de Michael electrofílicos estabilizados por conjugación. Dependiendo de la quinona y del sitio de reducción, la reducción puede rearomatizar el compuesto o romper la conjugación. La adición de conjugados casi siempre rompe la conjugación.
El término quinona también se utiliza de forma más general para una gran clase de compuestos derivados formalmente de quinonas aromáticas mediante el reemplazo de algunos átomos de hidrógeno por otros átomos o radicales.
Las quinonas forman polímeros mediante la formación de enlaces de hidrógeno con ρ-hidroquinona. [5]
Las quinonas son agentes oxidantes , a veces reversibles. En relación con la benzoquinona , las quinonas más fuertemente oxidantes incluyen el cloranilo y la 2,3-dicloro-5,6-diciano-1,4-benzoquinona (también conocida como DDQ). [6]
El poder oxidante de las quinonas se ve potenciado por la presencia de ácidos. [7] En condiciones ácidas, la quinona sufre una reducción de dos electrones y dos protones a hidroquinona .
En condiciones alcalinas, las quinonas sufren una reducción reversible de un solo paso y dos electrones. En condiciones neutras, las quinonas pueden sufrir una reducción de un protón y dos electrones o una reducción de dos electrones. En medios apróticos , las quinonas sufren una reducción de dos pasos sin protones. [8] En el primer paso, se forma un intermediario semiquinona de vida corta . En el segundo paso, la semiquinona se reduce a un dianión quinona.
El ácido 9,10-antraquinona-2,7-disulfónico (AQDS), una quinona similar a la que se encuentra naturalmente en el ruibarbo, se ha utilizado como portador de carga en baterías de flujo sin metal . [9]
Las quinonas experimentan una reacción de adición para formar productos de adición 1,4. [10] Un ejemplo de reacción de adición 1,4 es la adición de cloruro de hidrógeno para formar clorohidroquinona:
Las quinonas pueden experimentar reacciones de Diels-Alder . [10] La quinona actúa como dienófilo y reacciona con un dieno en un doble enlace carbono-carbono.
En las reacciones de Diels-Alder se utilizan quinonas como dienófilos. Las síntesis históricamente importantes incluyen colesterol , cortisona , morfina y reserpina . [11]
Una aplicación industrial a gran escala de las quinonas es la producción de peróxido de hidrógeno . Las 2-alquilantraquinonas se hidrogenan a las hidroquinonas correspondientes (quinizarinas), que luego transfieren H
2al oxígeno:
De esta manera se pueden eliminar varios millones de toneladas métricas de H
2Oh
2se producen anualmente. [12]
1,4- Naftoquinona , derivada de la oxidación del naftaleno con trióxido de cromo . [13] Es el precursor de la antraquinona.
Numerosas quinonas desempeñan papeles importantes en biología. La vitamina K, que interviene en la coagulación de la sangre, es una quinona. La ubiquinona -10 es una 1,4-benzoquinona natural que interviene en el aparato respiratorio . La plastoquinona es un relé redox que interviene en la fotosíntesis. La pirroloquinolina quinona es otro cofactor redox biológico.
Se cree que las quinonas se encuentran en todos los organismos que respiran. [14] Algunas actúan como aceptores de electrones en las cadenas de transporte de electrones, como las de la fotosíntesis ( plastoquinona , filoquinona ) y la respiración aeróbica ( ubiquinona ). La filoquinona también se conoce como vitamina K 1 , ya que los animales la utilizan para carboxilar ciertas proteínas, que participan en la coagulación sanguínea , la formación de los huesos y otros procesos. Por el contrario, la toxicidad del paracetamol se debe a su metabolismo en una imina de quinona , que luego reacciona con las proteínas del hígado y causa insuficiencia hepática.
La autooxidación del neurotransmisor dopamina y su precursor L-Dopa genera la dopamina quinona, comparativamente estable, que inhibe el funcionamiento del transportador de dopamina (DAT) y la enzima TH y conduce a una baja producción de ATP mitocondrial . [15]
La benzoquinona blattellaquinona es una feromona sexual de las cucarachas . En el rocío de los escarabajos bombarderos , la hidroquinona reacciona con el peróxido de hidrógeno para producir una ráfaga de vapor ardiente, un elemento disuasorio en el mundo animal.
Varias quinonas son de interés farmacológico. Forman una clase importante de citotoxinas anticancerígenas. Un ejemplo es la daunorrubicina , que es antileucémica. [14] Algunas de ellas muestran actividad antitumoral . Incorporan algunas afirmaciones en la medicina herbal . Estas aplicaciones incluyen purgantes ( senósidos ), antimicrobianos y antiparasitarios ( reína y saprortoquinona, atovacuona ), antitumorales ( emodina y juglona ), inhibición de la biosíntesis de PGE2 (arnebinona y arnebifuranona) y antienfermedades cardiovasculares ( tanshinona ). [16] Malbranchea cinnamomea es un hongo termófilo, que produce un antibiótico quinona.
Otro fármaco que contiene quinona es el mecarbinato (dimecabina), que se obtiene mediante la reacción de N-metil-β-aminocrotonato de etilo con para-benzoquinona. Otros fármacos que contienen quinona son el amendol, el oxifemedol y el femedol, todos ellos incluidos en FR5142 (M) ― 1967-06-05. [ Aclaración necesaria ] Nota: Todos ellos son indoles obtenidos mediante la síntesis de indoles de Nenitzescu . El antineoplásico apaziquona .
Los compuestos de benzoquinona son un metabolito del paracetamol . [17]
Muchas sustancias colorantes naturales y artificiales ( tintes y pigmentos ) son derivados de la quinona; por ejemplo, la lawsona es el compuesto colorante activo de la henna . Ocupan el segundo lugar en importancia como colorantes, después de los colorantes azoicos , con especial énfasis en los colores azules. La alizarina (1,2-dihidroxi-9,10-antraquinona), extraída de la planta de rubia , fue el primer colorante natural que se sintetizó a partir del alquitrán de hulla.
Una aplicación comercial de las quinonas es la fotografía en blanco y negro . La película en blanco y negro se cubre con una emulsión que contiene cristales de bromuro de plata o yoduro de plata, que se activan con la exposición a la luz. La hidroquinona se utiliza para reducir los iones de plata activados a plata metálica. Durante este proceso, la hidroquinona se oxida a quinona. Todo el haluro de plata no activado por la luz o reducido por la hidroquinona se elimina, dejando un negativo de plata depositada donde la película había sido golpeada por la luz. [18]
Las quinonas se nombran comúnmente con un prefijo que indica el hidrocarburo aromático original ("benzo-" para benceno, "nafto-" para naftaleno, "antra-" para antraceno , etc.) y el sufijo "-quinona". Los multiplicadores infijos "-di-", "-tri-", "-tetra-" (etc.) se utilizan cuando hay 4, 6, 8 (etc.) carbonilos. La posición de los grupos carbonilo puede indicarse antes del prefijo (como en "1,4,5,8-naftodiquinona") o después de él ("antra-1,4-quinona").