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Tuyaplicina

La tuyaplicina ( isopropil cicloheptatrienolona) es cualquiera de los tres productos naturales relacionados con la tropolona isoméricos que se han aislado de las maderas blandas de los árboles de la familia Cupressaceae . [1] Estos compuestos son conocidos por sus propiedades antibacterianas, antifúngicas y antioxidantes . [2] [3] Fueron las primeras tropolonas naturales que se fabricaron sintéticamente. [4]

Historia

Thuja plicata Donn ex D. Don (cedro rojo occidental): un árbol perteneciente a la familia Cupressaceae del cual se purificaron por primera vez las tuyaplicinas

Las tuyaplicinas se descubrieron a mediados de la década de 1930 y se purificaron del duramen de Thuja plicata Donn ex D. Don , comúnmente llamado cedro rojo occidental. [5] Estos compuestos también se identificaron en los componentes de Chamaecyparis obtusa , otra especie de la familia Cupressaceae . C. obtusa es originaria de países del este de Asia, incluidos Japón y Taiwán , y también se conoce como hinoki de Taiwán , de donde se aisló por primera vez la β-tuyaplicina en 1936 y recibió su nombre, hinokitiol . Las tuyaplicinas fueron las primeras tropolonas naturales que se fabricaron sintéticamente, por Ralph Raphael y colegas, y la β-tuyaplicina fue el primer compuesto aromático no bencenoide identificado, por Tetsuo Nozoe y colegas. [4] [5] La resistencia del duramen del árbol a la descomposición fue la principal razón que impulsó a investigar su contenido e identificar los compuestos responsables de las propiedades antimicrobianas. [4] La β-tuyaplicina ganó más interés científico a principios de la década de 2000. [6] Más tarde, se descubrió la actividad de unión al hierro de la β-tuyaplicina y la molécula ha sido apodada irónicamente como "molécula del Hombre de Hierro", [7] porque el primer nombre de Tetsuo Nozoe puede traducirse al inglés como "Hombre de Hierro". [6]

Ocurrencia y aislamiento

Las tjujaplicinas se encuentran en el duramen de las coníferas pertenecientes a la familia Cupressaceae , incluyendo Chamaecyparis obtusa (ciprés Hinoki), Thuja plicata (cedro rojo occidental), Thujopsis dolabrata var. hondai (Hinoki asunaro), Juniperus cedrus (enebro de Canarias), Cedrus atlantica (cedro del Atlas), Cupressus lusitanica (cedro blanco mexicano), Chamaecyparis lawsoniana (cedro de Port Orford), Chamaecyparis taiwanensis (ciprés de Taiwán), Chamaecyparis thyoides (cedro blanco del Atlántico) ), Cupressus arizonica (ciprés de Arizona), Cupressus macnabiana (ciprés MacNab), Cupressus macrocarpa (ciprés de Monterrey), Juniperus chinensis (enebro chino), Juniperus communis (enebro común), Juniperus californica (enebro de California), Juniperus occidentalis (enebro occidental) , Juniperus oxycedrus (Cade), Juniperus sabina (Enebro de sabina), Calocedrus decurrens (Incienso-cedro de California), Calocedrus formosana (cedro de incienso de Taiwán), Platycladus orientalis (tuya china), Thuja occidentalis (cedro blanco del norte), Thuja standishii (tuya japonesa), Tetraclinis articulata (Sandarac). [8] [9] [10] [11]

Las tuyaplicinas se pueden producir en cultivos de suspensión de células vegetales , [12] [13] o se pueden extraer de la madera utilizando disolventes y ultrasonicación . [14]

Biosíntesis

Las tuyaplicinas se pueden sintetizar por cicloadición de isopropil ciclopentadieno y dicloroceteno, cicloadición 1,3-dipolar de 5-isopropil-1-metil-3-oxidopiridinio, expansión de anillo de 2-isopropilciclohexanona, hidroxilación regiocontrolada de cicloaductos de oxialilo (4+3) , a partir de ( R )-(+)- limoneno regioselectivamente en varios pasos, y a partir del complejo troponeirontricarbonilo en unos pocos pasos. [15] [16] La vía de síntesis de β-tuyaplicina a partir del complejo troponeirontricarbonilo se encuentra a continuación:

La vía de síntesis de β-tuyaplicina por alquilación electrorreductora de cicloheptatrienos sustituidos se muestra a continuación:

La vía de síntesis de β-tuyaplicina a través de la expansión del anillo de 2-isopropilciclohexanona se muestra a continuación:

La vía de síntesis de β-tuyaplicina a través de la ciclización del catión oxialilo [4+3] (síntesis de Noyori) se muestra a continuación:

Química

Las tuyaplicinas pertenecen a las tropolonas que contienen un anillo de carbono insaturado de siete miembros. Las tuyaplicinas son monoterpenoides que son ciclohepta-2,4,6-trien-1-ona sustituida por un grupo hidroxi en la posición 2 y un grupo isopropilo en las posiciones 3, 4 o 5. [17] Estos compuestos son enoles y cetonas cíclicas . Derivan de un hidruro de un ciclohepta-1,3,5-trieno . Las tuyaplicinas son solubles en disolventes orgánicos y tampones acuosos . El hinokitiol es soluble en etanol , dimetilsulfóxido y dimetilformamida con una solubilidad de 20, 30 y 12,5 mg/ml, respectivamente. [18] La β-tuyaplicina proporciona acetona en la oxidación vigorosa y da el diol monocíclico saturado en la hidrogenación catalítica. [19] Es estable a los álcalis y ácidos, formando sales o permaneciendo inalterado, pero no se convierte en derivados de catecol. Los complejos formados por hierro y tropolonas muestran una alta estabilidad termodinámica y han demostrado tener una constante de unión más fuerte que el complejo transferrina-hierro. [20]

Existen tres isómeros de tuyaplicina, con el grupo isopropilo posicionado progresivamente más lejos de los dos átomos de oxígeno alrededor del anillo: α-tuyaplicina, β-tuyaplicina y γ-tuyaplicina. [4] La β-tuyaplicina, también llamada hinokitiol , es la más común en la naturaleza. [21] Cada una existe en dos formas tautoméricas , intercambiando el hidrógeno hidroxilo por el otro oxígeno, lo que significa que los dos sustituyentes de oxígeno no tienen identidades distintas de "carbonilo" vs "hidroxilo". El alcance de este intercambio es que el anillo de tropolona es aromático con una naturaleza catiónica general, y la región oxígeno-hidrógeno-oxígeno tiene una naturaleza aniónica. [ cita requerida ]

Propiedades biológicas

Actividad insecticida y pesticida

Se ha demostrado que las tujaplicinas actúan contra Reticulitermes speratus (termitas japonesas), Coptotermes formosanus (supertermitas), Dermatophagoides farinae (ácaros del polvo), Tyrophagus putrescentiae (ácaros del moho), Callosobruchus chinensis (gorgojo del frijol adzuki), Lasioderma serricorne (escarabajo del cigarrillo). [9] [22] [11]

El hinokitiol también ha mostrado algunas actividades larvicidas contra Aedes aegypti (mosquito de la fiebre amarilla) y Culex pipiens (mosquito doméstico común), y actividades antiplasmodiales contra Plasmodium falciparum y Plasmodium berghei . [11]

Actividad antioxidante

Actividad quelante y ionófora

Las tuyaplicinas, al igual que otras tropolonas, demuestran actividad quelante , actuando como ionóforo al unirse a diferentes iones metálicos. [23]

Actividad anti-pardeamiento

La tropolona y las tuyaplicinas exhiben una potente actividad supresora del oscurecimiento enzimático debido a la inhibición de la polifenol oxidasa y la tirosinasa . Esto se ha demostrado en experimentos con diferentes verduras, frutas, hongos, plantas y otros productos agrícolas. [11] También se ha demostrado que previenen el oscurecimiento en productos del mar . [24]

Aplicaciones

Cuidado de la piel y cosméticos

Debido a sus actividades antibacterianas contra diversos microbios que colonizan y afectan la piel, las tuyaplicinas, incluido también el tuyaplicinol , se utilizan en productos para el cuidado de la piel y el crecimiento del cabello, [25] y son especialmente populares en el este de Asia. [ cita requerida ]

Cuidado bucal

El hinokitiol se utiliza en diversos productos para el cuidado bucal, incluidas pastas de dientes y aerosoles bucales. [25] [26]

Medicina veterinaria

Debido a su actividad antifúngica contra Malassezia pachydermatis , se utiliza en formulaciones de gotas óticas para la otitis externa en perros. [27] [28]

Agricultura

Considerando su actividad antifúngica contra muchos hongos fitopatógenos y sus propiedades pesticidas e insecticidas , el papel de las tuyaplicinas en la agricultura está evolucionando, incluyendo su uso en el manejo de diferentes enfermedades de las plantas y para controlar la descomposición poscosecha . [9] [29]

Aditivo alimentario

Las tuyaplicinas se utilizan como aditivos alimentarios en Japón. [30] Debido a su actividad supresora del pardeamiento de los alimentos y la actividad inhibidora contra las bacterias y hongos que causan el deterioro de los alimentos (como Clostridium perfringens , Alternaria alternata , Aspergillus niger , Botrytis cinerea , especies de Fusobacterium , Monilinia fructicola y Rhizopus stolonifer ), el hinokitiol también se utiliza en el envasado de alimentos como agente que prolonga la vida útil . [31] [32] [33] El tuyaplicinol , una tropolona, ​​también se utiliza en Japón como aditivo alimentario en pequeñas cantidades.

Véase también

Referencias

  1. ^ ERDTMAN, HOLGER; GRIPENBERG, JARL (mayo de 1948). "Sustancias antibióticas del corazón de la madera de Thuja plicata Don". Nature . 161 (4097): 719. Bibcode :1948Natur.161..719E. doi : 10.1038/161719a0 . PMID  18860272. S2CID  4074514.
  2. ^ Chedgy, Russell J.; Lim, Young Woon; Breuil, Colette (mayo de 2009). "Efectos de la lixiviación en el crecimiento y la descomposición de hongos en el cedro rojo occidental". Revista canadiense de microbiología . 55 (5): 578–586. doi :10.1139/W08-161. PMID  19483786.
  3. ^ Chedgy, R. (2010). Metabolitos secundarios del cedro rojo occidental (Thuja plicata) . Lambert Academic Publishing. ISBN 978-3-8383-4661-8.
  4. ^ abcd Cook, JW; Raphael, RA; Scott, AI (1951). "149. Tropolonas. Parte II. La síntesis de α-, β- y γ-tuyaplicinas". J. Chem. Soc. : 695–698. doi :10.1039/JR9510000695.
  5. ^ ab Nakanishi, Koji (junio de 2013). "Libros de autógrafos de químicos de Tetsuo Nozoe 1953-1994": un ensayo". The Chemical Record . 13 (3): 343–352. doi : 10.1002/tcr.201300007 . PMID  23737463.
  6. ^ ab "Hinokitiol". Sociedad Química Americana .
  7. ^ Service, Robert (11 de mayo de 2017). "La molécula de Iron Man restablece el equilibrio de las células". Science . doi :10.1126/science.aal1178.
  8. ^ Okabe, T; Saito, K (1994). "Efectos antibacterianos y conservantes del hinokitiol natural (beta-thujaplicin) extraído de la madera". Acta Agriculturae Zhejiangensis . 6 (4): 257–266.
  9. ^ abc Morita, Yasuhiro; Matsumura, Eiko; Okabe, Toshihiro; Fukui, Toru; Shibata, Mitsunobu; Sugiura, Masaaki; Oh, Tatsuhiko; Tsujibo, Hiroshi; Ishida, Nakao; Inamori, Yoshihiko (2004). "Actividad biológica de la α-tujaplicina, el isómero del hinokitiol". Boletín biológico y farmacéutico . 27 (6): 899–902. doi : 10.1248/bpb.27.899 . PMID  15187442.
  10. ^ Rebia, Rina Afiani; binti Sadon, Nurul Shaheera; Tanaka, Toshihisa (22 de noviembre de 2019). "Reactivos antibacterianos naturales (centella, propóleo e hinokitiol) cargados en nanofibras compuestas de poli[(R)-3-hidroxibutirato-co-(R)-3-hidroxihexanoato] para aplicaciones biomédicas". Nanomateriales . 9 (12): 1665. doi : 10.3390/nano9121665 . PMC 6956080 . PMID  31766678. 
  11. ^ abcd Saniewski, Marian; Horbowicz, Marcin; Kanlayanarat, Sirichai (10 de septiembre de 2014). "Las actividades biológicas de los troponoides y su uso en la agricultura: una revisión". Revista de investigación hortícola . 22 (1): 5–19. doi : 10.2478/johr-2014-0001 .
  12. ^ Zhao, J.; Fujita, K.; Yamada, J.; Sakai, K. (1 de abril de 2001). "Mejora de la producción de β-tuyaplicina en cultivos en suspensión de Cupressus lusitanica mediante elicitor fúngico y metil jasmonato". Applied Microbiology and Biotechnology . 55 (3): 301–305. doi :10.1007/s002530000555. PMID  11341310. S2CID  25767209.
  13. ^ Yamada, J.; Fujita, K.; Sakai, K. (abril de 2003). "Efecto de los principales nutrientes inorgánicos en la producción de β-tuyaplicina en un cultivo en suspensión de células de Cupressus lusitanica". Journal of Wood Science . 49 (2): 172–175. Bibcode :2003JWSci..49..172Y. doi : 10.1007/s100860300027 . S2CID  8355694.
  14. ^ Chedgy, Russell J.; Daniels, CR; Kadla, John; Breuil, Colette (1 de marzo de 2007). "Detección de hongos tolerantes a los extractos de cedro rojo occidental (Thuja plicata Donn). Parte 1. Extracción suave por ultrasonicación y cuantificación de extractos por HPLC de fase inversa". Holzforschung . 61 (2): 190–194. doi :10.1515/HF.2007.033. S2CID  95994935.
  15. ^ Soung, Min-Gyu; Matsui, Masanao; Kitahara, Takeshi (septiembre de 2000). "Síntesis regioselectiva de β- y γ-tujaplicinas". Tetrahedron . 56 (39): 7741–7745. doi :10.1016/S0040-4020(00)00690-6.
  16. ^ Liu, Na; Song, Wangze; Schienebeck, Casi M.; Zhang, Min; Tang, Weiping (diciembre de 2014). "Síntesis de troponas y tropolonas de origen natural". Tetrahedron . 70 (49): 9281–9305. doi :10.1016/j.tet.2014.07.065. PMC 4228802 . PMID  25400298. 
  17. ^ "2,4,6-Cicloheptatrien-1-ona, 2-hidroxi-3-(1-metiletil)-". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . PubChem.
  18. ^ "Hinokitiol - Información del producto" (PDF) . www.caymanchem.com . Cayman Chemical.
  19. ^ "Tetsuo Nozoe (1902−1996)". Revista Europea de Química Orgánica . 2004 (4): 899–928. Febrero de 2004. doi :10.1002/ejoc.200300579.
  20. ^ Hendershott, Lynn; Gentilcore, Rita; Ordway, Frederick; Fletcher, James; Donati, Robert (mayo de 1982). "Tropolona: un agente solubilizante de lípidos para metales catiónicos". Revista Europea de Medicina Nuclear . 7 (5): 234–236. doi :10.1007/BF00256471. PMID  6954070. S2CID  43256591.
  21. ^ Bentley, Ronald (2008). "Una nueva mirada a los tropolonoides naturales". Nat. Prod. Rep . 25 (1): 118–138. doi :10.1039/B711474E. PMID  18250899.
  22. ^ INAMORI, Yoshihiko; SAKAGAMI, Yoshikazu; MORITA, Yasuhiro; SHIBATA, Mistunobu; SUGIURA, Masaaki; KUMEDA, Yuko; OKABE, Toshihiro; TSUJIBO, Hiroshi; ISHIDA, Nakao (2000). "Actividad antifúngica de compuestos relacionados con hinokitiol sobre hongos que pudren la madera y sus actividades insecticidas". Boletín biológico y farmacéutico . 23 (8): 995–997. doi : 10.1248/bpb.23.995 . PMID  10963310.
  23. ^ Pietra, Francesco (agosto de 1973). "Compuestos carbocíclicos y heterocíclicos conjugados de siete miembros y sus análogos homoconjugados y complejos metálicos. Síntesis, biosíntesis, estructura y reactividad". Chemical Reviews . 73 (4): 293–364. doi :10.1021/cr60284a002.
  24. ^ Aladaileh, Saleem; Rodney, Peters; Nair, Sham V.; Raftos, David A. (diciembre de 2007). "Caracterización de la actividad de la fenoloxidasa en las ostras de roca de Sydney (Saccostrea glomerata)". Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology . 148 (4): 470–480. doi :10.1016/j.cbpb.2007.07.089. PMID  17950018.
  25. ^ ab "Hinokitiol | 499-44-5". www.chemicalbook.com .
  26. ^ Suzuki, Joichiro; Tokiwa, Tamami; Mochizuki, Maho; Ebisawa, Masato; Nagano, Takatoshi; Yuasa, Mohei; Kanazashi, Mikimoto; Gomi, Kazuhiro; Arai, Takashi (2008). "Efectos de un cepillo de dientes de nuevo diseño para la aplicación de medicamentos para el tratamiento de la enfermedad periodontal (HinoporonTM) en la eliminación de la placa y la mejora de la gingivitis". Nihon Shishubyo Gakkai Kaishi (Revista de la Sociedad Japonesa de Periodontología) . 50 (1): 30–38. doi : 10.2329/perio.50.030 .
  27. ^ NAKANO, Yasuyuki; MATSUO, Saburo; TANI, Hiroyuki; SASAI, Kazumi; BABA, Eiichiroh (2006). "Efectos terapéuticos de las gotas para los oídos de β-tujaplicina en la otitis externa relacionada con Malassezia canina". Revista de Ciencias Médicas Veterinarias . 68 (4): 373–374. doi : 10.1292/jvms.68.373 . PMID  16679729.
  28. ^ NAKANO, Yasuyuki; AMA, Makoto; TANI, Hiroyuki; SASAI, Kazumi; BABA, Eiichiroh (2005). "Efectos de la β-tujaplicina sobre el remedio anti-Malassezia pachydermatis para la otitis externa canina". Revista de Ciencias Médicas Veterinarias . 67 (12): 1243–1247. doi : 10.1292/jvms.67.1243 . PMID  16397383.
  29. ^ Aharoni, Y.; Copel, A.; Fallik, E. (junio de 1993). "Hinokitiol (β-tujaplicina), para el control de la pudrición poscosecha en melones 'Galia'". Revista de Ciencias Hortícolas y de Cultivos de Nueva Zelanda . 21 (2): 165-169. Código bibliográfico : 1993NZJCH..21..165A. doi :10.1080/01140671.1993.9513763.
  30. ^ "La Fundación Japonesa para la Investigación de Productos Químicos Alimentarios". www.ffcr.or.jp .
  31. ^ L. Brody, Aaron; Strupinsky, EP; Kline, Lauri R. (2001). Envasado activo para aplicaciones alimentarias (1.ª edición). CRC Press. ISBN 9780367397289.
  32. ^ MITSUBOSHI, SAORI; OBITSU, RIE; MURAMATSU, KANAKO; FURUBE, KENTARO; YOSHITAKE, SHIGEHIRO; KIUCHI, KAN (2007). "Efecto inhibidor del crecimiento de los agentes que prolongan la vida útil en Bacillus subtilis IAM 1026". Ciencia del biocontrol . 12 (2): 71–75. doi : 10.4265/bio.12.71 . PMID  17629249.
  33. ^ Vanitha, Thiraviam; Thammawong, Manasikan; Umehara, Hitomi; Nakamura, Nobutaka; Shiina, Takeo (3 de septiembre de 2019). "Efecto de las láminas impregnadas con hinokitiol en la vida útil y la calidad de los tomates "KEK-1" durante el almacenamiento". Tecnología y ciencia del envasado . 32 (12): 641–648. doi :10.1002/pts.2479. S2CID  202995336.