Terpeno

Los terpenos ( / ˈ t ɜːr p iː n z / TUR -peenz ) son una clase grande y diversa de productos naturales con la fórmula general (C ₅ H ₈ ) _n , donde n  ≥  2. Sirven como bloques de construcción biosintéticos cruciales en muchos organismos, particularmente plantas. Compuestos por más de 30 000 compuestos, estos hidrocarburos insaturados son producidos predominantemente por plantas , particularmente coníferas . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} En las plantas, los terpenos y terpenoides son mediadores importantes de las interacciones ecológicas , mientras que algunos insectos usan algunos terpenos como una forma de defensa. Otras funciones de los terpenoides incluyen la modulación del crecimiento celular y la elongación de la planta, la captación de luz y la fotoprotección, y el control de la permeabilidad y fluidez de la membrana.

Los terpenos se clasifican según el número de carbonos: monoterpenos (C10 ₎ , sesquiterpenos (C15 ₎ , diterpenos (C20 ₎ , por ejemplo. El terpeno alfa-pineno es un componente principal de la trementina , un disolvente común .

Un terpeno con importantes aplicaciones es el caucho natural (es decir, el poliisopreno ). Se ha investigado la posibilidad de que otros terpenos se utilicen como precursores para producir polímeros sintéticos . Se ha demostrado que muchos terpenos tienen efectos farmacológicos. Los terpenos también son componentes de algunas medicinas tradicionales, como la aromaterapia , y como ingredientes activos de pesticidas en la agricultura. ^{[ 4 ]}

El término « terpeno» ( alemán) fue acuñado en 1866 por el químico alemán August Kekulé para designar a todos los hidrocarburos con la fórmula empírica C₁₀H₁₆ _{, entre} los que se encontraba el canfeno . Anteriormente, muchos hidrocarburos con la fórmula empírica C₁₀H₁₆ _{se denominaban «canfeno», pero otros hidrocarburos de la} misma composición recibían nombres diferentes. Kekulé acuñó el término «terpeno» para reducir la confusión. ^{[ 5 ] [ 6 ]} El nombre es una forma abreviada de «terpentina», la palabra alemana para « trementina ». ^{[ 7 ]}

Aunque a veces se usan indistintamente con "terpenos", los terpenoides (o isoprenoides ) son terpenos modificados que contienen grupos funcionales adicionales , generalmente oxigenados. ^{[ 8 ]} Sin embargo, los términos terpenos y terpenoides se usan a menudo indistintamente. Además, los terpenos se producen a partir de terpenoides y muchos terpenoides se producen a partir de terpenos. Ambos tienen olores fuertes y a menudo agradables, que pueden proteger a sus huéspedes o atraer polinizadores. Se estima que el número de terpenos y terpenoides asciende a 55 000 entidades químicas. ^{[ 9 ]}

El Premio Nobel de Química de 1939 fue otorgado a Leopold Ružička "por su trabajo sobre polimetilenos y terpenos superiores", ^{[ 10 ] [ 11 ]} "incluida la primera síntesis química de hormonas sexuales masculinas ". ^{[ 12 ]}

Los terpenos son componentes biosintéticos fundamentales. Los esteroides , por ejemplo, son derivados del triterpeno escualeno . Los terpenos y terpenoides también son los principales constituyentes de los aceites esenciales de muchos tipos de plantas y flores. ^{[ 13 ]} En las plantas, los terpenos y terpenoides son importantes mediadores de las interacciones ecológicas . Por ejemplo, desempeñan un papel en la defensa de las plantas contra la herbivoría , la resistencia a las enfermedades , la atracción de mutualistas como los polinizadores , así como la comunicación entre plantas . ^{[ 14 ] [ 15 ]} Parecen desempeñar funciones como antialimentarios . ^{[ 2 ]} Otras funciones de los terpenoides incluyen la modulación del crecimiento celular y la elongación de las plantas, la captación de luz y la fotoprotección, y el control de la permeabilidad y fluidez de la membrana. ^{[ 16 ]}

Los árboles liberan mayores cantidades de terpenos en climas cálidos, ^{[ 17 ]} donde pueden funcionar como un mecanismo natural de siembra de nubes . Las nubes reflejan la luz solar, lo que permite que la temperatura del bosque se regule. ^{[ 18 ]}

Algunos insectos utilizan ciertos terpenos como forma de defensa. Por ejemplo, las termitas de la subfamilia Nasutitermitinae repelen a los insectos depredadores mediante un mecanismo especializado llamado cañón fontanelar , que expulsa una mezcla resinosa de terpenos. ^{[ 19 ]}

Un terpeno que tiene aplicaciones importantes es el caucho natural (es decir, poliisopreno ). Se ha investigado la posibilidad de que otros terpenos puedan usarse como precursores para producir polímeros sintéticos como alternativa al uso de materias primas a base de petróleo. Sin embargo, pocas de estas aplicaciones se han comercializado. ^{[ 20 ]} Muchos otros terpenos, sin embargo, tienen aplicaciones comerciales e industriales a menor escala. Por ejemplo, la trementina , una mezcla de terpenos (por ejemplo, pineno ), obtenida de la destilación de la resina del pino , se usa como disolvente orgánico y como materia prima química (principalmente para la producción de otros terpenoides). ^{[ 7 ]} La colofonia , otro subproducto de la resina de los árboles de coníferas, se usa ampliamente como ingrediente en una variedad de productos industriales, como tintas , barnices y adhesivos . La colofonia también es utilizada por violinistas (y músicos de instrumentos de arco similares ) para aumentar la fricción en las cerdas del arco, por bailarines de ballet en las suelas de sus zapatos para mantener la tracción en el suelo, por gimnastas para mantener sus agarres durante la actuación, y por lanzadores de béisbol para mejorar su control de la pelota. ^{[ 21 ]} Los terpenos se utilizan ampliamente como fragancias y sabores en productos de consumo como perfumes , cosméticos y productos de limpieza , así como en productos alimenticios y bebidas. Por ejemplo, el aroma y el sabor del lúpulo provienen, en parte, de los sesquiterpenos (principalmente α-humuleno y β-cariofileno ), que afectan la calidad de la cerveza . ^{[ 22 ]} Algunos forman hidroperóxidos que son valorados como catalizadores en la producción de polímeros.

Se ha demostrado que muchos terpenos tienen efectos farmacológicos, aunque la mayoría de los estudios provienen de investigaciones de laboratorio y la investigación clínica en humanos es preliminar. ^{[ 23 ]} Los terpenos también son componentes de algunas medicinas tradicionales, como la aromaterapia . ^{[ 24 ]}

Como reflejo de su función defensiva en las plantas, los terpenos se utilizan como ingredientes activos de pesticidas en la agricultura. ^{[ 25 ]}

Los terpenos son incoloros, aunque las muestras impuras suelen ser amarillas. Sus puntos de ebullición varían según su tamaño molecular: terpenos, sesquiterpenos y diterpenos, respectivamente, a 110, 160 y 220  °C. Al ser altamente apolares, son insolubles en agua. Al ser hidrocarburos, son altamente inflamables y tienen baja densidad (flotan en el agua). Son aceites ligeros al tacto, considerablemente menos viscosos que los aceites vegetales comunes como el aceite de maíz (28 cP ), con una viscosidad que oscila entre 1 cP (similar a la del agua) y 6 cP. Los terpenos son irritantes locales y pueden causar trastornos gastrointestinales si se ingieren.

Los terpenoides (mono-, sesqui-, di-, etc.) poseen propiedades físicas similares, pero tienden a ser más polares y, por lo tanto, ligeramente más solubles en agua y algo menos volátiles que sus análogos terpénicos. Los derivados altamente polares de los terpenoides son los glucósidos , que están unidos a azúcares. Estos son sólidos solubles en agua.

Los terpenos pueden visualizarse como el resultado de la unión de unidades de isopreno (C ₅ H ₈ ) "cabeza con cola" para formar cadenas y anillos. ^{[ 32 ]} Algunos terpenos están unidos "cola con cola", y los terpenos ramificados más grandes pueden estar unidos "cola con medio".

Clasificación

• Terpenos seleccionados
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  Limoneno , un monoterpeno .
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  La carvona es un monoterpenoide, un monoterpeno modificado.
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  El pineno , un monoterpeno que existe en forma de dos isómeros, es un componente principal de la trementina .
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  El hinokitiol es un monoterpenoide, un derivado de la tropolona .
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  Humuleno , un sesquiterpeno .
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  El taxadieno , un diterpeno , es precursor del diterpenoide taxol , un agente anticancerígeno.
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  El escualeno , un triterpeno y precursor universal de los esteroides naturales .
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  La geosmina es un sesquiterpenoide.

Los terpenos se pueden clasificar según el número de unidades de isopreno en la molécula; un prefijo en el nombre indica la cantidad de pares de isopreno necesarios para formar la molécula. Generalmente, los terpenos contienen 2, 3, 4 o 6 unidades de isopreno; los tetraterpenos (8 unidades de isopreno) forman una clase aparte de compuestos llamados carotenoides; los demás son raros.

• La unidad básica, el isopreno, es en sí mismo un hemiterpeno. Puede formar derivados que contienen oxígeno, como el prenol y el ácido isovalérico, análogos a los terpenoides.
• Los monoterpenos constan de dos unidades de isopreno y tienen la fórmula molecular C ₁₀ H ₁₆ . Ejemplos de monoterpenos y monoterpenoides incluyen geraniol , terpineol (presente en las lilas ), limoneno (presente en los cítricos ), mirceno (presente en el lúpulo ), linalol (presente en la lavanda ), hinokitiol (presente en los cipreses ) o pineno (presente en los pinos ). ^{[ 33 ] [ 34 ]} Los iridoides derivan de los monoterpenos. Ejemplos de iridoides incluyen aucubina y catalpol .
• Los sesquiterpenos constan de tres unidades de isopreno y tienen la fórmula molecular C₁₅H₂₄ _. Algunos ejemplos de sesquiterpenos y sesquiterpenoides son el humuleno , los farnesenos , _el farnesol y la geosmina . ^{[ 34 ]} (El prefijo sesqui- significa uno y medio).
• _Los diterpenos están compuestos por cuatro unidades de isopreno y tienen la fórmula molecular C₂₀H₃₂ _. Se derivan del pirofosfato de geranilgeranilo . Ejemplos de diterpenos y diterpenoides son el cafestol , el kahweol , el cembreno y el taxadieno (precursor del taxol ). Los diterpenos también constituyen la base de compuestos biológicamente importantes como el retinol , el retinal y el fitol .
• Los sesterterpenos, terpenos que tienen 25 carbonos y cinco unidades de isopreno, son raros en relación con otros tamaños. ^{[ 35 ]} (El prefijo sester- significa dos y medio). Un ejemplo de sesterterpenoide es el geranilfarnesol .
• Los triterpenos constan de seis unidades de isopreno y tienen la fórmula molecular C₃₀H₄₈ _. El escualeno , un triterpeno lineal _y principal componente del aceite de hígado de tiburón , se obtiene mediante el acoplamiento reductivo de dos moléculas de pirofosfato de farnesilo . Posteriormente , el escualeno se procesa biosintéticamente para generar lanosterol o cicloartenol , precursores estructurales de todos los esteroides .
• Los sescuartenos están compuestos por siete unidades de isopreno y tienen la fórmula molecular C₃₅H₅₆ _{. Suelen} ser de origen microbiano. Ejemplos de sescuartepenoides son el ferrugicadiol y el tetraprenilcurcumeno .
• Los tetraterpenos contienen ocho unidades de isopreno y tienen la fórmula molecular C ₄₀ H _64. Entre los tetraterpenoides biológicamente importantes se incluyen el licopeno acíclico , el gamma-caroteno monocíclico y los alfa- y beta-carotenos bicíclicos .
• Los politerpenos están formados por largas cadenas de muchas unidades de isopreno. El caucho natural está compuesto de poliisopreno, cuyos enlaces dobles son cis . Algunas plantas producen un poliisopreno con enlaces dobles trans , conocido como gutapercha .
• Los norisoprenoides, caracterizados por el acortamiento de una cadena o anillo mediante la eliminación de un grupo metileno o la sustitución de una o más cadenas laterales de metilo por átomos de hidrógeno, incluyen el norisoprenoides C13 ₃ -oxo-α-ionol presente en las hojas de Moscatel de Alejandría y derivados de 7,8-dihidroionona, como el megastigmano-3,9-diol y el 3-oxo-7,8-dihidro-α-ionol que se encuentran en las hojas de Shiraz (ambas uvas de la especie Vitis vinifera ) ^{[ 36 ]} o en el vino ^{[ 37 ] [ 38 ]} (responsable de algunas de las notas especiadas del Chardonnay ), y pueden ser producidos por peroxidasas fúngicas ^{[ 39 ]} o glucosidasas ^{[ 40 ]} .

Aunque los terpenos y terpenoides se encuentran ampliamente distribuidos, su extracción de fuentes naturales suele ser problemática. Por consiguiente, se producen mediante síntesis química, generalmente a partir de productos petroquímicos . En una ruta, la acetona y el acetileno se condensan para dar 2-metilbut-3-in-2-ol , que se extiende con éster acetoacético para dar alcohol geranílico . Otros se preparan a partir de aquellos terpenos y terpenoides que se aíslan fácilmente en cantidad, por ejemplo, de las industrias del papel y del aceite de tall . Por ejemplo, el α-pineno , que se obtiene fácilmente de fuentes naturales, se convierte en citronelal y alcanfor . El citronelal también se convierte en óxido de rosa y mentol . ^{[ 1 ]}

• Terpenos en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Pope, Frank George (1911). "Terpenos"  . En Chisholm, Hugh (ed.). Encyclopædia Britannica . Vol.  26 (11.ª  ed.). Cambridge University Press. pp. 647–652 . Estudio de la química de los terpenos.