História e Estrutura das Cucurbitacinas: Uma Revisão - Prof. Dalmolin | Manuais, Projetos, Pesquisas Ecologia

Quim. Nova, Vol. 27, No. 6, 944-948, 2004

Revisão

*e-mail: valente@iq.ufrj.br

CUCURBITACINAS E SUAS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS

Ligia Maria Marino Valente*

Departamento de Química Orgânica, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Centro de Tecnologia, Bloco A,

Ilha do Fundão, 21910-240 Rio de Janeiro - RJ

Recebido em 16/7/03; aceito em 9/3/04; publicado na web em 27/8/04

CUCURBITACINS AND THEIR MAIN STRUCTURAL CHARACTERISTICS. The cucurbitacins are highly oxygenated

triterpenoid compounds found in several botanical families that show high toxicity and varied biological activities. This review

presents the main cucurbitacins so far isolated and their key structural characteristics. It complements and updates the existing

reviews on this subject.

Keywords: cucurbitacin; triterpenoid; review.

INTRODUÇÃO

Cucurbitacinas são, por definição, triterpenos altamente oxige-

nados, com o esqueleto biogeneticamente incomum 19(10→9β)-

abeo-10α-lanostano (cucurbitano) (Figura 1), que podem ser encon-

trados livres ou glicosilados1.

As primeiras agliconas isoladas com esqueleto cucurbitano re-

ceberam como nome a palavra cucurbitacina seguida de uma letra,

de acordo com a cronologia do isolamento/elucidação estrutural (Fi-

gura 2). No entanto isso não se constituiu numa regra geral, encon-

trando-se atualmente diversos nomes para essas substâncias.

Elas são reconhecidas principalmente como os princípios tóxi-

cos1 das plantas da família Cucurbitaceae, estando presentes em al-

gumas espécies dessa família botânica usadas na medicina popular

brasileira como a “buchinha” (Luffa operculata)2,3, “taiuiá”

(Wilbrandia ebracteata4-6 e/ou Cayaponia tayuya7,8) e “nhandiroba”

(Fevillea trilobata)9,10.

Embora encontradas predominantemente em espécies da família

Cucurbitaceae, estão presentes também em várias outras famílias

botânicas11,12, como Begoniaceae, Chrysobalanaceae13, Cruciferae,

Datiscaceae, Desfontaniaceae, Elaeocarpaceae, Flacourtiaceae14,

Lauraceae, Liliaceae, Polemoniaceae, Primulaceae, Rosaceae15,

Rubiaceae, Saxifragaceae16, Scrophulariaceae, Sterculiaceae e

Thymelaeaceae17, e também na espécie de cogumelo venenoso

Hebeloma vinosophyllum18.

O grande interesse que essas substâncias têm despertado está

relacionado principalmente à sua toxicidade e ao seu amplo espectro

de atividades biológicas. Esse assunto foi revisto por Miró11 que des-

tacou as atividades citotóxica, antitumoral19, antiinflamatória, antifertilizante, fago-repelente, hepato protetora e curativa e

antimicrobiana como as mais significativas. Recentemente as

cucurbitacinas foram utilizadas como marcador biogenético na

quimiossistemática da superordem Violiflorae20.

Figura 1. Esqueleto cucurbitano

Figura 2. Estruturas das cucurbitacinas mais conhecidas (ver refs. 1, 11 e

as citadas entre colchetes)

Pré-visualização parcial do texto

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Quim. Nova, Vol. 27, No. 6, 944-948, 2004

Revisão

*e-mail: valente@iq.ufrj.br

CUCURBITACINAS E SUAS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS

Ligia Maria Marino Valente*

Departamento de Química Orgânica, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Centro de Tecnologia, Bloco A,

Ilha do Fundão, 21910-240 Rio de Janeiro - RJ

Recebido em 16/7/03; aceito em 9/3/04; publicado na web em 27/8/

CUCURBITACINS AND THEIR MAIN STRUCTURAL CHARACTERISTICS. The cucurbitacins are highly oxygenated triterpenoid compounds found in several botanical families that show high toxicity and varied biological activities. This review presents the main cucurbitacins so far isolated and their key structural characteristics. It complements and updates the existing reviews on this subject.

Keywords: cucurbitacin; triterpenoid; review.

INTRODUÇÃO

Cucurbitacinas são, por definição, triterpenos altamente oxige-

nados, com o esqueleto biogeneticamente incomum 19(10→ 9 β) -

abeo -10α-lanostano (cucurbitano) (Figura 1), que podem ser encon-

trados livres ou glicosilados 1.

As primeiras agliconas isoladas com esqueleto cucurbitano re-

ceberam como nome a palavra cucurbitacina seguida de uma letra,

de acordo com a cronologia do isolamento/elucidação estrutural (Fi-

gura 2). No entanto isso não se constituiu numa regra geral, encon-

trando-se atualmente diversos nomes para essas substâncias.

Elas são reconhecidas principalmente como os princípios tóxi-

cos 1 das plantas da família Cucurbitaceae, estando presentes em al-

gumas espécies dessa família botânica usadas na medicina popular

brasileira como a “buchinha” ( Luffa operculata ) 2,3^ , “taiuiá”

( Wilbrandia ebracteata 4-6^ e/ou Cayaponia tayuya 7,8^ ) e “nhandiroba”

( Fevillea trilobata ) 9,10.

Embora encontradas predominantemente em espécies da família

Cucurbitaceae, estão presentes também em várias outras famílias

botânicas 11,12^ , como Begoniaceae, Chrysobalanaceae 13 , Cruciferae,

Datiscaceae, Desfontaniaceae, Elaeocarpaceae, Flacourtiaceae 14 ,

Lauraceae, Liliaceae, Polemoniaceae, Primulaceae, Rosaceae 15 ,

Rubiaceae, Saxifragaceae 16 , Scrophulariaceae, Sterculiaceae e

Thymelaeaceae 17 , e também na espécie de cogumelo venenoso

Hebeloma vinosophyllum^18.

O grande interesse que essas substâncias têm despertado está

relacionado principalmente à sua toxicidade e ao seu amplo espectro

de atividades biológicas. Esse assunto foi revisto por Miró^11 que des-

tacou as atividades citotóxica, antitumoral 19 , antiinflamatória, antifertilizante, fago-repelente, hepato protetora e curativa e

antimicrobiana como as mais significativas. Recentemente as

cucurbitacinas foram utilizadas como marcador biogenético na

quimiossistemática da superordem Violiflorae 20.

Figura 1. Esqueleto cucurbitano

Figura 2. Estruturas das cucurbitacinas mais conhecidas (ver refs. 1, 11 e as citadas entre colchetes)

Vol. 27, No. 6 Cucurbitacinas e suas Principais Características Estruturais 945

Estruturalmente são classificadas de acordo com suas funciona-

lidades no anel A, modificações na cadeia lateral e considerações

estereoquímicas. O padrão de oxigenação inclui um grupamento

hidroxila ou carbonila no carbono 3 21 , além da possibilidade de

oxigenação nos carbonos 2, 7, 11, 16, 19, 20, 22 e 25.

A história do isolamento e determinação estrutural das cucurbi-

tacinas confunde-se com a própria história da fitoquímica. A primei-

ra substância isolada, a elaterina 22 (mais tarde denominada cucur-

bitacina E, Figura 2), data de 1831 e, como todas as substâncias

naturais isoladas de plantas medicinais no século XIX, só teve sua

estrutura elucidada muitos anos mais tarde, em função do desenvol-

vimento da teoria estrutural e das técnicas experimentais.

Até o momento várias cucurbitacinas foram isoladas, incluindo

algumas com modificações estruturais como as nor 5,8-10,23-25, hexanor 26-30,

heptanor^9 , octanor^26 e neo cucurbitacinas^3 (Figuras 2, 3 e 4).

Neste trabalho estão compiladas as principais cucurbitacinas iso-

ladas até o momento, agrupadas de acordo com suas características

estruturais. O trabalho tem como objetivo complementar e atualizar

as duas principais revisões 1,11^ publicadas até o momento sobre essas

substâncias, proporcionando uma visão abrangente sobre as estrutu-

ras das mesmas e facilitando o acesso aos principais dados relacio-

nados à sua elucidação estrutural.

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS

Todo o histórico da elucidação estrutural das cucurbitacinas até

1970, incluindo a determinação da estereoquímica dos centros quirais

de seu esqueleto, foi detalhadamente revisto por Lavie e Glotter^1. Os

trabalhos descritos basearam-se principalmente em transformações

químicas, análises de Dispersão Óptica Rotatória (DOR) e Resso-

nância Magnética Nuclear de 1 H (RMN 1 H) de vários derivados em

comparação com modelos. Com a evolução das técnicas de separa-

ção e elucidação estrutural, várias estruturas foram sendo isoladas.

Velde 31 compilou e comparou os deslocamentos químicos em RMN

13 C e 1 H de nove diferentes cucurbitacinas, mostrando o assinalamento

inequívoco dos átomos de carbono dessas substâncias. Che 32 e

Sasamori 33 realizaram trabalho semelhante em RMN 1 H.

Budzikiewiez 34 , Audier^35 e Kupcham^36 analisaram o espectro de mas-

sas de algumas cucurbitacinas propondo fragmentos típicos para essa

classe de substâncias. Esses dados foram confirmados e ampliados

principalmente nos trabalhos de Johnson 37,38^ pela utilização de

Espectrometria de Massas de Alta Resolução (EMAR) e variação

nas formas de ionização. Hoje com as modernas técnicas de RMN

em duas dimensões, Difração de Raio X 39,40^ e técnicas hifenadas 41 ,

está sendo possível ampliar cada vez mais o universo estrutural das

cucurbitacinas, detectando estruturas mais complexas mesmo

minoritárias.

O conhecimento acumulado até o momento tem mostrado que as

principais características estruturais de diferenciação das cucur-

bitacinas estão localizadas no anel A e na cadeia lateral. Um dado

adicional, levado em conta neste artigo, é a análise dos grupamentos

carbonila (localização e características), presentes de maneira siste-

mática na grande maioria dessas substâncias.

Anel A

São encontradas até o momento doze variações estruturais de

anel A em cucurbitacinas (Figura 5) em oito sistemas básicos ( 1 - 8 ).

Dentre esses, os sistemas 1 e 2 foram os primeiros a serem descri-

tos^1. Foi também (em 1960) através da observação de que o proton

olefínico (H-1) do sistema diosfenólico (grupamento α-dicetona

enolizado) presente em 1 apresentava em RMN 1 H um sinal duplo

em δ 5,97 ( J =~3Hz), que se confirmou a presença de um hidrogênio

em C-10, surgindo assim uma das primeiras evidências do esqueleto

lanostano rearranjado das cucurbitacinas^1.

São denominadas iso cucurbitacinas2,30,59,62^ aquelas que possuem

o sistema 3a (3αOH, equatorial) e epi-iso cucurbitacinas 59,62^ as de

sistema 3b (3βOH, axial).

Cucurbitacinas contendo no anel A apenas uma hidroxila em

C-3, 5a e 5b , são geralmente encontradas na natureza como

glicosídeos e podem apresentar um esqueleto menos oxigenado que

as outras cucurbitacinas. A orientação da hidroxila em C-3 é de um

modo geral β (axial) 18,37,39,42-48^ , entretanto foram isoladas algumas

cucurbitacinas glicosiladas com o substituinte em C-3 (OGli) α orien-

tado 49,^.

No sistema 4 , 2,3-di-hidroxi, as variações 4b [2β,3α(diequa-

torial)]15,28,29,32,64^ e 4c [2β(equatorial),3β(axial)]4,5,27,29,30,52,55,58,63^ são as

de maior ocorrência. A determinação da estereoquímica relativa des-

ses centros é geralmente assinalada por RMN, principalmente atra-

vés da observação da constante de acoplamento de H-3 4,27,^.

São denominadas nor cucurbitacinas as que possuem o sistema

6. Nelas o anel A está aromatizado, com perda de um dos grupos

metilas geminais ligados a C-4. São em sua grande maioria glico-

Figura 3. Exemplos de estruturas de nor e heptanorcucurbitacinas

Figura 4. Estruturas das octanor e neocucurbitacina isoladas até o momento

(referências entre colchetes)

Vol. 27, No. 6 Cucurbitacinas e suas Principais Características Estruturais 947

Estão localizados com maior freqüência nos carbonos 2, 3, 11 e

22. No caso de hexanor 26-30^ e heptanor^9 cucurbitacinas, em que há

perda da cadeia lateral, aparece um grupamento carbonila no carbo-

no 20, 33 , e em octanor cucurbitacinas no carbono 16^26 , 34. Foi iso-

lada uma cucurbitacina carbonilada no carbono 7^47 , 37 , e duas no

carbono 1946,48^ , 38.

CONCLUSÃO

A elucidação estrutural das cucurbitacinas ocupa, sem dúvida,

um lugar importante na história da química de produtos naturais. Os

trabalhos pioneiros contaram com o brilhantismo de químicos como

Derek H. R. Barton, Otto R. Gottlieb e David Lavie entre muitos

outros, em elegantes transformações que levaram à elucidação de

várias estruturas, em uma época com poucos recursos em métodos

físicos de análise. O desafio ainda permanece, quer no re-estudo de

algumas estruturas à luz de técnicas analíticas mais modernas, quer

no isolamento e elucidação de novas substâncias, assim como na

pesquisa de seu potencial terapêutico.

REFERÊNCIAS

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Figura 7. Principais localizações e características dos grupamentos

carbonila encontrados em cucurbitacinas (referências entre colchetes)

Miró, M.; Phytother. Res. 1995 , 9 , 159.
Uma listagem correlacionando as principais cucurbitacinas isoladas com 91 espécies de plantas, agrupadas por família botânica, pode ser encontrada na ref. 11. As famílias botânicas não contempladas na citada referência estão correlacionadas no texto às suas respectivas referências bibliográficas.
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948 Valente Quim. Nova

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Revisão

CUCURBITACINAS E SUAS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS

Ligia Maria Marino Valente*

Departamento de Química Orgânica, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Centro de Tecnologia, Bloco A,

Ilha do Fundão, 21910-240 Rio de Janeiro - RJ

Recebido em 16/7/03; aceito em 9/3/04; publicado na web em 27/8/

INTRODUÇÃO

Cucurbitacinas são, por definição, triterpenos altamente oxige-

nados, com o esqueleto biogeneticamente incomum 19(10→ 9 β) -

abeo -10α-lanostano (cucurbitano) (Figura 1), que podem ser encon-

trados livres ou glicosilados 1.

As primeiras agliconas isoladas com esqueleto cucurbitano re-

ceberam como nome a palavra cucurbitacina seguida de uma letra,

de acordo com a cronologia do isolamento/elucidação estrutural (Fi-

gura 2). No entanto isso não se constituiu numa regra geral, encon-

trando-se atualmente diversos nomes para essas substâncias.

Elas são reconhecidas principalmente como os princípios tóxi-

cos 1 das plantas da família Cucurbitaceae, estando presentes em al-

gumas espécies dessa família botânica usadas na medicina popular

brasileira como a “buchinha” ( Luffa operculata ) 2,3^ , “taiuiá”

( Wilbrandia ebracteata 4-6^ e/ou Cayaponia tayuya 7,8^ ) e “nhandiroba”

( Fevillea trilobata ) 9,10.

Embora encontradas predominantemente em espécies da família

Cucurbitaceae, estão presentes também em várias outras famílias

botânicas 11,12^ , como Begoniaceae, Chrysobalanaceae 13 , Cruciferae,

Datiscaceae, Desfontaniaceae, Elaeocarpaceae, Flacourtiaceae 14 ,

Lauraceae, Liliaceae, Polemoniaceae, Primulaceae, Rosaceae 15 ,

Rubiaceae, Saxifragaceae 16 , Scrophulariaceae, Sterculiaceae e

Thymelaeaceae 17 , e também na espécie de cogumelo venenoso

Hebeloma vinosophyllum^18.

O grande interesse que essas substâncias têm despertado está

relacionado principalmente à sua toxicidade e ao seu amplo espectro

de atividades biológicas. Esse assunto foi revisto por Miró^11 que des-

tacou as atividades citotóxica, antitumoral 19 , antiinflamatória, antifertilizante, fago-repelente, hepato protetora e curativa e

antimicrobiana como as mais significativas. Recentemente as

cucurbitacinas foram utilizadas como marcador biogenético na

quimiossistemática da superordem Violiflorae 20.

Estruturalmente são classificadas de acordo com suas funciona-

lidades no anel A, modificações na cadeia lateral e considerações

estereoquímicas. O padrão de oxigenação inclui um grupamento

hidroxila ou carbonila no carbono 3 21 , além da possibilidade de

oxigenação nos carbonos 2, 7, 11, 16, 19, 20, 22 e 25.

A história do isolamento e determinação estrutural das cucurbi-

tacinas confunde-se com a própria história da fitoquímica. A primei-

ra substância isolada, a elaterina 22 (mais tarde denominada cucur-

bitacina E, Figura 2), data de 1831 e, como todas as substâncias

naturais isoladas de plantas medicinais no século XIX, só teve sua

estrutura elucidada muitos anos mais tarde, em função do desenvol-

vimento da teoria estrutural e das técnicas experimentais.

Até o momento várias cucurbitacinas foram isoladas, incluindo

algumas com modificações estruturais como as nor 5,8-10,23-25, hexanor 26-30,

heptanor^9 , octanor^26 e neo cucurbitacinas^3 (Figuras 2, 3 e 4).

Neste trabalho estão compiladas as principais cucurbitacinas iso-

ladas até o momento, agrupadas de acordo com suas características

estruturais. O trabalho tem como objetivo complementar e atualizar

as duas principais revisões 1,11^ publicadas até o momento sobre essas

substâncias, proporcionando uma visão abrangente sobre as estrutu-

ras das mesmas e facilitando o acesso aos principais dados relacio-

nados à sua elucidação estrutural.

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS

Todo o histórico da elucidação estrutural das cucurbitacinas até

1970, incluindo a determinação da estereoquímica dos centros quirais

de seu esqueleto, foi detalhadamente revisto por Lavie e Glotter^1. Os

trabalhos descritos basearam-se principalmente em transformações

químicas, análises de Dispersão Óptica Rotatória (DOR) e Resso-

nância Magnética Nuclear de 1 H (RMN 1 H) de vários derivados em

comparação com modelos. Com a evolução das técnicas de separa-

ção e elucidação estrutural, várias estruturas foram sendo isoladas.

Velde 31 compilou e comparou os deslocamentos químicos em RMN

13 C e 1 H de nove diferentes cucurbitacinas, mostrando o assinalamento

inequívoco dos átomos de carbono dessas substâncias. Che 32 e

Sasamori 33 realizaram trabalho semelhante em RMN 1 H.

Budzikiewiez 34 , Audier^35 e Kupcham^36 analisaram o espectro de mas-

sas de algumas cucurbitacinas propondo fragmentos típicos para essa

classe de substâncias. Esses dados foram confirmados e ampliados