ES2300441T3 - Esteres de carotenoides novedosos. - Google Patents

Abstract

Éster que comprende al menos un resto derivado de alcohol y al menos un resto derivado de ácido, en el que el al menos un resto derivado de alcohol comprende un hidroxicarotenoide seleccionado del grupo que consiste en monohidroxicarotenoides, dihidroxicarotenoides y polihidroxicarotenoides, y en el que el al menos un resto derivado de ácido comprende un carotenoide carboxílico seleccionado del grupo que consiste en carotenoides monocarboxílicos, carotenoides dicarboxílicos y carotenoides policarboxílicos.

Description

Ésteres de carotenoides novedosos.

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica el beneficio de las solicitudes de patente estadounidenses provisionales números
60/270.817, presentada el 23 de febrero de 2001 y 60/347.443 presentada el 11 de enero de 2002.

Antecedentes de la invención

Los carotenoides son productos naturales importantes que están implicados en el proceso de fotosíntesis de las plantas. Los carotenoides se usan como complementos nutritivos para animales y seres humanos, así como en colorantes alimentarios y cosméticos. Aunque los carotenoides son importantes para la salud, los animales y seres humanos no pueden producirlos y estos compuestos deben entonces obtenerse a través de la dieta a partir de frutas y verduras.

Varias propiedades de los carotenoides los hacen importantes para la salud tanto de animales como de seres humanos. Por ejemplo, estos compuestos son antioxidantes con efectos de extinción importantes sobre los radicales libres. Protegen los tejidos vivos frente a una variedad de enfermedades, o bien directamente o bien como inmunopotenciadores. Adicionalmente, los carotenoides están implicados en la comunicación mediante uniones comunicantes entre las células vivas. Evidencias epidemiológicas recientes han sugerido una relación inversa entre el consumo de frutas y verduras con un alto contenido en carotenoides y la incidencia de varios tipos de cáncer. Específicamente, el \beta-caroteno, la luteína y el licopeno han demostrado presentar un efecto de prevención del cáncer (M.M. Mathews-Roth, Current Chemotherapy and Infectious Diseases (J.D. Nelson y C. Grassi, Eds, Am. Soc. Microbiol., Washington DC:1503-1505 (1980)); B. P. Chew et al, Anticancer Research 16:3689-3694 (1996); P.H. Gann et al, Cancer Res. 59:1225-1230 (1999)).

Adicionalmente, varios carotenoides, tales como luteína y zeaxantina, tienen funciones específicas en la retina del ojo para garantizar una visión sana en varias especies de animales, incluyendo los seres humanos (J.D. Landrum et al., Archives Biochem. Biophys. 385(1):28-40(2001)). Finalmente, algunos carotenoides tienen actividad de provitamina A, mientras que otros controlan la reproducción y la fecundidad, regulando por incremento el gen de la conexina 43, disminuyendo el riesgo de enfermedades degenerativas y previniendo cardiopatías coronarias (N. Krinsky, Pure and Appl. Chem. 66(5):1003-1010 (1994)).

Desde un punto de vista químico, los carotenoides pueden clasificarse por sus grupos funcionales en varias categorías (véase Key to Carotenoids, 2ª edición revisada y ampliada, H. Pfander et al, Birkhäuser Verlag, Basilea, 1987). Éstos incluyen carotenoides hidrocarbonados tales como \beta-caroteno y licopeno, monohidroxicarotenoides tales como \beta-criptoxantina, dihidroxicarotenoides tales como luteína y zeaxantina, polihidroxicarotenoides tales como \beta,\beta-caroteno-triol, epoxicarotenoides tales como violaxantina y anteraxantina, carbonilcarotenoides tales como equinenona, capsanteína, cantaxantina y astaxantina, y ácidos carotenoides tales como bixina y crocetina.

Se conocen bien los ésteres con un carotenoide como el resto derivado de alcohol. Por ejemplo, los monoésteres y diésteres de luteína y zeaxantina con ácido palmítico, ácido mirístico y ácido esteárico se producen en la naturaleza. También se conocen como las "xantofilas" de las flores y hojas de la mayoría de las plantas (Alam, Lipids, 3:183 (1968)). Estos ésteres se preparan también comercialmente, tal como se describe, por ejemplo, en la patente estadounidense número 6.191.293 de Levy por medio de la extracción de las flores de la planta de clavelón de la India (Tagetes erecta) con la subsiguiente purificación.

Adicionalmente, se han preparado sintéticamente algunos ésteres que contienen un carotenoide como el resto derivado de alcohol. Por ejemplo, se han descrito en la patente estadounidense número 5.536.504 de Eugster, et al los ésteres de valerato, laurato, oleato, linoleato y caproato de los carotenoides zeaxantina e isozeaxantina. En la patente estadounidense número 5.959.138 de Torres-Cardona, et al también se han descrito diésteres de ácido orgánico de cadena corta de luteína y zeaxantina.

También se conocen bien los ésteres que contienen un carotenoide como el resto derivado de ácido. Aunque muchos se producen en la naturaleza ("Key to Carotenoids"), se han preparado otros ésteres de este tipo mediante síntesis. Por ejemplo, la patente estadounidense número 2.768.198 de Marbet, et al. describe la preparación de ésteres de bixina y norbixina con alcohol amílico, alcohol octílico y vitamina A.

Finalmente, se han preparado glicéridos con un ácido carotenoide mediante catálisis enzimática (Partali et al, Angew. Chem Int. Ed. Engl. 35:329-330 (1996)). La reacción del ácido \beta-apo-8'-carotenoico con vitamina E produce \beta-8'-carotenoato de \alpha-tocoferilo tal como se describe por Larsen et al (Chem. Eur. J. 4:113-117 (1998)). Adicionalmente, Humeau et al (Biotechnol. Lett. 22:155-168 (2000)) notificaron la esterificación enzimática de bixina utilizando ácido L-ascórbico, que contiende dos grupos OH alcohólicos, como el resto de alcohol.

En resumen, aunque se conocen muchos ésteres que contienen componentes carotenoides, todos los ésteres de carotenoides conocidos tienen un componente no carotenoide como el resto derivado de alcohol o el resto derivado de ácido.

Breve sumario de la invención

Este invención se refiere a ésteres que comprenden al menos un resto derivado de alcohol y al menos un resto derivado de ácido, en los que el al menos un resto derivado de alcohol comprende un hidroxicarotenoide seleccionado del grupo que consiste en monohidroxicarotenoides, dihidroxicarotenoides y polihidroxicarotenoides, y en el que el resto derivado de ácido comprende un carotenoide carboxílico seleccionado del grupo que consiste en carotenoides monocarboxílicos, carotenoides dicarboxílicos y carotenoides policarboxílicos. Los hidroxicarotenoides preferidos incluyen luteína, zeaxantina, criptoxantina, violaxantina, caroteno-diol, hidroxicaroteno, hidroxilicopeno, aloxantina y deshidrocriptoxantina. Los carotenoides carboxílicos preferidos incluyen bixina, norbixina, ácido \beta-apo-8-carotenoico, crocetina, ácido diapocarotenoico, carboxilcaroteno y azafrina.

Breve descripción de las diversas vistas de los dibujos

El sumario precedente, así como la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferidas de la invención se entenderán mejor cuando se lean junto con los dibujos adjuntos. Con el fin de ilustrar la invención, se muestran en los dibujos realizaciones que se prefieren actualmente. Sin embargo, debe entenderse que la invención no está limitada a las disposiciones e instrumentalidades precisas mostradas.

En los dibujos:

La figura 1 es una fórmula estructural de monobixinato de luteína; y

la figura 2 es una fórmula estructural de dibixinato de luteína.

Descripción detallada de la invención

Esta invención se refiere a una nueva clase de ésteres en los que el resto derivado de ácido y el resto derivado de alcohol son carotenoides. Para los fines de esta descripción, las expresiones "resto derivado de alcohol" y "resto de alcohol" pueden entenderse ambos que se refieren al fragmento de la molécula de éster que se deriva de un alcohol. De manera similar, las expresiones "resto derivado de ácido" y "resto de ácido" se refieren ambos al fragmento de la molécula de éster que se deriva de un ácido carboxílico.

La nueva clase de ésteres, que incluye monoésteres, diésteres y poliésteres, es sustancialmente diferente de los ésteres conocidos porque ambos restos de alcohol y ácido son compuestos carotenoides. Los ésteres según la presente invención pueden denominarse por tanto "ésteres de carotenoides híbridos" o "ésteres de todo-carotenoides". Estos ésteres de todo-carotenoides muestran las características de color combinadas y el potencial antioxidante combinado de ambos restos, lo que los hace superiores a los componentes carotenoides individuales. Su potencial antioxidante excepcionalmente alto y su destacada liposolubilidad hacen de los ésteres de todo-carotenoides prometedores agentes colorantes, antioxidantes eficaces, agentes farmacéuticos con alta actividad biológica e incluso productos poliméricos que muestran características únicas de conducción eléctrica.

Los ésteres de todo-carotenoides según la presente invención se preparan a partir de la combinación de al menos un hidroxicarotenoide y al menos un carotenoide carboxílico. Los hidroxicarotenoides que pueden utilizarse para formar estos ésteres pueden ser monohidroxicarotenoides, dihidroxicarotenoides o polihidroxicarotenoides. Aunque sin pretender ser limitantes, se muestran hidroxicarotenoides a modo de ejemplo en la tabla 1. Los hidroxicarotenoides preferidos según la presente invención incluyen luteína, zeaxantina, criptoxantina, violaxantina, caroteno-diol, hidroxicaroteno, hidroxilicopeno, aloxantina y deshidrocriptoxantina. Hidroxicarotenoides que son más preferidos incluyen luteína, zeaxantina, criptoxantina y violaxantina, y los carotenoides más preferidos son luteína, zeaxantina y deshidrocriptoxantina.

\vskip1.000000\baselineskip

\vskip1.000000\baselineskip

\vskip1.000000\baselineskip

(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 1 Ejemplos de hidroxicarotenoides

1

El carotenoide carboxílico según la presente invención puede ser un carotenoide monocarboxílico, un carotenoide dicarboxílico o un carotenoide policarboxílico. Aunque sin pretender ser limitantes, se muestran carotenoides carboxílicos a modo de ejemplo en la tabla 2. Los carotenoides carboxílicos preferidos incluyen bixina, norbixina, ácido \beta-apo-8'-carotenoico, crocetina, ácido diapocarotenoico, carboxilcaroteno y azafrina. Carotenoides carboxílicos más preferidos incluyen bixina, norbixina, crocetina y ácido \beta-apo-8'-carotenoico, mientras que los carotenoides carboxílicos más preferidos son bixina, norbixina y ácido \beta-apo-8'-carotenoico.

\vskip1.000000\baselineskip

\vskip1.000000\baselineskip

TABLA 2 Ejemplos de carotenoides carboxílicos

2

Dependiendo de los componentes carotenoides en particular y de la proporción estequiométrica de los carotenoides reactantes utilizados para la reacción de esterificación, el éster de carotenoide resultante puede ser un monoéster de dicarotenoide, un diéster de tricarotenoide o un poliéster de policarotenoide. Por ejemplo, los monoésteres de dicarotenoides se originan a partir de la reacción de una molécula de un dihidroxicarotenoide, tal como la luteína o la zeaxantina, con una molécula de un carotenoide monocarboxílico, tal como la bixina. Los diésteres de tricarotenoides son el resultado de la reacción de una molécula de un dihidroxicarotenoide con dos moléculas de un carotenoide monocarboxílico. Finalmente, los poliésteres de policarotenoides resultan de la reacción de varias moléculas de un dihidroxicarotenoide con varias moléculas de un carotenoide dicarboxílico, tal como norbixina. Se muestran posibles combinaciones a modo de ejemplo de ésteres de carotenoides de luteína con bixina, norbixina y ácido apocarotenoico en la tabla 3.

TABLA 3 Tipos de los ésteres de todo-carotenoides

3

Se muestran las fórmulas estructurales de dos ésteres formados a partir de la reacción de luteína y bixina, monobixinato de luteína y dibixinato de luteína, en las figuras 1 y 2, respectivamente. De modo interesante, el segundo producto de éster mostrado en la tabla 3 es el bixinato de anhidroluteína o 3',4'-deshidrocriptoxantina, que se obtuvo como un subproducto inesperado de la reacción entre la luteína y la bixina. Este compuesto se formó mediante una reacción de deshidratación del grupo hidroxilo sin reaccionar de la luteína.

La esterificación del carotenoide dicarboxílico norbixina con el dihidroxicarotenoide luteína avanza en ambos lados de ambas moléculas reactantes para formar un éster polimérico, comparable al material de poliéster bien conocido obtenido mediante la esterificación de etilenglicol con ácido tereftálico, que se hila en una fibra denominada Dacron^{TM}. Los poliésteres de policarotenoides de la presente invención no sólo tienen propiedades antioxidantes y de absorción de luz únicas, sino que debido a su naturaleza polimérica altamente insaturada, son plásticos con características únicas de conducción eléctrica. Pueden utilizarse como "cables moleculares" para la transmisión eléctrica y como polímeros semiconductores en aplicaciones novedosas para pilas de combustible, circuitos de plástico, dispositivos emisores de luz y transistores, por ejemplo.

Pueden prepararse los ésteres en los que tanto el resto de ácido como el resto de alcohol son carotenoides mediante cualquier método conocido en la técnica para la esterificación, incluyendo aquellos conocidos en laboratorios de química general y en la práctica industrial para la esterificación de alcoholes con ácidos. El primer método comprende hacer reaccionar al menos un hidroxicarotenoide directamente con al menos un carotenoide carboxílico. Por ejemplo, la esterificación de un hidroxicarotenoide con un carotenoide carboxílico es posible mediante técnicas catalíticas conocidas como, por ejemplo, a través de acoplamiento con carbodiimida en presencia de dimetil-aminopiridina. Aún otra manera de preparar estos ésteres de carotenoides es la esterificación enzimática con una lipasa.

En una realización preferida, se utiliza un cloruro de ácido de al menos un carotenoide carboxílico como el producto intermedio para la esterificación. El cloruro de ácido puede prepararse mediante cualquier método conocido en la técnica tal como por medio de las reacciones conocidas con tri o pentacloruro de fósforo, con cloruro de tionilo o con el cloruro de formilo altamente reactivo (McGill U., Tetrahedron Letters (1997) 38(37):6489). En una realización más preferida, el cloruro de ácido se prepara a partir de la reacción del carotenoide carboxílico con cloruro de oxalilo. Este cloruro de ácido se hace reaccionar entonces con al menos un hidroxicarotenoide para formar el éster de carotenoide deseado.

La invención se describirá mejor con más detalle con respecto a los siguientes ejemplos no limitantes.

Ejemplo 1

El monobixinato de luteína, tal como se muestra en la figura 1, se sintetizó según el siguiente procedimiento. Se convirtió bixina (500 mg, 1,27 mmol) en cloruro de bixinoílo en diclorometano seco (50 ml) mediante la adición de cloruro de oxalilo (500 \mul, 5,25 mmol) y N,N-dimetilformamida (1 gota). Se agitó la mezcla a temperatura ambiente durante 1 hora y entonces se evaporó hasta sequedad a presión reducida para producir cloruro de bixinoílo.

Se mezcló cloruro de bixinoílo (4 mg, 25 \mumol) con luteína (1 mg, 1,76 \mumol) en 1 ml de tolueno seco. Se añadió piridina (1 gota) y se agitó la mezcla a temperatura ambiente durante 6 días. Se monitorizó la reacción de esterificación mediante cromatografía en capa fina (CCF) sobre una placa de sílice con acetato de etilo al 20% en diclorometano como la fase de desarrollo. Se consideró la reacción completa cuando había desaparecido en gran parte la mancha de la luteína reactante (Rf = 0,2) y había aparecido una nueva mancha roja, menos polar que corrió casi hasta el frente del disolvente (Rf-0,95).

En esta fase, se detuvo el mezclado y se evaporó la mezcla de reacción a presión reducida. Se disolvió el residuo seco en dietil éter (2 ml) y se realizó una cromatografía sobre una columna de sílice con dietil éter como eluyente. Se recogió el material que corrió hasta el frente y se evaporó a presión reducida para dar monobixinato de luteína, que se purificó mediante cromatografía en columna sobre sílice.

El análisis del producto mediante CCF sobre sílice con acetato de etilo al 20% en diclorometano dio una única mancha de Rf = 0,95. El análisis de resonancia magnética nuclear (RMN) de ^{1}H en un aparato Brucker AC2SO a 250 MHz en CDCl_{3} mostró la resonancia del éster metílico de bixina a 3,75 ppm y los dobletes del doble enlace de bixina a 7,4 ppm y 7,95 ppm. Se observaron las señales de luteína a 3,9 ppm y 4,19 ppm, así como las resonancias de los protones alifáticos a 0,7 - 1,9 ppm. El desplazamiento a campo alto de la señal de luteína desde 3,9 ppm hasta 3,15 ppm es indicativo del cambio del hidroxilo libre al éster acoplado. Por tanto, el producto purificado contenía el éster formado a partir de la combinación de bixina y luteína. El espectro de masas obtenido utilizando la técnica de APCI (ionización química a presión atmosférica) mostró un pico a 944 que coincide con monobixinato de luteína (C_{65}H_{84}O_{5}).

Ejemplo 2

Se preparó el dibixinato de luteína, tal como se muestra en la figura 2, según el siguiente procedimiento. Se convirtió bixina (550 mg, 1,39 mmol) en cloruro de bixinoílo en tolueno seco (10 ml) mediante la adición de cloruro de oxalilo (1 ml, 10,5 mmol) y se sometió a reflujo bajo nitrógeno durante 1 hora para dar una disolución de color rojo sangre. Se dejó enfriar ligeramente la mezcla y entonces se evaporó hasta sequedad a presión reducida para producir cloruro de bixinoílo.

Se mezcló el cloruro de bixinoílo (8 mg, 19,4 \mumol) con luteína (1 mg, 1,76 \mumol) en 1 ml de tolueno seco. Se añadió una mezcla de piridina y 4-N,N-dimetilaminopiridina (2 gotas) y se sometió la mezcla a reflujo durante 8 horas. Se monitorizó la reacción de esterificación utilizando CCF sobre una placa de sílice con acetato de etilo al 20% en diclorometano como la fase de desarrollo. Durante la reacción, había desaparecido en gran parte la mancha de la luteína reactante (Rf = 0,2) y habían aparecido dos nuevas manchas rojas, menos polares que corrieron casi hasta el frente del disolvente (monobixinato de luteína Rf = 0,95 y dibixinato de luteína Rf = 0,98). Cuando la reacción llegó a completarse, sólo quedó la mancha con Rf = 0,98. En esta fase se evaporó la mezcla a presión reducida. Se disolvió el residuo seco en dietil éter (2 ml) y se realizó una cromatografía sobre una columna de sílice con elución mediante dietil éter. Se recogió el material que corrió hasta el frente y se evaporó a presión reducida para dar monobixinato de luteína.

El análisis del éster mediante CCF sobre sílice desarrollado con acetato de etilo al 20% en diclorometano dio una única mancha de Rf = 0,99. El análisis de ^{1}H-RMN (Brucker 250 MHz, CDCl_{3}) mostró resonancias a 3,7 ppm (resonancia del éster metílico de bixina de doble intensidad) y 0,6 - 1,6 ppm (resonancias de luteína). El espectro de masas determinado mediante APCI mostró un pico con 1323 de masa que coincide con dibixinato de luteína (C_{90}H_{112}O_{8}).

Ejemplo 3

Se preparó el mono-\beta-apo-8'-carotenoato de luteína tal como sigue. Se preparó el cloruro de ácido del ácido \beta-apo-8'-carotenoico de la misma manera que el cloruro de bixinoílo del ejemplo 2. Se disolvió el cloruro de ácido (1,03 g, 2,5 mmol) en benceno (10 ml). A esto se le añadió una disolución de luteína (3,7 g, 6,55 mmol) y piridina (1,2 ml, 12,8 mmol) en benceno (10 ml) bajo argón. Se agitó la reacción a temperatura ambiente durante 3 días.

Se diluyó la mezcla de reacción con éter (80 ml), se lavó con ácido clorhídrico diluido (0,5 M, 2x50 ml), se secó (Na_{2}SO_{4}) y se evaporó. La cromatografía ultrarrápida en seco (cargada con diclorometano y eluyendo con acetato de etilo al 20%, el 40% y el 60% en petróleo ligero) dio un producto que, mediante espectrometría de masas, mostró un pico de masa 808 que coincide con el éster mono-\beta-apo-8'-carotenoato de luteína (C_{55}H_{68}O_{5}).

Todos los nuevos ésteres de todo-carotenoides pueden ser agentes colorantes útiles para grasas debido a su alta solubilidad en aceite. Adicionalmente, la combinación molecular de estos carotenoides también puede aumentar la actividad quimiopreventiva contra el cáncer de los componentes carotenoides individuales y proteger frente a una variedad de estados patológicos. Finalmente, pueden ser antioxidantes útiles debido a la combinación y a la potenciación sinérgica de la acción antioxidante de sus componentes carotenoides. Por ejemplo, el dibixinato de luteína contiene 29 dobles enlaces carbono-carbono y 4 dobles enlaces carbono-oxígeno, 31 de los cuales son de tipo conjugado. Este diéster de todo-carotenoide es uno de los compuestos más altamente insaturados conocidos, mostrando propiedades de absorción de luz y antioxidantes sin precedentes.

Por tanto, los mono, di y poliésteres de todo-carotenoides según la presente invención son compuestos novedosos porque contienen al menos dos restos carotenoides. Mediante la combinación de al menos dos carotenoides en un único compuesto por medio de un enlace éster sintético, se maximizan las propiedades similares y complementarias de los carotenoides individuales. Estos ésteres de todo-carotenoides muestran efectos fisiológicos y antioxidantes significantemente mayores que la suma de las actividades individuales de los carotenoides componentes. Como resultado, los nuevos ésteres de todo-carotenoides pueden ser útiles como agentes terapéuticos, componentes de pigmentación en piensos avícolas y como agentes colorantes para grasas. Adicionalmente, los poliésteres de todo-carotenoides pueden actuar como cables moleculares que muestran características únicas de conductancia eléctrica.

Se apreciará por los expertos en la técnica que podrían hacerse modificaciones a las realizaciones descritas anteriormente sin apartarse del amplio concepto inventivo de las mismas. Por tanto, se entiende que esta invención no está limitada a las realizaciones particulares descritas, sino que pretende proteger las modificaciones dentro del espíritu y alcance de la presente invención como se define mediante las reivindicaciones adjuntas.

Claims (3)

1. Éster que comprende al menos un resto derivado de alcohol y al menos un resto derivado de ácido, en el que el al menos un resto derivado de alcohol comprende un hidroxicarotenoide seleccionado del grupo que consiste en monohidroxicarotenoides, dihidroxicarotenoides y polihidroxicarotenoides, y en el que el al menos un resto derivado de ácido comprende un carotenoide carboxílico seleccionado del grupo que consiste en carotenoides monocarboxílicos, carotenoides dicarboxílicos y carotenoides policarboxílicos.

2. Éster según la reivindicación 1, en el que el hidroxicarotenoide se selecciona del grupo que consiste en luteína, zeaxantina, criptoxantina, violaxantina, caroteno-diol, hidroxicaroteno, hidroxilicopeno, aloxantina y deshidrocriptoxantina.

3. Éster según la reivindicación 1, en el que el carotenoide carboxílico se selecciona del grupo que consiste en bixina, norbixina, ácido \beta-apo-8'-carotenoide, crocetina, ácido diapocarotenoico, carboxilcaroteno y azafrina.