Requerimientos moleculares de acetogeninas annonáceas para diseñar derivados sintéticos selectivos en su acción insecticida

Abstract

La presente tesis doctoral aborda el estudio químico y biológico de acetogeninas annonáceas aisladas exclusivamente de especies de la familia Annonaceae. Se realizó también, el estudio teórico computacional para predecir las reactividades y comportamientos de algunas de ellas. Se realizó el aislamiento, purificación e identificación de acetogeninas anonáceas naturales (ACG) presentes en 3 subextractos clorofórmicos: Annona squamosa (SE1), A. montana (SE2) y A. muricata (SE3). Se realizaron modificaciones estructurales por métodos químicos y enzimáticos a una serie de ACG naturales a fin de estudiar la relación estructura-acción insecticida de las ACG naturales y semisintéticas sobre Spodoptera frugiperda mediante 2 modelos experimentales: laboratorio y semicampo. Se realizaron también, mediante cálculos teóricos computacionales, estudios de estabilidad y reactividad de 2 ACG naturales. La caracterización de las moléculas se llevó a cabo mediante espectroscopia Ultravioleta, Infrarrojo, Resonancia Magnética Nuclear de 1H y 13C y Espectrometría de Masas, en comparación con datos previamente reportados en la literatura. Se identificaron 18 ACG naturales: 1 nueva y 2 conocidas mono-tetrahidrofurano-tetrahidropiranos no adyacentes, 7 mono-tetrahidrofuranos (conocidas), 3 bis-tetrahidrofuranos no adyacentes (conocidas) y 5 bis-tetrahidrofuranos adyacentes (conocidas). De este conjunto, se seleccionaron 9 ACG mayoritarias y con potencial acción insecticida sobre Spodoptera frugiperda, para realizar las modificaciones estructurales. Por acetilación química se obtuvieron 3 mono-tetrahidrofuranos tri- y tetra-acetiladas y 5 bis-tetrahidrofuranos adyacentes tri-acetiladas. Por acetilación enzimática se obtuvieron 2 bis-tetrahidrofuranos adyacentes tri-acetiladas y por metoximetilación 3 bis-tetrahidrofuranos adyacentes tri-metoximetiladas. Los resultados de la actividad insecticida en el laboratorio de los 3 subextractos clorofórmicos a 100 y 250 μg/g indicaron que SE1 a 250 μg/g presenta la mayor toxicidad, provocando el 90% de mortalidad del lepidóptero en estadios tempranos, que es cuando esta plaga produce el mayor daño en los cultivos. Las ACG naturales: motrilin, asimicin, rolliniastatin-2, squamocin y molvizarin (100 μg/g) resultaron ser las más tóxicas provocando significativa mortalidad (80, 85, 100, 100 y 100%, respectivamente).Las ACG semisintéticas: asimicin tri-acetilada, laherradurin tri-acetilada e itrabin tri-acetilada a 100 μg/g provocaron significativas alteraciones nutricionales y alta mortalidad larval en la etapa adulta del lepidóptero. Los resultados de la actividad insecticida a semicampo mostraron que el subextracto SE1 a 250 y 500 μg/g provocaron la mayor toxicidad (45 y 60%) sobre S. frugiperda en estadios tempranos. La ACG natural squamocin (100 μg/g) resultó más tóxica (55%) que sus análogas semisinteticas, squamocin tri-acetilada y squamocin tri-metoximetilada (35 y 25%, respectivamente) en las mismas condiciones experimentales.Los resultados de los cálculos teóricos computacionales sugieren que las altas estabilidades de las ACG motrilin y squamocin, pueden atribuirse al anillo lactónico en sus estructuras. Las proximidades entre sus orbitales fronteras HOMO-LUMO revelan que motrilin es ligeramente más reactiva que squamocin y, por lo tanto, las posiciones de los grupos OH en la cadena lateral influyen en sus reactividades y comportamientos.Estos resultados nos permitieron afirmar que:- Las bis-THF ACG naturales son más tóxicas que las mono-THF ACG naturales frente a S. frugiperda.- Las ACG naturales que tienen los grupos OH flanqueantes a los anillos bis-THF provocan la mayor toxicidad frente a S. frugiperda.- La acción insecticida sobre S. frugiperda disminuye cuando los grupos OH se encuentran protegidos por la presencia de grupos acetilos (OAc) y aún más si están bloqueados con grupos metoximetilos (MOM).Lo que nos llevó a concluir que:?La presencia en las ACG de grupos OH flanqueantes a los anillos bis-THF es el requerimiento molecular indispensable para diseñar derivados sintéticos selectivos en su acción insecticida sobre Spodoptera frugiperda?