MEMORIA aceites esenciales

“Aceites esenciales : Técnicas de

extracción y análisis”

Elaborado: Elena E. Stashenko, Química, Ph.D.

Yajaira Combariza, Química, M.Sc.

Laboratorio de Fitoquímica & Cromatografía

Escuela de QuímicaUniversidad Industrial de Santander

Bucaramanga - Colombia, 1998

Aceites Esenciales

DEFINICIÓN

E

l aceite esencial es una mezcla de componentes volátiles, producto del metabolismo

secundario de las plantas. Las esencias son mezclas más o menos complejas en cuya

composición entra una porción de hidrocarburos de la serie polimetilénica del grupo de los

terpenos que responden a la fórmula (C5H8)n (monoterpenos, n=2; sesquiterpenos, n=3;

diterpenos, n=4; etc.) junto con otros compuestos casi siempre oxigenados (alcoholes,

éteres, ésteres, aldehídos y compuestos fenólicos) que son los que transmiten a los aceites

esenciales el aroma que las caracteriza.

Se les llama aceites por su apariencia física y consistencia que es bastante parecida a los

aceites grasos, pero se distinguen de ellos, porque al dejar caer unas gotas de esencia sobre

el papel, éstas se volatilizan fácilmente sin dejar ninguna huella ni mancha grasosa.

LOCALIZACIÓN EN LA PLANTA

L

os aceites esenciales se encuentran muy difundidos en el reino vegetal, especialmente en las

Fanerógamas, en las cuales se hallan repartidas en unas sesenta familias (Compuestas,

Labiadas, Laureáceas, Mirtáceas, Rosáceas, Rutáceas, Umbelíferas, etc.). Se pueden

encontrar localizados en diferentes partes de la planta, por ejemplo: en las hojas (albahaca,

mejorana, menta, romero, salvia, etc.), en las raíces (cálamo, valeriana, vetíver, etc.), en

la corteza (canela, cedro, sándalo, etc.), en las flores (jazmín, rosa, ylang-ylang, etc. ), en

la cáscara del fruto (limón, mandarina, naranja, etc. ), en los frutos (anís, cardamomo,

eneldo, hinojo, etc.).

En ocasiones las diferentes partes de la misma planta suministran esencias distintas en su

composición como, por ejemplo, los aceites extraídos de la raíz, el tallo y las hojas del

hinojo. La canela de Ceilán encierra en la corteza una esencia rica en el aldehído

cinámico, mientras que en sus hojas y en las raíces predominan el eugenol y el alcanfor,

respectivamente. La cantidad y composición del aceite varía de una especie a otra, y dentro

de los mismos géneros de la planta.

En la Figura 1 aparecen cromatogramas de los extractos volátiles obtenidos por la técnica

de destilación - extracción con solvente simultánea (DES) de hojas (A), tallos (B), flores

(C) y raíces (D) de Ruda (Ruta graveolens).

Mientras que los compuestos oxigenados (cetonas, alcoholes, acetatos, 1,3-benzodioxoles y

furanocumarinas) prevalecen en las partes aéreas de la planta, los hidrocarburos

(geigerenos, C12H18, C12H16) se concentran en las raíces (Figura 2).

A B

C D

tiempo (min) tiempo (min)

Figura 1. Cromatogramas en la columna DB-1 (60 m) del aceite de ruda (R. graveolens) obtenido por DES de (A) hojas, (B) tallos, (C) flores y (D) raíces. ( E.E. Stashenko, H.S. Villa and M. Y. Combariza, J. Microcolumn Separations, 1995, Vol 7, No. 2, 527)

AcetatosAlcoholes

FuranocumarinasDerivados de 1,3 - Benzodioxol

Cetonas

0

2

4

6

Are

a re

lati

va (

Ai/

Ais

td)

Raíces Tallos Hojas Flores

C12H18, C12H16

Figura 2. Variación en la composición de los aceites esenciales aislados por DES de diferentes partes de R. graveolens. ( E.E. Stashenko, H.S. Villa and M. Y. Combariza, J. Microcolumn Separations, 1995, 7(2), 117)

En la Figura 3 aparecen perfiles cromatográficos de los volátiles aislados de la cáscara de

mandarinas (A) C. reticulata y (B) C. nobilis. Las diferencias en composición de los

extractos se pueden observar en la Tabla I.

1

2

10

13

20

22

0 20 40 60 80Tiempo (min)

6 15

24

27

32

41

80Tiempo (min)

6 10

16 17 1924 29 3135 39 40

13

0 20 40 60

2A B

Figura 3. Cromatogramas típicos en la columna DB-1 (60 m) de los aceites esenciales de mandarina (A) C. reticulata y (B) C. nobilis, obtenidos por arrastre con vapor (C. Blanco Tirado, E.E. Stashenko, M.Y. Combariza and J. R. Martínez, J. of Chromatogr. A, 1995, 697, 501)

TABLA I Composición química de los aceites esenciales de la cascara de mandarina C. reticulata y C. nobilis (C. Blanco Tirado, E.E. Stashenko, M.Y. Combariza and J. R. Martínez, J. of Chromatogr. A, 1995, 697, 501)

Pico No. COMPUESTO Ik Cantidad Relativa*, %DB-1 DB-1 DBWAX Citrus reticulata Citrus nobilis

1 -Tuyeno 924 1025 0.11 -2 -Pineno 932 1021 0.53 0.67 3 Sabineno 967 1120 0.17 0.17 4 -Pineno 973 1107 0.46 0.03 5 n-Octanal 977 1270 0.39 0.57 6 -Mirceno 982 1162 1.49 3.66 7 -Felandreno 994 1177 0.04 0.07 8 1,4-Cineol 1009 1177 0.09 -9 p-Cimeno 1013 1284 0.24 tr10 d-Limoneno 1026 1201 83.71 96.02 11 cis-ß-Ocimeno 1028 1235 tr -12 trans-ß-Ocimeno 1035 1252 0.14 0.04 13 -Terpineno 1051 1248 3.85 0.15 14 Hidrato de trans-Sabineno 1054 1463 0.33 -15 No identificado 1078 - 0.18 -16 Terpinoleno 1080 1291 5.95 0.02 17 Linalol 1083 1553 - 0.12 18 cis-Epoxilimoneno 1118 - 0.02 0.07 19 1,2-Dihidrolinalool 1121 1449 - 0.07 20 Citronelal 1131 1472 0.07 0.06 21 Isopulegol 1146 1565 0.05 -22 Nonanol 1161 - 0.13 0.08 23 No identificado 1173 - - 0.07 24 -Terpineol 1179 1740 0.35 0.19 25 Decanal 1183 1482 0.13 0.02 26 Metil Timol 1196 - - 0.06 27 Citronelol 1203 1751 0.23 -28 Nerol 1208 1832 0.07 0.03 29 Neral 1215 1705 0.13 0.02 30 Geraniol 1237 1789 0.12 0.08 31 Geranial 1248 1735 0.05 0.03 32 Perillaldehído 1265 - 0.36 -33 Decanol 1270 1729 0.09 0.05 34 Acetato de citronelilo 1335 1645 0.07 0.07 35 -Elemeno 1384 1475 0.05 0.07 36 -Cariofileno 1424 1654 0.04 -37 -Bergamoteno 1435 1589 - 0.04 38 Germacreno D 1477 1714 0.06 -39 -Bisaboleno 1495 1770 0.06 0.09 40 -Cadineno 1511 1766 - 0.07 41 -Sinensal 1725 - 0.15 -

* Los porcentajes se calcularon con base en el área de los picos en la columna DB-1 (FID)

La concentración del limoneno es más alta en las esencias de C. nobilis (96.02%) en

comparación con C. reticulata (83.71%). Los monoterpenos -terpineno (3.85%) y

terpinoleno (5.95%) prevalecen en C. reticulata; en las cáscaras de C. nobilis se destaca el

-mirceno (3.66%) como componente más abundante después del limoneno.

COMPOSICIÓN QUÍMICA

ctualmente se conocen más de doscientos aceites esenciales de apreciado valor

comercial en los cuales se han identificado alrededor de cuatrocientos componentes

químicos. Junto con los terpenos, se encuentran compuestos oxigenados como alcoholes

libres (borneol, geraniol, linalol, nerol, mentol, terpineol, etc. ) o en forma de ésteres,

aldehídos (cinámico, benzaldehído, neral (citral, geranial), citronelal, salicílico, etc. ),

cetonas (alcanfor, carvona, fenchona, mentona, tuyona, etc.), fenoles (carvacrol, eugenol,

isoeugenol, timol, etc. ), ácidos libres (acético, benzoico, cianhídrico, cinámico,

propiónico, valeriánico, etc. ) en pequeñas cantidades o en forma de ésteres o éteres.

A

FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA COMPOSICIÓN Y EL RENDIMIENTO

DEL ACEITE ESENCIAL EN LA PLANTA

Muchos factores influyen sobre la composición del aceite esencial, entre ellos figuran:

CONDICIONES GEOBOTANICAS DEL MEDIO (Clima, altitud, tipo de suelo,

cantidad de lluvias, etc.)

MÉTODO DE CULTIVO (Uso de fertilizantes, abono, pesticidas, otros químicos,

etc. )

ÉPOCA DE RECOLECCIÓN Y PARTE DE LA PLANTA (Raíz, tallo, hojas,

semillas, etc. )

MODO DE MANEJO Y ALMACENAMIENTO DEL MATERIAL VEGETAL

(Fresco, seco, fermentado, etc. )

MÉTODO DE OBTENCIÓN DEL ACEITE (Destilación, maceración, prensado,

extracción con solventes, extracción con fluidos supercriticos, etc.)

EDAD DE LA PLANTA Y ESTADO FENOLÓGICO

Los aceites esenciales aislados de la cáscara y de las hojas de cítricos (C. sinensis) se

diferencian notoriamente tanto en su composición química, como en la proporción en la

cual se encuentran sus constituyentes (Figura 4).

0 20 40 60 80Tiempo (min)

0 20 40 60 80Tiempo (min)

A B

Figura 4. Cromatogramas en la columna DB-1 (60 m) de las esencias obtenidas de (A) cáscara de fruta y (B) hojas de naranja (C. sinensis) (C. Blanco Tirado, E.E. Stashenko, M.Y. Combariza and J. R. Martínez, J. of Chromatogr. A, 1995, 697, 501).

En las hojas de los cítricos predominan compuestos oxigenados y monoterpénicos (Figura

5A), mientras que en la cáscara de los frutos se encuentran en mayor proporción los

hidrocarburos mono- y sesquiterpénicos (superior a 96 - 98%) (Figura 5B).

Sesquiterpenos

Compuestos oxigenados

Monoterpenos

Volátiles totales

0

4

8

12

16

Are

a re

lati

va, (

Ai/

Ast

d)

Limon Mandarina Naranja

A

I II III I II III I II III I IIISesquiterpenos

Compuestos oxigenadosMonoterpenos

Volátiles totales

0

5

10

15

20

25

30

Are

a re

lati

va (

Ai/

Ast

d)

C. volkameriana C. reticulata C. sinensis C. nobilis

B

Figura 5. Composición química comparativa de las esencias obtenidas por arrastre con vapor de (A) petit grain (hojas de limón, C. volkameriana; mandarina, C. reticulada; y naranja, C.sinensis) y (B) cáscara de frutos cítricos en diferentes grados de maduración (I - 100% verde; II - 45-75% verde; III - frutos completamente maduros, con coloración amarillo-naranja) (C. Blanco Tirado, E.E. Stashenko, M.Y. Combariza and J. R. Martínez, J. of Chromatogr. A, 1995, 697, 501).

La composición de las esencias aisladas de la cáscara de frutos cítricos depende del grado

de maduración de la fruta (Figura 5B). La mayor generación de metabolitos secundarios

volátiles (representados por el limoneno) se registra en esencias extraídas de frutos en la

etapa intermedia de maduración (coloración verde-amarilla de la cáscara) (Figura 6).

I II III I II III I II III I II

C. nobilis

0

5

10

15

20

25

Are

a re

lati

va (

Ai/A

std)

Arrastre con vapor

Prensado en frío

C. volkameriana C. reticulata C. sinensis

Figura 6. Variación del contenido de limoneno en los aceites de cítricos, obtenidos por arrastre con vapor y prensado en frío, de frutos en diferentes estados de maduración (I - 100% verde; II - 45-75% verde; III - frutos completamente maduros, con coloración amarillo-naranja) (C. Blanco Tirado, E.E. Stashenko, M.Y. Combariza and J. R. Martínez, J. of Chromatogr. A, 1995, 697, 501).

La composición química de un aceite depende de su método de obtención. En el caso de la

ruda (R. graveolens), solamente la extracción con fluido supercrítico (SFE, CO2) permite

aislar alcaloides, quinolinas y furanoquinolinas (Figura 7).

0 20 40 60 80 100Tiempo (min)

FID

NPD

20 40 60 80 100Tiempo (min.)

FIDFID

NPDNPD

1,4-dimetilpiperazina

3-pyrrolidinol3-pirrolidinol

A B

Figura 7. Cromatogramas en la columna DB-1 (detectores FID y NPD) del aceite esencial de R. graveolens obtenido por (A) extracción con fluido supercrítico (SFE) y (B) destilación - extracción simultánea con solvente (DES) ( E.E. Stashenko, H.S. Villa and M. Y. Combariza, J. Microcolumn Separations, 1995, 7(2), 117).

Los exquisitos extractos de las flores de Ylang-ylang (Cananga odorata) poseen diferentes

composiciones químicas dependiendo del estado de maduración de la flor (Figura 8).

0 20 40 60 80 100 120

0 20 40 60 80 100Tiempo (min.)

FloresVerdes

FloresAmarillas

Figura 8. Cromatogramas en la columna DB-1 del aceite de Ylang-ylang extraído de flores en diferentes estados de madurez (E.E. Stashenko, W. Torres and J.R. Martínez, J. High Resol. Chromatogr., 1995, 18(2), 101).

Mientras que en las flores verdes abundan los hidrocarburos (mono- y sesquiterpenos), en

las amarillas, totalmente desarrolladas, prevalecen los compuestos oxigenados (Figura 9,

Tabla II).

I II III

M o n o te r p e n o s

C o m p u e s t o s o x ig e n a d o s p e s a d o s

S e s q u it e r p e n o s

C o m p u e s t o s o x ig e n a d o s liv ia n o s

0

4

8

1 2

1 6

Are

a r

ela

tiv

a

(Ai/

Ais

td)

I II III

M o n o te r p e n o s

C o m p u e s t o s o x ig e n a d o s p e s a d o s

S e s q u it e r p e n o s

C o m p u e s t o s o x ig e n a d o s liv ia n o s

Figura 11. Variación en la composición de las esencias de Ylang-ylang obtenidas por destilación - extracción con solvente simultánea de flores en diferentes estados de maduración: (I)- flores pequeñas verdes, (II)- flores grandes, verdes y (III)- flores grandes, amarillas, completamente desarrolladas (E. E. Stashenko, W. Torres and J. R. Martínez, J. High Resol. Chromatogr., 1995, 18(2), 101)

Tabla II. Composición del aceite esencial obtenido de las flores de ylang-ylang (Cananga odorata) en diferentes estados de desarrollo (verdes pequeñas-I, verdes grandes-II,

amarillas grandes-III) (E. E. Stashenko, W. Torres and J. R. Martínez, J. High Resol. Chromatogr., 1995, 18(2), 101).

N° pico Compuesto Ik Cantidad relativa *, %

DB-1 DB-WAX I II III

1 2-Metil-3-buten-1-ol 850 1263 - 0.14±0.04 0.07±0.01

2 3-Metil-2-buten-1-ol 857 1322 - - 0.06±0.01

3 3-Z-Hexen-1-ol 860 1368 0.21±0.03 - -

4 2-Hexenol 862 1382 - 0.89±0.02 0.28±0.05

5 Acetato de 3-metil-2-buten-1-ilo 902 1322 - 0.78±0.17 0.33±0.08

6 Benzaldehído 926 1490 - - 0.94±0.02

7 -Pineno 930 1092 9.64±0.95 2.85±0.61 1.87±0.32

8 Canfeno 942 1127 1.30±0.89 0.03±0.01 -

9 ß-Pineno 968 1136 3.03±0.22 0.90±0.18 0.66±0.11

10 ß-Mirceno 982 1166 0.49±0.04 0.24±0.04 0.16±0.05

11 Acetato de 3-(Z)-hexenilo 986 1310 - 0.13±0.02 0.16±0.04

12 p-Metilanisol 997 1409 0.34±0.04 6.30±0.83 9.65±1.46

13 Alcohol bencílico 1002 1930 0.23±0.09 0.43±0.12 2.20±0.60

14 1,8-Cineol (Eucaliptol) 1018 1230 0.32±0.09 0.14±0.02 0.09±0.01

15 Limoneno 1020 1217 0.35±0.15 0.11±0.03 0.07±0.01

16 trans-ß-Ocimeno 1037 1250 0.16±0.02 0.18±0.05 0.14±0.03

17 2-Metoxi-fenol 1058 - - - 0.17±0.03

18 Benzoato de metilo 1067 1582 - 3.20±1.09 6.50±1.42

19 p-Cresol 1070 1900 - - 0.09±0.03

20 Linalol 1084 1517 20.95±2.81 38.97±4.27 35.49±1.14

21 Fenilacetonitrilo 1111 1703 - tr) 0.14±0.02

22 Acetato de bencilo 1133 1692 0.15±0.01 4.78±1.25 11.63±1.87

23 Benzoato de etilo 1143 1634 - 0.13±0.01 1.46±0.44

24 2-Metoxi-4-metilfenol 1158 - - - 0.07±0.01

25 Salicilato de metilo 1167 1754 - tr 0.29±0.19

26 -Terpineol 1171 1661 0.25±0.01 0.13±0.01 0.14±0.02

27 3,4-Dimetoxi-tolueno 1174 - - 0.13±0.03 0.17±0.01

28 1,4-Dimetoxi-benceno 1205 - - - 0.13±0.01

29 Nerol 1224 1780 - 0.10±0.05 0.27±0.04

30 2-Fenil-1-nitroetano 1246 - - - 0.20±0.02

31 Anetol 1255 1808 0.17±0.05 0.27±0.09 0.35±0.10

32 Alcohol cinámico 1265 2200 - tr 0.26±0.04

33 Metoxibenzoato de metilo 1292 - - - 0.05±0.01

Tabla II, continuación

34 Antranilato de metilo 1296 2180 - - 0.08±0.03

35 n-Butirato de bencilo 1305 1846 - - 0.04±0.01

36 4-(2-Propenil)-fenol 1310 - - - 0.08±0.02

37 4-Metoxibenzoato de metilo 1320 - - - 0.06±0.01

38 Benzoato de butilo 1339 1839 - 0.03±0.01 0.08±0.02

39 Acetato de geranilo 1359 1728 0.87±0.08 2.99±0.38 1.96±0.09

40 -Copaeno 1368 1482 0.37±0.03 0.21±0.03 0.13±0.03

41 Acetato de 4-metoxifenilmetilo 1376 - - - 0.11±0.02

42 -Ylangeno 1382 1471 0.54±0.04 0.27±0.05 0.16±0.04

43 ß-Cariofileno 1417 1575 5.46±0.56 3.69±0.45 1.69±0.27

44 Acetato de cinamilo 1418 2102 - 1.42±0.67 2.09±0.39

45 Isoeugenol 1429 - 0.25±0.03 1.03±0.12 0.37±0.08

46 ß-Cubebeno 1451 1560 0.17±0.01 0.91±0.03 0.58±0.07

47 ß-Bourboneno 1455 1586 0.19±0.02 - -

48 -Humuleno 1460 1641 2.29±0.43 1.25±0.32 0.74±0.11

49 Benzoato de 3-buten-2-ilo 1467 - - 0.20±0.01 0.71±0.03

50 Metileugenol 1470 1942 0.19±0.07 1.98±0.07 0.86±0.06

51 Germacreno D 1475 1687 11.23±1.47 7.06±0.29 5.55±0.17

52 Sesquiterpenol, M 222 1487 1661 0.26±0.03 0.24±0.03 0.12±0.02

53 -Muuroleno 1492 1655 0.37±0.07 0.19±0.02 0.14±0.04

54 -Amorfeno 1495 - 0.17±0.03 0.10±0.02 0.13±0.04

55 (E,E)-Farneseno 1496 1755 1.47±0.52 1.06±0.58 2.34±0.05

56 Sesquiterpenol, M 222 1507 1757 0.41±0.08 0.10±0.01 -

57 -Cadineno 1515 1759 0.34±0.08 0.18±0.03 0.16±0.03

58 -Cadineno 1525 1763 - - 0.12±0.01

59 Benzoato de Z-3-hexen-1-ilo 1545 - - - 0.19±0.01

60 trans-Nerolidol 1553 2008 - 0.17±0.03 0.13±0.03

61 Oxido de cariofileno 1555 1202 - - 0.07±0.02

62 -Bisabolol 1569 2021 0.81±0.14 0.08±0.03 0.07±0.01

63 Cedrol 1584 2152 0.16±0.04 - -

64 -Cadinol 1620 2122 0.23±0.07 0.18±0.03 0.11±0.02

65 -Cadinol 1629 2137 0.62±0.06 0.16±0.02 0.12±0.03

66 -Cadinol 1639 2148 1.27±0.30 0.23±0.05 0.12±0.01

67 Muurolol T 1639 2187 0.09±0.01 - -

68 (E,E)-Farnesol 1700 2340 1.58±0.39 1.19±0.33 0.84±0.04

69 Benzoato de bencilo 1724 2490 4.72±1.05 7.21±2.17 6.19±1.78

70 Acetato de (E,E)-farnesilo 1814 2234 0.44±1.19 0.28±0.07 0.61±0.30

71 Salicilato de bencilo 1828 2615 0.48±0.18 0.51±0.13 1.37±0.48

* Los porcentajes fueron calculados con base en las áreas de los picos en la columna DB-1

ntre los compuestos mayoritarios de los aceites esenciales figuran los terpenoides.

Estos compuestos son las sustancias más abundantes en el mundo de los productos

naturales y están formados por varias unidades isoprénicas, cuyo número sirve como

criterio para la clasificación de los terpenos:

E

HH22 CCCC

CCHHCCHH22

CCHH33

ISOPRENO (2-metilbutan-1,3-dieno, C5H8)

Nombre Unidades isoprénicas

Numero de átomos decarbono

Monoterpenos 2 C10

Sesquiterpenos 3 C15

Diterpenos 4 C20

Sesterterpenos 5 C25

Triterpenos 6 C30

Carotenoides 8 C40

Resinoides n (C5)n

Durante los últimos 60 años los terpenoides han sido objeto de intensa investigación, por

ejemplo en el área de química orgánica: estudio de mecanismos de reacciones

(carbocationes y sus reordenamientos); en el establecimiento de relaciones tipo “estructura

molecular - color”, “estructura molecular - olor”; en el estudio de reactividad de sistemas

cíclicos y en el análisis conformacional. En cuanto a su aplicación y comercialización los

terpenoides han sido productos tradicionales en la industria perfumística, en la elaboración

de cosméticos, jabones, fragancias, aromatizantes de alimentos, colorantes naturales y otros

productos utilizados como desinfectantes, detergentes, preparaciones farmacéuticas y

suplementos vitamínicos. Aunque algunos terpenoides se aislan de las plantas, muchos de

ellos se sintetizan industrialmente a gran escala.

Los terpenoides presentes en las plantas y otros organismos vivos que los metabolizan están

involucrados en numerosos procesos bioquímicos cumpliendo diversas funciones como

hormonas sexuales, feromonas de insectos, sustancias reguladoras de crecimiento,

insecticidas naturales, pigmentos, receptores en el proceso de visión en los animales. La

distribución de terpenoides puede servir como base de la identificación taxonómica de

plantas y microorganismos. Su implicación directa en interacciones “planta - insecto” y

“planta - planta” yace en el fundamento de la naciente ciencia “Química ecológica”.

En los últimos años un gran número de terpenoides (más de 15000) que se encuentran en la

naturaleza han sido aislados y caracterizados. Existen por lo menos 38 tipos diferentes de

esqueletos de monoterpenoides, alrededor de 200 de sesquiterpenoides y han sido

descubiertas cerca de 500 moléculas individuales de iridoides, uno de los grupos de

monoterpenoides.

MONOTERPENOIDESL

os compuestos monoterpénicos forman parte de la mayoría de los aceites esenciales que se

extraen de las flores, hojas y tallos de plantas aromáticas. Comúnmente se presentan como

mezclas isoméricas muy complejas y de difícil separación. Solamente el alcanfor puede ser

aislado en forma bastante pura a través de un proceso de cristalización de la esencia que lo

contenga.

Los monoterpenoides de acuerdo con su estructura pueden ser divididos en los siguientes

grupos:

Monoterpenoides acíclicos

Monoterpenoides monocíclicos

Monoterpenoides bicíclicos

MONOTERPENOIDES ACICLICOS

a estructura de los monoterpenoides acíclicos puede ser deducida a partir del

hidrocarburo, 2,6-dimetiloctano. A través de las reacciones de ozonólisis se ha

establecido que los monoterpenoides se encuentran básicamente en dos formas, con el

grupo isopropilidénico (isómero ) y grupo isopropenílico (isómero ):

L

2,6-Dimetiloctano Isómero Isómero (grupo isopropilidénico) (grupo isopropenílico)

Como se ha mostrado por la espectroscopía infrarroja en la naturaleza la mayoría de los

monoterpenos acíclicos se encuentran básicamente en forma “isopropilidénica” (isómeros

). Los isómeros pueden ser preparados sintéticamente o se forman en los aceites

esenciales por medio de diversos procesos de isomerización que tienen lugar durante la

pirólisis de los alcoholes y sus acetatos, el craqueo térmico de los terpenos cíclicos, el

tratamiento con radiaciones UV y gamma o por el contacto con superficies catalíticamente

activas.

Tres monoterpenos alicíclicos se encuentran en la naturaleza: ocimeno, mirceno y allo-

ocimeno. El mirceno existe en forma de dos isómeros: - y -; los otros dos

monoterpenos se presentan en 4 formas isoméricas: cis--ocimeno, trans--ocimeno, cis-

-ocimeno, trans--ocimeno y 4-trans-6-trans-allo-ocimeno, 4-trans-6-cis-allo-ocimeno,

4-cis-6-trans-allo-ocimeno y 4-cis-6-cis-allo-ocimeno.

En la industria, el mirceno se obtiene por medio del craqueo térmico del -pineno. El

craqueo del -pineno produce ocimeno, básicamente el isómero cis--. Los -ocimenos

también se obtienen por medio de la pirólisis del acetato de linalol. El -mirceno se utiliza

en la industria para la obtención de compuestos aromatizantes como linalol, geraniol,

mircenal y mircenol, entre otros.

Los monoterpenoles acíclicos, C10H18O, más abundantes en la naturaleza son linalol, nerol

y geraniol:

OH

CH2OH

CH2OH

Linalool Nerol Geraniol

El linalool se encuentra en la naturaleza en diferentes formas ópticas (+)-, (-)- y (±)-, cuyas

propiedades y constantes fisicoquímicas son muy similares aunque tienen olores diferentes.

Se encuentra en aceites de bergamota, ylang-ylang, lavanda, geranio, etc. Se utiliza como

componente importante de preparaciones perfumísticas, como materia prima para la

obtención de citral, acetato de linalilo y otros ingredientes aromatizantes. El linalol posee

propiedades bactericidas, sedantes y puede actuar como atrayente para algunos insectos y

repelente para otros. Es empleado también en la síntesis de la vitamina E y otros

preparados medicinales. La producción mundial del linalol alcanza 6.000 toneladas/año.

El nerol posee una agradable y tenue fragancia que evoca el aroma de las rosas, está

presente en muchos aceites esenciales y es una materia prima valiosa en la industria de

perfumes.

El geraniol se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza, básicamente en forma

de ésteres en los aceites de geranio, citronela, rosa, palmarrosa y otros. Se utiliza como

componente aromatizante de jabones, artículos de limpieza, productos de perfumería, en la

industria química se usa para la síntesis de citronelol, citral, acetato de geranilo y otros

compuestos de interés perfumístico. La producción mundial de geraniol alcanza 10.000

toneladas/año.

Por medio de la reacción de hidrogenación parcial del geraniol se obtiene industrialmente

el citronelol, un alcohol terpénico con intenso olor a rosas:

OH

Citronelol

La oxidación del geraniol y del nerol produce los aldehídos biinsaturados, geranial y

neral, respectivamente, comúnmente conocidos como citral A y citral B:

CHO

Geranial(Citral A)

CHO

Neral(Citral B)

La mezcla de citrales A y B es muy difícil de separar y se conoce con el nombre de citral,

cuya condensación con acetona en condiciones ácidas de reacción produce la mezcla de dos

isómeros, -ionona y -ionona, sustancias cuyo aroma en soluciones muy diluidas

recuerda la dulce fragancia floral de las violetas:

CH CHCCH3

-Ionona-Ionona

O O

CHCCH3CH

MONOTERPENOIDES MONOCICLICOS

a estructura de los terpenoides monocíclicos puede ser deducida del ciclohexano

bisustituído; p-mentano, en cuyo anillo el grupo isopropílico, el más voluminoso,

ocupa una posición ecuatorial:

L

p-Mentano

Los monoterpenoles monocíclicos se encuentran estereoquímicamente en forma de silla,

con excepción de los cineoles y del ascaridol, que poseen en su estructura un enlace con

puente de oxígeno:

OO O

O

1,4-Cineol 1,8-Cineol Ascaridol

Teóricamente pueden existir 14 dienos isoméricos con el esqueleto molecular del p-

mentano. Actualmente todas estas moléculas han sido sintetizadas. Sin embargo, sólo 6 de

ellas se encuentran en la naturaleza:

Limoneno -Felandreno -Felandreno Terpinoleno -Terpineno -Terpineno

Bajo la acción de superficies ácidas (e.g.. la sílica gel), la irradiación con rayos gamma o

UV, o en la presencia de ácidos (bases) estos monoterpenos pueden fácilmente

isomerizarse, interconvirtiéndose uno en otro.

A partir del -terpineno, por medio de una reacción de oxidación fotosensibilizada, se

obtiene el ascaridol, el único peróxido terpénico que se encuentra en la naturaleza,

básicamente en el aceite de Paico (Chenopodium ambrosioides) y en el Boldo.

Los alcoholes terpénicos monoinsaturados se forman por medio de los procesos de

hidratación de los p-mentadienos; se pueden distinguir varios grupos isoméricos:

pulegoles, isopulegoles, terpineoles, etc.:

HO HOHOHO

Isopulegol Neoisopulegol Neo-iso-isopulegol Iso-isopulegol

OH

Terpinen-1-ol

OH

Terpinen-4-ol

OH

-Terpineol

OHCH3

-Terpineol

OH

-Terpineol

Entre los alcoholes monocíclicos saturados figuran los cuatro isómeros del mentol y del

carvomentol, sustancias abundantes en las plantas aromáticas del género Mentha:

OH

Mentol Neomentol

OH

OH OH

Isomentol Neoisomentol

HO

Carvomentol Neocarvomentol Isocarvomentol Neoisocarvomentol

HO HO HO

Entre las cetonas monoterpénicas diinsaturadas más abundantes en la naturaleza, se

encuentra la carvona, que figura entre los componentes mayoritarios de los aceites de

alcaravea, eneldo y de menta spearmint. En las esencias de menta (diferentes especies) se

encuentran las cetonas piperitenona e isopiperitenona:

O

Carvona

O

Piperitenona

O

Isopiperitenona

En la naturaleza las cetonas monoinsaturadas más abundantes son pulegona, piperitona,

junto con isopulegona e iso-iso-pulegona :

O O

Piperitona Pulegona

O O

Isopulegona

H

H

H

H

Iso-isopulegona

Las cetonas saturadas con grupos funcionales en los átomos C2 y C3, forman

respectivamente series de carvomentonas y mentonas, componentes básicos de las

esencias de las plantas de género Mentha:

OCH3

H

Carvomentona

HO

H3 C

Isocarvomentona

H

O

H3 C

O

CH3

H

Mentona Isomentona

MONOTERPENIODES BICICLICOS

La serie del carano

L

os monoterpenos bicíclicos de esta serie tienen el esqueleto molecular del carano:

Carano cis-Carano trans-Carano

El carano existe en las formas isoméricas cis- y trans-, pero ninguna de ellas se encuentra

en la naturaleza. Estas se preparan por reducción de los caranoles y caranonas.

El compuesto más común de esta familia es el 3-careno:

3-Careno

El 3-careno se encuentra prácticamente en todas las especies vegetales y se obtiene

industrialmente por la destilación fraccionada de algunas calidades de trementina.

Por medio del tratamiento con ácidos (bases) o la irradiación UV (o gamma) en presencia

de sustancias fotosensibilizadoras (benceno, tolueno, etc.) o a través del tratamiento con

superficies activas, el 3-careno se isomeriza a 2-careno y otros terpenos monocíclicos

entre los cuales figuran el -terpineno, el diterpeno, el terpinoleno y el silvestreno.

2-Careno

Entre los compuestos oxigenados de la serie del carano se encuentran distribuidos en la

naturaleza los caranoles y las caranonas, por ejemplo:

cis-Caran-trans-2-ol

OH

O

4-Caranona

La serie del tuyano

os monoterpenos bicíclicos de la serie del tuyano tienen los esqueletos básicos de los

tuyanos isoméricos, cuyas configuraciones absolutas son las siguientes:L

(+)-cis-Tuyano (+)-trans-Tuyano

En la naturaleza existen 4 tuyenos isoméricos:

-Tuyeno -Tuyeno

CH3 H H CH3

-Isotuyeno Sabineno

Estos monoterpenos se encuentran difundidos en los aceites esenciales del género

Eucalyptus; el sabineno está presente en alta concentración en la esencia de Savin.

En los aceites esenciales del género Salvia se encuentran las monoterpenonas saturadas de

la serie del tuyano, la tuyona y la isotuyona:

HO

H3C

Tuyona

HH3CO

Isotuyona

Entre los alcoholes tuyílicos obtenidos por medio de la reducción de la tuyona y de la

isotuyona se encuentran en la naturaleza los siguientes isómeros:

HOH

H3C

OH

H3C HH

H

Tuyol Neotuyol

HH CH3

OH

CH3OH

H

H

Isotuyol Neoisotuyol

Los alcoholes insaturados de la serie del tuyano se obtienen por medio de la oxidación

fotosensibilizada del -tuyeno:

OH

trans-4-Hidroxi--tuyeno

OH

Umbellulol

OH

cis-Sabinol

La umbellulona, producto de la oxidación del umbellulol, se encuentra en la naturaleza y

por primera vez fue detectada en la esencia de hojas de Laurel californiano:

O

Umbellulona

Bajo el efecto de la radiación UV o gamma la umbellulona se convierte en el timol:

OH

Timol

La serie del pinano

L

a fuente de los terpenos de la serie del pinano es la trementina, que contiene grandes

cantidades de -pineno y -pineno:

-Pineno -Pineno

Los - y -pinenos son productos importantes en la industria de síntesis orgánica fina y en

perfumería.

Entre los compuestos oxigenados de la serie del pinano se encuentran difundidos en la

naturaleza las cetonas verbenona, crisantenona y pinocarvona:

O

VerbenonaOCrisantenona

O

Pinocarvona

Entre los alcoholes monoinsaturados se hallan los isómeros del verbenol y del

pinocarvenol:

OH

H

H

OH

cis-Verbenol trans-Verbenol

H

OH

cis-Pinocarveol

OH

H

trans-Pinocarveol

Los alcoholes saturados de la serie del pinano se encuentran en la naturaleza en diferentes

formas isoméricas:

OH

H

H H

H

OH

H

H

OH

OH

H

H

Verbanol Neoverbanol Isoverbanol Neoisoverbanol

OH

H

H H

H

OHH

H

OH

Pinocanfenol Neopinocanfenol Isopinocanfenol

H

H

OH

Neoisopinocanfenol

OHH3C H3C OH HHOH2C HOH2C

H

cis-2-Pinanol trans-2-Pinanol cis-Mirtanol trans-Mirtanol

La serie del canfano

os monoterpenos de la serie del canfano se encuentran en la trementina, en los

aceites esenciales extraídos de pino, abeto, ciprés, etc.:L

Canfeno Canfano Bornileno

exo-Isocanfeno endo-Isocanfeno Tricicleno

Entre los compuestos más importantes de la serie del canfano figuran el alcanfor y el

borneol (componentes de las esencias de plantas de los géneros Salvia y Rosmarinus),

junto con algunos de sus isómeros y derivados:

OAlcanfor

O

epi-AlcanforO

IsofenchonaOH

Borneol

HO

Isoborneol

El alcanfor es uno de los terpenos más importantes en la industria, y aunque puede ser

aislado en forma pura de los aceites que lo contienen, actualmente se sintetiza a partir del

pineno.

La serie del fenchano

ntre los monoterpenos que pertenecen a esta serie los -, -, y -fenchenos son los

que se hallan más frecuentemente en las esencias de plantas de diferentes géneros:E

-Fencheno -Fencheno -Fencheno

Aunque existen 8 alcoholes con el esqueleto molecular del fenchano, en la naturaleza se

encuentran los siguientes:

HO

HO

-Fenchol -IsofencholOH

-Isofenchol

OH-Fenchol

En los aceites esenciales de plantas aromáticas de la familia Umbelliferae (eneldo, hinojo,

cilantro, anís, etc.) se encuentran las cetonas de la serie del fenchano:

OFenchona

O

Isofenchona

O O

-Fenchocanforona -Fenchocanforona

SESQUITERPENOIDES

os sesquiterpenoides se definen como el grupo de hidrocarburos terpénicos C15,

compuestos de tres unidades isoprénicas. Son productos del metabolismo secundario

de las plantas y se encuentran prácticamente en todos los aceites esenciales, obtenidos por

arrastre con vapor, extracción con solventes o fluidos supercríticos.

L

Los primeros estudios de sesquiterpenos fueron desarrollados por Wallach, Semmler y

particularmente, por Ruzicka.

Las investigaciones en el área de los sesquirterpenos se incrementaron con velocidad

exponencial paralelamente con el desarrollo de los métodos de separación, purificación,

síntesis y análisis estructural. Actualmente se conocen más de 2000 estructuras

sesquiterpénicas. En los años 70 esta cifra alcanzaba 600 mientras que en los 50 llegaba

apenas a 50.

Las estructuras sesquiterpénicas se pueden dividir en acíclicas, mono-, bi-, tri- y tetra-

cíclicas. Entre los sesquiterpenoles acíclicos, el farnesol y el nerolidol, junto con sus

acetatos, son los más frecuentes sobre todo en las esencias extraídas de las flores o de la

cáscara de algunas frutas (manzanas, peras, etc.)

OH

Farnesol

HO

Nerolidol

El interés hacia las estructuras de tipo farneseno se despertó a raíz del descubrimiento de la

hormona juvenil extraída de Hyalophora cecropia, que posee el efecto de prevenir la

metamorfósis de insectos inmaduros y se biosintetiza a partir del pirofosfato de farnesilo:

CO2CH3

OHormona juvenil

A continuación se presentan ejemplos de los sesquiterpenoides más abundantes,

clasificados por grupos de sustancias mono-, di-, tri- y tetracíclicas:

Sesquiterpenos monocíclicos:

H

(+)--Bisaboleno

H

(-)--Zingibereno -Humuleno

Sesquiterpenos bicíclicos:

(-)--Muuroleno (-)- -cis-Bergamoteno

-Cariofileno

H

H

HO

Carotol

Sesquiterpenos tricíclicos:

H

H

(+)--Ilangeno

OH

Cedrol

H

H

(-)--Copaeno

Sesquiterpenos tetracíclicos:

Neocloveno Longicicleno

CLASIFICACIÓN

Los aceites esenciales se clasifican con base en diferentes criterios: consistencia,

origen y naturaleza de los compuestos mayoritarios, entre otros.

De acuerdo con su consistencia las esencias se dividen en: fluidas, bálsamos y

oleorresinas. Esencias fluidas son líquidos muy volátiles a temperatura ambiente.

Bálsamos principalmente contienen sesquiterpenoides y su consistencia es más viscosa, son

poco volátiles y propensos a polimerizarse (bálsamo de Copaiba, bálsamo de Perú, etc.).

Oleorresinas tienen el aroma característico de las plantas y son típicamente líquidos muy

viscosos o sustancias semisólidas (caucho, guttapercha, oleorresinas de páprica, de

pimienta negra, de clavero, etc. ) (Tabla III).

Por su origen las esencias se clasifican como naturales, artificiales y sintéticas. Las

esencias naturales se obtienen directamente de la planta y no se someten posteriormente a

ninguna modificación físicoquímica o química, son costosas y variables en su composición.

Las esencias artificiales se obtienen a través de los procesos de enriquecimiento de la

misma esencia con uno de sus componentes, o son las mezclas de varias esencias naturales

extraídas de distintas plantas, por ejemplo, la mezcla de esencias de rosa, geranio y jazmín

enriquecida en linalol, o la esencia de anís enriquecida en anetol.

Las esencias sintéticas son mezclas de diversos productos obtenidos por medio de

procesos químicos. Se utilizan ampliamente en la preparación de sustancias aromatizantes

y saborizantes (esencias de vainilla, limón, fresa, etc. ) (Tabla III).

Según la estructura química de los componentes mayoritarios que determinan el olor

particular de los aceites, éstos se dividen en tres grupos principales:

Tabla III. Clasificación de los aceites esenciales.

CRITERIO CLASIFICACIÓN EJEMPLOS

FLUIDOS

Líquidos muy volátiles a

temperatura ambiente: esencias de

menta, salvia, limón, albahaca, etc.

CONSISTENCIA BÁLSAMOS

De consistencia espesa, poco

volátiles y propensos a

polimerizarse: bálsamo de copaiba,

bálsamo de Perú, etc.

OLEORRESINAS

Líquidos muy viscosos o sustancias

semisólidas: caucho, gutapercha,

oleorresina de páprica, etc.

NATURALES

Se obtienen directamente de la

planta y no se someten

posteriormente a ninguna

modificación física o química:

esencias de plantas aromáticas y

flores.

ORIGENARTIFICIALES

Se obtienen a través de los procesos

de enriquecimiento de la misma

esencia con uno de sus componentes

principales, o son la mezcla de

varias esencias naturales, por

ejemplo, esencia de anís enriquecida

con anetol.

SINTÉTICAS

Mezclas de diversos productos

químicos obtenidos sintéticamente.

NATURALEZA

MONOTERPENOIDES Esencias de albahaca, salvia, menta,

etc.

QUÍMICA DE LOS SESQUITERPENOIDES Esencias de ciprés, copaiba,

jengibre, etc.

COMPONENTES

MAYORITARIOS

COMPUESTOS

OXIGENADOS

Esencias de geranio, jazmín,

lavanda, ylang-ylang, etc.

MONOTERPENOIDES

SESQUITERPENOIDES

COMPUESTOS OXIGENADOS

El primero lo constituyen aceites esenciales que básicamente contienen monoterpenos,

C10H16, y monoterpenoides, C10H18, C10H20, C10H18O, C10H16O (aceites de albahaca, menta,

romero, salvia, etc. ). El segundo lo constituyen aceites cuyos principales componentes

son sesquiterpenos, C15H24 y sesquiterpenoides, C15H26, C15H26O, etc. (aceites de

ciprés, copaiba, jengibre, etc. ) y el tercero está formado por las esencias cuyos principales

constituyentes son diferentes compuestos oxigenados, como alcoholes, cetonas, aldehídos,

ésteres, éteres y lactonas (aceites de geranio, jazmín, lavanda, rosa, ylang-ylang, etc. ). Los

aceites de este último grupo poseen olores pronunciados y característicos y se utilizan

como valiosa materia prima para fabricación de perfumes finos (Tabla III).

En la Figura 10 aparece el cromatograma típico del aceite de Copaiba (Bálsamo)

constituido por sesquiterpenos y sesquiterpenoles (Tabla IV).

30 35 40 45Tiempo (min.)

Figura 10. Cromatograma en la columna DB-1 (60 m) del bálsamo de copaiba (Copaifera officinalis) (E.E. Stashenko, H. Wiame, S. Dassy and J.R. Martínez, J. High Resol. Chromatogr, 1995, 18(1), 54)

El aceite de Ylang-ylang (Cananga odorata) es un ejemplo típico de aceite fluido,

compuesto principalmente por sustancias oxigenadas, mono- y sesquiterpenos (Figura

11), cada uno de los cuales contribuye al aroma del aceite con diferentes notas

aromáticas (Figura 12).

0 20 40 60 80 Tiempo (min.)

-PinenoMetilanisolBenzoato de metiloLinalolAcetato de benciloAcetato de geranilo-CariofilenoAcetato de cinamiloIsoeugenolGermacreno DFarnesolBenzoato de bencilo...más de 80 componentes

Figura 11. Cromatograma en la columna DB-1 (60 m) del aceite esencial de Ylang-ylang (Cananga odorata) (E.E. Stashenko, J.R. Martínez, C. Macku and T. Shibamoto, J. High Resol. Chromatogr., 1993, 16(7), 441).

COMPUESTOCOMPUESTO NOTANOTA

Acetato de 3-hexenilo herbáceoAcetato de bencilo floral, jazmínSalicilato de bencilo floralGeraniol floral, rosa, geranioLinalol herbácea, lavandaAcetato de linalilo floral, herbáceaAlcohol feniletílico floral, rosaTerpineol herbácea, lilasCariofileno maderaBenzoato de metilo frutalSalicilato de metilo frutal, medicinalPineno maderaFarnesol frutal

Figura 12. Características odoríferas de los principales componentes del aceite esencial de Ylang-ylang.

Tabla IV. Composición química del aceite de copaiba ( Copaifera officinalis) (E.E. Stashenko, H. Wiame, S. Dassy and J.R. Martínez, J. High Resol. Chromatogr, 1995, 18(1), 54)

Pico No. Compuesto Ik Cantidad relativa *, %

DB-1 DBWAX

1 -Elemeno 1341 1452 1.59

2 -Ylangeno 1355 1465 2.90

3 -Cubebeno 1379 1475 1.99

4 -Copaeno 1385 1488 20.73

5 ß-Cubebeno 1394 1532 2.65

6 ß-Elemeno 1400 1600 0.87

7 ß-Cariofileno 1429 1597 24.70

8 trans-ß-Bergamoteno 1438 1586 0.41

9 ß-Copaeno 1445 1631 0.49

10 -Guaieno 1447 1652 0.25

11 -Humuleno 1460 1700 2.67

12 Germacreno D 1468 1713 2.30

13 Alloaromadendreno 1478 1648 1.79

14 ß-Guaieno 1482 1662 0.47

15 -Selineno 1485 1723 4.07

16 -Muuroleno 1491 1685 1.24

17 -Muuroleno 1495 1727 0.71

18 ß-Selineno 1498 1725 0.79

17 ß-Bisaboleno 1500 1733 1.53

20 -Guaieno 1508 1713 0.93

21 -Cadineno 1515 1753 5.51

22 -Cadineno 1522 1753 7.71

23 Calameneno 1525 1827 0.21

24 C15H24 1533 - 0.47

25 Himachaleno 1538 1823 1.05

26 C15H24 1568 - 0.18

27 C15H24 1585 1914 0.33

28 C15H24 1593 1935 0.19

29 C15H24 1604 1960 0.21

30 C15H26O 1613 1988 1.23

31 Cedrol 1622 2069 4.83

32 C15H24 1635 2077 1.15

33 Cadaleno 1647 2200 0.73* Los porcentajes fueron alculados con base en las áreas de los picos en la columna DB-1 (60m)

APLICACIONES

ctualmente se han analizado más de tres mil aceites esenciales de un gran

número de especies botánicas. Más de doscientos aceites tienen un alto valor

comercial y se utilizan ampliamente en diferentes ramas de la industria (alimentos,

jabones, ambientadores, perfumes, cosméticos, licores, insecticidas, fármacos, etc.).

A

Las esencias naturales son empleadas como aromatizantes ( anís, cardamomo, clavo,

menta, tomillo, naranja, etc.) y/o saborizantes ( anís, eneldo, hinojo, limón, naranja,

etc.), como ingredientes de algunos preparados farmacéuticos ( caléndula, eucalipto,

manzanilla, menta, salvia, etc.) o son base de perfumes y productos cosméticos finos

(albahaca, geranio, jazmín, salvia, rosa, ylang-ylang, etc.), desodorantes, lociones,

jabones líquidos (orégano, salvia, yerbabuena, etc.), pastas dentífricas (anís,

eucalipto, menta, orégano, tomillo, etc.). Algunos de los aceites esenciales poseen

propiedades insecticidas y fungicidas (ajenjo, citronella, ciprés, enebro, eucalipto,

pino, etc.) y se utilizan en los preparados especiales.

El valor comercial y el uso del aceite esencial dependen básicamente de su

composición química, la cual a su vez está condicionada por diversos factores de tipo

botánico y agrícola. La composición final del aceite depende fuertemente del método

de extracción.

OBTENCIÓN

ara la obtención de esencias se emplean diferentes técnicas de extracción, cuya

descripcción comparativa apareca en la Tabla V.PTabla V. Análisis comparativo de los principales métodos de extracción de aceites

esenciales.

MÉTODO DE EXTRACCIÓN

VENTAJAS LIMITACIONES

DESTILACIÓNCON VAPOR

Método industrial y de laboratorio. Buenos rendimientos en aceite extraído. Obtención del aceite puro, libre de solvente. Bajo costo; tecnología no sofisticada.

Procesos colaterales como polimerización y resinificación de los terpenos; hidrólisis de ésteres; destrucción térmica de algunos componentes; no es aplicable a flores.

EXTRACCIÓN CON SOLVENTES VOLATILES

(Éter de petróleo, pentano,

hexano, etc.)

Uso de temperaturas bajas. No provoca termodestrucción ni alteración química de los componentes del aceite. Posibilidad de separación de componentes individuales.

Costoso, contaminante del ambiente, riesgo de incendio y explosión.Difícil separar completamente el solvente sin alterar la composición el aceite. Coextracción de ácidos grasos, ceras, pigmentos.

EXTRACCIÓN

Alto rendimiento. Ecológicamente limpio. Fácil retiro y reciclaje del solvente. Bajas

Ácidos grasos, pigmentos y ceras también pueden ser extraídos junto con el aceite

CON CO2

SUPERCRITICOtemperaturas de extracción. No hay alteración química del aceite. Cambiando parámetros operacionales se puede variar la composición del aceite.

esencial.

ALTA INVERSIÓN INICIAL

MACERACIÓN CON SOLVENTES NO VOLATILES Y ENFLEURAGE

Uso de bajas temperaturas. Ausencia de destrucción térmica y deterioro químico de los componentes del aceite. Extracción de esencias de flores delicadas (rosa, jazmín, azahar, etc.)

Operación costosa, demorada. Poco rendimiento del aceite. Difícil separación del solvente (aceites vegetales)

METODOS DIRECTOS

Compresión de cáscara

Raspado de cáscara

Lesiones mecánicas de la corteza

DESTILACIÓN

Destilación con agua (hidrodestilación)

Destilación con agua y vapor

Destilación con vapor seco

Destilacion-extraccion con solvente simultánea

D

EXTRACCIÓN (MACERACIÓN)

Con solventes volátiles

Con solventes no volátiles (aceites vegetales)

Con fluidos supercríticos

ENFLEURAGE

Adsorción sólido-líquido y/o sólido - gas.

Los métodos directos se aplican principalmente a los cítricos. La técnica de enfleurage

se utiliza para extracción de sustancias volátiles de flores delicadas (jazmín, rosa), que a

veces siguen metabolizando el aceite varios días después de su recolección.

Por su sencillez, bajo costo y altos rendimientos, el arrastre con vapor es la técnica más

usada en la industria de aceites esenciales. Varias Farmacopeas la recomiendan como el

método optimo de obtención de esencias. Durante la extracción por arrastre con vapor

pueden ocurrir procesos colaterales, tales como polimerización y resinificación de los

terpenos, hidrólisis de ésteres y formación de algunas sustancias artefactos debido al

empleo de temperaturas elevadas.

La técnica de extracción con solventes (éter de petróleo, pentano, éter etílico, etc.)

permite obviar estos inconvenientes, al trabajar a temperaturas bajas sin alterar la

composición “original” del aceite. Sin embargo, esta técnica es costosa, contaminante,

presenta dificultades en aislamiento completo del solvente y además algunas sustancias

como ácidos grasos, ceras, pigmentos y otros pueden ser coextraídos con el aceite.

Frecuentemente la maceración con solventes orgánicos se usa particularmente para la

obtención de los componentes individuales, y más a menudo, como etapa previa a la de

arrastre con vapor.

El creciente interés por las extracciones utilizando fluidos supercríticos se desprende de

diversas ventajas tanto económicas, como operacionales que esta técnica presenta sobre los

métodos de extracción convencionales.

El método de extracción con fluidos supercríticos presenta múltiples ventajas ( alto

rendimiento, ecológicamente limpio, fácil retiro y reciclaje del solvente, bajas

temperaturas de extracción, sin alteración química del aceite) (ver Tabla V).

El método se basa en que los aceites esenciales son completamente miscibles con el CO2

líquido y su solubilidad es variable dentro de la región supercrítica. La extracción con

fluidos supercríticos presenta muchas opciones para lograr y controlar la selectividad

deseada, la cual es bastante sensible a variaciones en la presión, la temperatura y el tipo de

solvente ( CO2, Propano). El extracto queda prácticamente libre de solvente, pudiéndose

recuperar éste con pérdidas mínimas por el calentamiento isobárico o descomposición

isotérmica. La extracción de aceites con fluidos supercríticos ha cobrado especial interés

durante la última década. Entre las “limitaciones” de esta técnica figura el alto costo en la

inversión inicial.

En la Figura 13 aparecen los perfiles cromatográficos del aceite de ylang-ylang obtenidos

por destilación-extracción simultánea con solvente (A) y con fluído supercrítico (CO2,

1100 psi) (B). Se puede observar mayor recuperación de sesquiterpenoides y compuestos

oxigenados pesados con el metodo de fluído supercrítico (Figura 14).

Time (min.)

Time (min.)0 20 40 60 80 100 120

12

8

1528

36

474

11 19 20 22 55 62

64

67

77

78

80

81 84 A

20 55 62 81 84

0 20 40 60 80 100 120

1 3

4

8

12

17

11 19 22

34

2936

43

47

7380

83

86

87

9088

89

B

Figura 13. Cromatogramas típicos, en la columna DB-1 (60m), del aceite esencial de Ylang-ylang obtenido por (A) extracción-destilación simultánea con solvente y (B) fluído supercrítico (E.E. Stashenko, N. Quiroz and J.R. Martínez, J. High Resol. Chromatogr., 1996, 19(6), 353).

SFE SDE

Compuestos nitrogenados

Monoterpenos, C10H16

Compuestos oxigenados pesados

Sesquiterpenos, C15H24

Compuestos oxigenados livianos

0

10

20

30

40

50

60

70

Are

a re

lati

va, %

Figura 14. Variación en la commposición del aceite esencial de Ylang-ylang obtenido por extracción-destilación simultánea con solvente (SDE) y fluído supercrítico (SFE) (E.E. Stashenko, N. Quiroz and J.R. Martínez, J. High Resol. Chromatogr., 1996, 19(6), 353).

Un equipo de extracción para este método consta básicamente de un sistema de

compresión, una cámara de extracción en donde se pone en contacto a una temperatura

controlada el material vegetal y el gas comprimido, una cámara de expansión donde el gas

se separa para volver a la etapa inicial, dejando un extracto libre de solvente. Esta última

característica cobra más importancia a medida que se hacen más exigentes las normas

internacionales con respecto a la presencia de trazas de solventes orgánicos en artículos

para el consumo humano. Por su disponibilidad y bajo costo, el CO2 es el gas más

empleado para este tipo de extracciones, las cuales encuentran creciente aplicación a nivel

industrial, como lo atestigua el gran número de patentes otorgadas.

Como se mencionó anteriormente, la gran versatilidad de esta técnica surge de la

solubilidad de una sustancia orgánica en un solvente, y está relacionada con la densidad de

este último, que en el caso de los fluidos supercríticos esta puede variarse contínuamente

sobre un amplio rango a través de la temperatura y la presión. Esto permite “sintonizar”

el solvente al problema en cuestión y llevar a cabo extracciones selectivas. Otras ventajas

sobre las técnicas de extracción convencionales son bajo riesgo de incendio y la baja

contaminación ambiental.

Dentro de las desventajas figuran el alto costo de la inversión inicial y la extracción

preferencial de sustancias oxigenadas. Tal como en las otras técnicas de extracción es

preciso optimizar las variables operacionales a fin de lograr mejores resultados, pero el

numero de variables es mayor (temperatura, presión, tiempo de contacto), así como su

intervalo de valores. Para el caso del CO2 las temperaturas y presiones de interés están por

encima de 32ºC y 82 atms, respectivamente.

En general, para describir más completamente la composición de los metabolitos

secundarios volátiles y semivolátiles de plantas, es menester combinar varias técnicas de

aislamiento. Así, los métodos de arrastre con vapor y destilación-extracción simultánea

con solventes recuperan con mayor eficiencia monoterpenos y sus derivados oxigenados.

La extracción con solventes, asistida por la radiación de microondas y la extracción con

fluídos supercríticos “enfocan” el aislamiento de metabolitos secundarios hacia productos

más pesados : sesquiterpenoides, hidrocarburos mayores de C20 y diterpenos, como se

observa

en la Salvia negra (Lepechinia schiedeana) (Figura 15, Tabla VI)

PROPIEDADES

as esencias son generalmente líquidos a la temperatura ambiente, incoloros cuando se

encuentran puras y poseen el aroma peculiar de las plantas de las cuales se extraen.

Las esencias de ajenjo y manzanilla presentan un color azul, debido a que contienen el

hidrocarburo sesquiterpénico, chamazuleno.

L

Figura 15. Cromatogramas típicos, en la columna HP-1 (60m), de los extractos de Salvia negra (Lepechinia schiedeana) obtenidos por A) arrastre con vapor, B) extracción destilación simultánea con solvente, C) extracción con fluídos supercríticos y D) extracción con solventes asistida por radiación de microondas.

Tabla VI. Composición química de los extractos de Salvia negra (Lepechinia schiedeana) obtenidos por diferentes métodos de extracción.

Pico Compuesto Ika) Area del pico en CG, %b)

No. HP-1 Innowax SD SDE MWE SFE1 Tricicleno 922 1015 0.46 ± 0.08 0.55 ± 0.05 0.44 ± 0.26 0.31 ± 0.022 - Tuyeno 927 1020 tr 1.86 ± 0.12 1.21 ± 0.02 1.15 ± 0.013 - Pineno 938 1101 0.50 ± 0.08 0.12 ± 0.01 0.08 ± 0.03 0.09 ± 0.014 -Pineno 965 1141 0.73 ± 0.08 12.64 ± 1.16 7.67 ± 0.03 6.35 ± 0.015 Sabineno 968 1156 tr 0.17 ± 0.06 tr 0.13 ± 0.016 Canfeno 970 1114 tr 0.55 ± 0.06 tr 0.53 ± 0.017 Mirceno 991 1160 4.66 ± 0.04 0.33 ± 0.04 0.31 ± 0.03 0.24 ± 0.058 -Felandreno 993 1177 0.69 ± 0.10 0.60 ± 0.04 0.20 ± 0.03 0.52 ± 0.019 - 3-Careno 1000 1171 19.68 ± 2.52 22.01 ± 2.17 15.78 ± 0.02 15.90 ± 0.0110 p-Cimeno 1009 1234 0.88 ± 0.14 0.35 ± 0.03 0.33 ± 0.03 0.31 ± 0.0111 -Terpineno 1015 1190 5.53 ± 1.00 6.14 ± 0.56 4.73 ± 0.03 4.65 ± 0.0112 1,8-Cineol 1018 1253 tr 2.03 ± 0.16 tr 1.55 ± 0.0213 Limoneno 1021 1199 tr 0.05 ± 0.00 tr tr14 trans--Ocimeno 1046 1238 1.96 ± 0.20 0.27 ± 0.02 1.49 ± 0.03 0.20 ± 0.0215 - Terpineno 1048 1231 0.07 ± 0.01 0.50 ± 0.02 0.23 ± 0.03 0.36 ± 0.0016 n-Octanol 1069 - 0.81 ± 0.10 0.05 ± 0.00 0.40 ± 0.03 0.05 ± 0.0017 Hidrato de trans-

Sabineno 1076 1444 1.29 ± 0.15 0.61 ± 0.02 0.09 ± 0.03 0.48 ± 0.0118 Terpinoleno 1077 1274 0.29 ± 0.03 1.11 ± 0.06 0.34 ± 0.01 0.98 ± 0.0219 Linalol 1079 1556 tr 0.13 ± 0.03 tr 0.07 ± 0.0120 Fenchona 1086 1410 tr 0.18 ± 0.02 0.57 ± 0.02 0.17 ± 0.0121 Tuyona 1099 - 0.06 ± 0.00 0.48 ± 0.06 0.07 ± 0.03 0.31 ± 0.1822 Mircenal 1105 - tr 0.07 ± 0.00 tr 0.08 ± 0.0323 Terpinen-4-ol 1137 1636 tr 0.03 ± 0.00 tr 0.02 ± 0.0224 trans-Verbenol 1144 - tr 0.07 ± 0.01 tr 0.03 ± 0.0125 Fenilacetaldehído 1150 - tr 0.05 ± 0.01 tr 0.04 ± 0.0326 Borneol 1169 1715 0.15 ± 0.02 0.13 ± 0.01 0.06 ± 0.03 0.11 ± 0.3327 Mirtenal 1176 - tr 0.01 ± 0.00 tr tr28 -Terpineol 1190 - 0.21 ± 0.02 0.03 ± 0.00 0.08 ± 0.03 0.06 ± 0.0329 Nerol 1230 1757 0.20 ± 0.03 0.18 ± 0.03 0.07 ± 0.03 0.09 ± 1.1630 Acetato de Bornilo 1272 1594 tr 0.02 ± 0.01 tr 0.72 ± 0.1631 Acetato de Nerol 1326 - 0.10 ± 0.09 0.86 ± 0.15 0.07 ± 0.03 0.08 ± 0.1132 - Copaeno 1368 1519 tr 0.05 ± 0.00 tr tr33 -Cubebeno 1381 1458 0.93 ± 0.07 0.07 ± 0.02 0.06 ± 0.03 0.06 ± 0.0534 Longifoleno 1388 1574 tr 0.07 ± 0.01 0.67 ± 0.03 0.06 ± 0.0235 -Elemeno 1407 1591 1.11 ± 0.10 0.04 ± 0.00 0.06 ± 0.03 0.09 ± 0.0536 Acetato de Linalilo 1415 1542 0.05 ± 0.01 0.10 ± 0.02 0.09 ± 0.03 0.13 ± 0.0037 -Gurgujeno 1422 1529 0.32 ± 0.01 0.22 ± 0.02 0.51 ± 0.03 0.40 ± 0.2138 Calareno 1429 - 0.12 ± 0.01 0.06 ± 0.01 0.09 ± 0.03 0.20 ± 0.0139 -Cariofileno 1435 1612 tr 0.11 ± 0.03 tr 0.20 ± 0.0240 Aromadendreno 1449 1662 0.17 ± 0.02 1.86 ± 0.19 0.18 ± 0.03 2.84 ± 0.0241 Guaieno 1462 1651 2.70 ± 0.23 0.08 ± 0.01 3.09 ± 0.03 0.14 ± 0.0342 Humuleno 1465 1682 0.08 ± 0.01 0.04 ± 0.00 0.13 ± 0.03 0.08 ± 0.4243 Germacreno D 1473 1721 0.11 ± 0.02 0.22 ± 0.03 0.08 ± 0.03 0.37 ± 0.1244 Allo-aromadendreno 1477 1662 tr 0.04 ± 0.01 tr 0.09 ± 0.10

Tabla VI. Continuación

45 -Farneseno 1484 - 2.10 ± 0.24 2.71 ± 0.15 tr 4.84 ± 0.0346 Biciclogermacreno 1490 1744 tr 0.05 ± 0.01 tr 0.06 ± 0.3247 - Muuroleno 1494 1676 0.66 ± 0.06 1.32 ± 0.05 3.93 ± 0.03 tr48 N.I. 1500 - 1.41 ± 0.16 2.21 ± 0.23 1.97 ± 0.03 3.53 ± 0.0249 - Cadineno 1497 1768 tr tr 3.57 ± 0.03 2.53 ± 0.0250 -Cadineno 1510 1772 2.84 ± 0.25 0.13 ± 0.01 0.27 ± 0.03 0.27 ± 0.0551 - Selineno 1512 1744 tr 0.03 ± 0.01 tr tr52 Calameneno 1514 1842 tr 0.06 ± 0.00 tr tr53 Elemol 1524 2076 0.08 ± 0.02 0.04 ± 0.00 0.19 ± 0.03 0.08 ± 0.0054 - Muuroleno 1534 1769 tr 0.30 ± 0.04 tr 0.26 ± 0.0155 -Nerolidol 1547 2008 0.53 ± 0.04 0.02 ± 0.00 0.07 ± 0.03 tr56 -Bisabolol 1551 2029 1.92 ± 0.12 tr 0.86 ± 0.03 0.91 ± 0.0057 -Nerolidol 1555 2051 tr 0.08 ± 0.01 tr tr58 Viridiflorol 1580 2163 0.05 ± 0.01 0.04 ± 0.02 0.28 ± 0.03 tr59 Ledol 1585 - 36.87 ± 2.88 25.38 ± 3.17 20.11 ± 0.02 20.34 ± 0.0360 Globulol 1595 2104 tr 9.08 ± 1.28 7.49 ± 0.02 2.31 ± 0.0161 -Cadinol 1620 2150 0.58 ± 0.10 tr 0.25 ± 0.03 8.13 ± 0.0362 -Cadinol 1631 2224 8.23 ± 0.63 0.16 ± 0.03 tr 0.26 ± 5.5463 N.I. 1663 - 1.08 ± 0.20 0.23 ± 0.02 0.15 ± 0.03 0.12 ± 0.0164 - Eudesmol 1665 2248 0.37 ± 0.00 0.20 ± 0.03 tr 0.18 ± 0.0165 1-Eicoseno 1994 - - - 0.09 ± 0.03 0.07 ± 0.0066 Hidrocarburo, C20 2000 - - - tr 0.07 ± 0.09

67 Hidrocarburo, C22 2200 - - - tr 0.07 ± 0.01

68 Ferruginol (PM 286)* 2226 - - - tr 0.24 ± 0.0469 N.I. 2252 - - - 0.28 ± 0.03 0.25 ± 0.0770 N.I. 2258 - - - tr 0.13 ± 0.2371 N.I. 2274 - - - 0.17 ± 0.03 0.20 ± 0.0372 Acetato de eudesmol 2281 - - - 0.23 ± 0.03 0.25 ± 0.1673 N.I. 2284 - - - 0.32 ± 0.03 0.14 ± 0.0174 Totarol* 2290 - - - 0.12 ± 0.01 0.13 ± 0.2675 Abietal (PM 286)* 2303 - - - 0.17 ± 0.03 0.27 ± 0.0176 Palustrol 2329 - - - 1.05 ± 0.03 1.23 ± 0.0077 Diterpeno (PM 300) 2339 - - - 0.26 ± 0.03 0.13 ± 0.0578 Diterpeno (PM 286) 2352 - - - 1.35 ± 0.03 2.46 ± 0.0979 Diterpeno (PM 286) 2390 - - - 4.93 ± 0.02 0.87 ± 0.0280 4,4-Dimetil, 5,13-

androst-8-eno*2428 - - - 0.20 ± 0.01 0.92 ± 0.19

81 Acetato de totarol * 2437 - - - 0.32 ± 0.02 0.39 ± 0.0582 Abietol (PM 288)* 2453 - - - tr 0.55 ± 0.4983 Diterpeno (PM 316) 2463 - - - 2.93 ± 0.03 0.05 ± 0.1784 13-Isopropil-podocarpen-

12-ol, 20-al*2502 - - - 0.99 ± 0.03 0.31 ± 0.23

85 Hidrocarburo, C25 2500 - - - 1.09 ± 0.61 3.61 ± 0.16

86 N.I. 2521 - - - 1.62 ± 0.10 0.50 ± 0.1987 N.I. 2531 - - - 4.33 ± 0.01 0.99 ± 0.0688 N.I. 2563 - - - 0.99 ± 0.02 0.17 ± 0.2889 Hidrocarburo, C27 2700 - - - 0.25 ± 0.03 0.30 ± 0.22

a) Indices de Kováts determinados experimentalmenteb) Porcentajes calculados con base en las áreas de los picos en la columna HP-1, promedio de tres extracciones.

Tr-trazas *Identificado tentativamente

Por exposición al aire los aceites esenciales se tornan espesos y se colorean intensamente.

El olor de las esencias es extraordinariamente variable y constituye su característica más

definida; son muy poco solubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos (acetona,

éter, pentano, alcohol etílico concentrado, etc.).

PROPIEDADES FISICOQUIMICAS

istoricamente, antes del uso de las técnicas modernas del análisis químico

instrumental (GC/MS, RMN-H1, RMN-C13, FT-IR, Cromatografía

multidimensional, análisis “headspace”, etc.) la caracterización de aceites esenciales se

limitaba a las siguientes determinaciones de propiedades “macroscópicas”:

H

Solubilidad en varios solventes Punto (rango) de ebullición Gravedad específica Rotación óptica Índice de acidez Número de éster Contenido de alcoholes y cetonas, y otros.

Valores de estos parámetros para un gran número de aceites se encuentran reunidos en los

textos de Güenter y Gildemeister & Hoffman. La evaluación de estas constantes

fisicoquímicas se realiza como un estudio preliminar con el fin de descubrir adulteraciones

de los aceites volátiles, sobre todo para los que poseen alto valor comercial.

ESTABLECIMIENTO DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS ACEITES

ESENCIALES

A

nteriormente, la identificación de los componentes individuales del aceite se convertía

en una larga y “tiempo-consumible” operación, que incluía el aislamiento y

purificación de éstos (Cromatografía de capa delgada, cromatografía en columna,

destilación fraccionada, etc.) para su posterior determinación estructural por métodos

químicos tradicionales (Obtención de derivados, reacciones de coloración, pruebas de

grupos funcionales, etc. )

El estudio de diferentes variables (Cultivo, condiciones geobotánicas, métodos de

extracción, época de recolección y partes de la planta, métodos de almacenamiento y

manejo del material vegetal, edad, actividad biológica, propiedades organolépticas,

etc. ) que condicionan la CALIDAD y la APLICABILIDAD del aceite esencial y, por

ende, su precio y aceptabilidad en el mercado, se realiza a través del establecimiento de

la composición química del aceite.

MÉTODOS DE SEPARACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE ACEITES ESENCIALES

Métodos químicos de separación (Obtención de derivados)

Destilación fraccionada

Cromatografía de capa fina

Cromatografia preparativa

Cromatografia en columna

Cromatografia líquida de alta eficiencia (Obtención de fracciones)

Cromatografia de gases (Columnas capilares de alta eficiencia)

Los métodos modernos de análisis de aceites esenciales están fundamentados

básicamente en la cromatografía de gases capilar usando detectores convencionales,

principalmente, de ionización en llama (FID) y selectivo de masas (MSD).

CROMATOGRAFIA DE GASES

nicialmente para el análisis de los aceites esenciales se empleaban columnas

empacadas, que permitían identificar satisfactoriamente sólo componentes

mayoritarios de la mezcla. La aparición en los años ochenta de columnas capilares de

alta eficiencia (columnas tubulares abiertas) de vidrio o de sílica fundida con fases

estacionarias entrecruzadas (“cross-linked”) e inmovilizadas (“bonded”) abrió una

nueva etapa en el análisis de los aceites esenciales, pues permitían la detección de la

mayoría de los constituyentes de esencias, incluyendo componentes en trazas. Para la

identificación cromatográfica se emplean diferentes sistemas de índices de retención,

la mayoría de los cuales se basa en el método propuesto por Kovats.

I

Para el análisis se utilizan columnas cromatográficas capilares de alta resolución, que

permiten separar las mezclas multicomponentes de las sustancias de diversa polaridad

y/o isómeros (monoterpenos, sesquiterpenos, etc.). La identificación de los

componentes del aceite se realiza a través de comparación de los índices de retención

de Kovats para dos fases estacionarias, polar y apolar, de las sustancias patrones, con

los índices de Kovats obtenidos para los componentes del aceite. Las fases

estacionarias más adecuadas son de CARBOWAX 20M (polietilenglicol, fase polar) y

OV-101 (Ultra1, HP-1, DB-1, etc.) (polidimetilsiloxano, fase apolar).

En la última década el desarrollo de la cromatografía multidimensional abrió nuevas

posibilidades en el análisis de los aceites esenciales, sobre todo en la detección e

identificación de los compuestos minoritarios y en trazas a nivel de 10-14 gramos. El

empleo de las columnas cromatográficas con fases estacionarias quirales permite

distinguir la presencia de isómeros ópticos en los aceites.

CROMATOGRAFíA DE GASES - ESPECTROMETRíA DE MASAS

urante las dos últimas décadas se ha demostrado que el mejor método para el

estudio de la composición de los aceites esenciales es la técnica de acoplamiento

de cromatografía de gases con espectrometría de masas (GC/MS) . Es un método

completamente adecuado para la identificación debido a que los componentes del

aceite son compuestos volátiles y de bajo peso molecular (< 300 dalton). La esencia se

aplica directamente al cromatógrafo sin ningún tratamiento previo. Esto elimina

cualquier posibilidad de introducir modificaciones en la composición de la muestra o

en la estructura de sus constituyentes.

D

Los componentes del aceite pueden ser simultáneamente separados e identificados con

base en sus tiempos e índices de retención y los espectros de masas, los cuales son

característicos para cada sustancia. El método GC-MS permite realizar en una sola

operación, para una muestra del orden de 1 µL, un análisis cualitativo junto con una

indicación de las proporciones en las que se encuentran los componentes. Cuando se

dispone de sustancia patrón, la calibración del equipo permite un análisis cuantitativo

exacto de la muestra. Los constituyentes del aceite se identifican también por sus

espectros de masas (patrones de fragmentación).

La composición de metabolitos secundarios en diferentes partes de la guaca (Spilanthes

americana) fue establecida empleando cromatografía de gases de alta resolución con

diferentes detectores (FID, NPD, MSD). En la Figura 16 aparece el perfil

cromatográfico del extracto obtenido de las flores de guaca por SFE. Dentro de los

componentes nitrogenados se destaca el espilantol, amida con propiedades insecticidas

y medicinales. El espectro de masas del espilantol se muestra en la Figura 17. La

diferencia composicional de los metabolitos secundarios de diferentes partes de la

planta aparece en la Tabla VII.

3

4

6 1 3

7

1 5

1 6 1 8

2 3

2 4

3 2

3 7

5 2 6 0

5 6

5 7 6 5

6 7

6 9

7 0

7 3

7 1 7 2

7 6

7 7

7 8

7 9

8 0

7 4

7 5

0 5 0 1 0 0T ie m p o (m in .)

F I D

60

5765

66 68

67

71

0 20 40 60 80 100T iem p o (m in .)

N P D

N -isob util-2Z ,6E ,8Z -d eca tr ienam ida (E sp ilan to l)

(CH3)2CHCH2NH C

O

C C

H

H

CH 2 CH2

C C

H H

C C

H

H

CH 3

FID

NPD

Figura 16. Cromatogramas del extracto de flores de Guaca (Spilanthes americana), columna DB-1 (60 m), FID y NPD (E.E. Stashenko, M. Puertas and M.Y. Combariza, J. Chormatogr. A, 1996, 725, 223).

40 60 80 100 120 140 160 180 200 2200

10

20

30

40

50

60

70

80

90

m/z-->

AbundanceScan 5133 (43.962 min): GUHSFE23.D (*)

39

41

53 68

81

86

98

115

126

141

142 155 167 178 192 206 221

100

Figura 17. Espectro de masas del Espilantol.

ESPECTROMETRIA DE MASAS

a identificación confirmatoria de los componentes de los aceites esenciales se

realiza con base en sus espectros de masas (MS). Se utilizan espectros de masas

obtenidos por el impacto de electrones (70 y/o 12-20 eV) y/o por la ionización

química. Los espectros de ionización química son complementarios a los del impacto

electrónico y especialmente útiles cuando en los espectros convencionales el ión

molecular (M+) no aparece.

L

Varios analizadores másicos (magnético, cuadrupolar, de trampa iónica) se utilizan en

espectrómetros de masas acoplados a cromatógrafos de gases. En los últimos años los

detectores de trampa iónica se emplean cada vez con más frecuencia en los estudios de

mezclas complejas, incluyendo los aceites esenciales, sobre todo cuando se requiere

alta sensibilidad en los análisis.

TABLA VII. Composición química de los extractos de tallos, hojas y flores de guaca (Sphilantes americana) obtenidos por SFE (E.E. Stashenko, M. Puertas and M.Y. Combariza, J. Chormatogr. A, 1996, 725, 223).

N° pico

COMPUESTO Ik Cantidad relativa, %

en DB-1 DB-1 DB-Wax Tallos Hojas Flores1 2-Hexenal 835 - - 0.599±2E-01 -

2 Isobutirato de n-propilo 844 - 0.041±1E-02 -

3 Tuyeno 927 1022 0.23±3E-02 - 0.062±3E-04

4 Pineno 963 1018 0.686±1E-01 0.076±8E-03 0.754±1E-01

5 Sabineno 970 1126 0.033±6E-03 0.077±2E-03 0.107±1E-02

6 Pineno 981 1120 2.29±3E-01 - 4.657±4E-01

7 Mirceno 988 1164 0.163±2E-02 0.331±1E-01 0.205±3E-02

8 Felandreno 992 1169 - - 0.067±7E-03

9 Fenilacetaldehído 1004 - - 0.135±9E-02 -

10 1,4-Cineol 1008 1199 0.085±3E-02 - 0.038±9E-03

11 1,8-Cineol 1017 1211 2.479±3E-01 0.254±9E-03 0.083±1E-02

12 Felandreno 1018 1208 - - 0.871±2E-03

13 p-Cimeno 1019 1272 2.999±6E-01 0.901±1E+00 2.876±4E-01

14 trans-Ocimeno 1047 1246 0.086±2E-02 - -

15 Fenchona 1076 1391 - 0.069±2E-02 0.08±7E-04

16 2-Undecanona 1270 1599 0.129±3E-02 - 0.223±2E-02

17 Acetato de isobornilo 1275 1582 0.076±1E-02 - 0.038±8E-03

18 Carvacrol 1307 2177 - - 0.17±3E-02

19 n-Heptanoato de isoamilo 1333 - - 0.12±5E-03 0.044±4E-03

20 Copaeno 1373 1497 0.177±2E-02 0.254±5E-02 0.029±4E-03

21 Propionato de isobornilo 1376 1681 0.641±1E-02 - -

22 Cubebeno 1386 1542 0.09±2E-02 0.048±1E-02 0.048±7E-03

23 ISTD (n-Tetradecano) 1400 1403 47.30±1E+00 30.20±3E+00 29.58±1E+00

24 Cariofileno 1419 1607 2.712±3E-01 1.42±2E-01 1.679±3E-01

25 Propionato de terpinilo 1428 1747 0.078±4E-02 0.116±5E-02 0.082±1E-02

26 Cedreno 1435 1601 0.108±2E-02 0.131±3E-02 0.029±4E-04

27 Amorfeno 1452 1687 0.15±2E-02 0.061±2E-03 0.102±1E-02

28 Guaieno 1453 1668 0.058±7E-03 0.106±3E-02 0.024±1E-03

29 Selineno 1464 1733 - - 0.093±2E-02

30 Humuleno 1469 1699 0.664±1E-01 4.71±2E+00 -

31 cis-Farneseno 1474 1622 0.049±6E-03 - -

32 (Z)-6-Pentadecen-1-ol 1480 1769 3.414±1E+00 0.06±2E-03 1.601±3E-01

33 Germacrene D 1486 1721 2.535±3E-01 - 0.113±2E-02

34 1-Pentadeceno 1491 - 0.387±1E-01 - 0.215±3E-02

35 Germacrene B 1492 - - 0.99±3E-01 -

36 Bisaboleno 1494 2007 0.119±2E-02 0.549±2E-01 0.133±2E-02

37 Bisaboleno 1500 1735 13.57±1E+00 7.41±2E+00 2.301±3E-01

38 Farneseno 1507 - 0.064±1E-02 0.129±5E-03 0.035±3E-03

39 Butirato de citronelilo 1511 1765 0.128±1E-02 - -

Tabla VII. continuación

41 Cadineno 1522 1780 0.224±1E-01 1.11±1E+00 0.145±E-02

42 Butirato de geranilo 1531 1871 0.202±5E-02 0.498±1E-01 0.103±2E-02

43 Nerolidol 1554 2043 - 0.084±3E-02 0.078±2E-03

44 Cariofilen-alcohol 1566 - - - 0.053±0E+00

45 Oxido de cariofileno 1567 2008 - 0.239±9E-02 0.089±3E-04

46 Epóxido de a-cedreno 1586 1978 0.151±1E-01 - 0.02±3E-04

47 Isopentanoato de geranilo 1600 1919 0.10±1E-02 0.101±1E-02 0.037±7E-04

48 Pentanoato de citronelilo 1606 1883 0.067±3E-03 0.084±2E-02 0.09±2E-02

49 Cedrol 1609 2065 0.098±8E-02 - 0.025±9E-03

50 Pentanoato de terpinilo 1616 1921 0.136±7E-02 - -

51 Pentanoato de geranilo 1642 1964 0.073±9E-03 0.046±9E-03 -

52 Acetato de 5-fenil-2,4-pentadienilo 1654? - 3.158±6E-01 13.9±2E+00 8.75±9E-01

53 n-Valerato de anisilo 1665 - 0.07±5E-03 0.168±5E-02 0.187±1E-03

54 Nonaoto de n-hexilo 1668 - 0.417±2E-01 0.329±1E-01 0.047±3E-03

55 1,E-11,Z-13-Octadecatrieno 1685 - 0.10±3E-02 - -

56 Benzoato de bencilo 1723 - - 0.797±8E-01 0.655±4E-02

57 N-Isobutil-6Z,8E-decadienamida 1781 2687 0.191±7E-02 2.49±4E-01 1.578±5E-02

58 No identificado - - - 0.208±7E-02 0.165±4E-03

59 Saliciltao de bencilo 1830 - - 0.239±1E-01 0.812±1E-02

60 N-Isobutil-2E,6Z,8E-

decatrienamida

1844 2834 10.12±4E-02 21.4±2E+00 17.03±2E-02

61 Acido hexadecanoico 1853 - 0.547±5E-02 0.282±3E-02 0.453±1E-02

62 No identificado 1853 - 0.527±5E-02 0.784±4E-02 0.452±3E-02

63 No identificado - - 0.175±4E-02 0.196±7E-02 0.269±4E-03

64 No identificado - - 0.11±1E-02 0.139±4E-02 0.279±4E-02

65 N-(2-metilbutil)-2E,6Z,8E-

decatrienamide

1946 2546 0.904±1E-01 1.68±1E-01 1.182±5E-02

66 Compuesto nitrogenado 1978 2489 0.053±8E-03 0.268±4E-02 0.233±1E-03

67 N-(2-Feniletil)-2E,6Z,8E-

decatrienamida

2006 2290 0.23±1E-01 1.02±1E-01 1.508±1E-02

68 Compuesto nitrogenado 2072 - - - 0.177±5E-03

69 Hidrocarburo 2098 2127 - 0.395±3E-01 0.145±3E-02

70 Hidrocarburo 2292 - 0.127±2E-02 1.452±6E-02

71 Compuesto nitrogenado 2351 2907 - 0.419±2E-01 0.476±2E-03

72 No identificado 2392 - - - 0.398±3E-03

73 Hidrocarburo 2493 - 0.06±2E-02 0.088±5E-02 2.823±2E-02

74 No identificado 2590 - 0.136±1E-02 0.137±5E-02 0.178±1E-03


76 Hidrocarburo 2691 - - - 1.679±2E-02


78 Hidrocarburo 2936 - - 0.137±6E-02 2.843±6E-02


80 Hidrocarburo 3252 - - - 1.38±2E-02

Los espectros de masas de terpenos, principales constituyentes de los aceites

esenciales, son en la mayoría de los casos bastante parecidos. Su identificación por los

espectros está basada principalmente en las diferencias cuantitativas (intensidades de

los iones). Sin embargo, las investigaciones de varios autores han permitido encontrar

los criterios experimentales (relación de las intensidades de los iones moleculares y

característicos, espectros de masas de colisiones activadas, energías cinéticas

liberadas durante las transiciones metaestables, etc.) para la identificación de terpenos

(básicamente, monoterpenoides) a través de sus espectros de masas. Bibliotecas de

espectros de terpenos, diferentes sistemas expertos para su identificación, permiten hoy

en día realizar con toda seguridad la correlación tipo “estructura-espectro de masas”.

Es necesario anotar que las correlaciones entre las estructuras de sesquiterpenos,

C15H24, y sus espectros de masas no han sido estudiadas con tanto detalle como las de

los monoterpenoides. En varios trabajos la identificación de sesquiterpenos se realiza a

través del uso de sus índices de retención. Se propone emplear simultáneamente los

datos de espectrometría de masas y los valores de índices de retención de Kováts para

fases estacionarias polar y apolar, empleando como sustancias patrón hidrocarburos

lineales y los ésteres etílicos de los ácidos grasos. La estructura de un sesquiterpeno se

considera establecida sólo si coinciden los espectros de masas y los cuatro índices de

Kováts determinados experimentalmente con los datos reportados para compuestos

patrón.

EM de monoterpenos

Los monoterpenos monocíclicos (felandreno, -terpineno, -terpineno, terpinoleno),

bicíclicos (3-careno, -pineno, sabineno, canfeno) y acíclicos (mirceno, allo-ocimeno) ,

poseen una fragmentación característica común: presentan en sus EM el ión m/z 93(>80%)

como pico de base o de alta intensidad, producido por una ruptura alílica en la molécula

acompañada de la eliminación de un radical C3H7°. El ión molecular M+ ° (m/z 136) es de

intensidad media o baja (< 30%) y se descompone eliminando sucesivamente los radicales

CH3° y C3H7°, con formación de los iones en m/z 121 y 93, respectivamente. El ión (M-

C3H7)+ posteriormente pierde CH3° para generar el fragmento (M-C3H7-CH3)+ en m/z 79.

En los EM de los monoterpenos se observan picos muy débiles en la región de masas

pequeñas (< m/z 79), lo que indica cierta estabilidad inherente del sistema cíclico al

impacto de electrones.

La similitud “cualitativa” de los EM de los monoterpenos se atribuye a la rápida

isomerización de sus iones moleculares debido a la fácil migración de los enlaces dobles

bajo el impacto de electrones, que conduce a la formación de iones M+ ° isomerizados de

estructura común. Por consiguiente, estos iones poseen el mismo patrón de fragmentación

y las diferencias en las intensidades de los fragmentos característicos (m/z 121, 93, 91, 79,

77) se deben solamente a las desigualdades iniciales en las energías conformacionales de

los monoterpenos.

-Terpineno

El -terpineno posee en su espectro (Figura 18) los picos característicos para los

monoterpenos, mencionados anteriormente.

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 1300

10

20

30

40

50

60

70

80

90

m/z-->

Abundance Scan 1495 (14.428 min): HOJLIM01.D (*)

41

44

65

77

93

94 105

121 136

100

Figura 18. Espectro de masas del -terpineno

m/z 77(42.8% )

Terpineno

CH3 .

m/z 121(83.7% )

m/z 105(22.8% )

--

+

CH (CH3 )2 .

m/z 93(100% )

-

M+. m/z 136(29% )

+

+. -CH3

. , -H.

m/z 91(42.8% )

-2H.

,

-C2 H2

m/z 79 (37.1% )

CH3. -H.

+

C6 H5+

C8 H9+

C6 H7+

Esquema 1. Rutas de fragmentación del -terpineno

Limoneno

El compuesto mayoritario de los aceites esenciales de cítricos es el d-limoneno, un

monoterpeno cíclico con dos enlaces dobles aislados, cuyo espectro de masas aparece en la

Figura 19. La ionización disociativa del d-limoneno se presenta en el Esquema 2. El ión

molecular M+° en m/z 136 (26.8%) tiene una estabilidad, Wm+ de 7.69% y su

fragmentación se caracteriza por una ruptura de tipo retro Diels-Alder (RDA),

acompañada de la formación de un pico de base en m/z 68 (100%).

Otros iones importantes producidos a partir del ión M+ ° por pérdida del radical CH3°,

eliminación del grupo isopropenílico y 2H° son (M-CH3)+ en m/z 121(22.86%) y (M-

C3H5-2H)+ en m/z 93 (68.5%), respectivamente. El ión (M-C3H5-2H)+ elimina

posteriormente un radical CH3°, originando el fragmento en m/z 79 (36.43%), tal como

aparece en el Esquema 2.

50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

m/z-->

AbundanceScan 1042 (13.659 min): NARVEX01.D (*)

51

53

63

68

75

79

82

93

94

105

107

117

121 136

Figura 19. Espectro de masas del limoneno

Limoneno

m/z 68(100% )

+.

M+. m/z 136 (25.9% )

+. -CH3.

-C2 H5.

-C3 H5., -2H.

RDA

(M-CH3 )+

m/z 105(5.7% )

m/z 93(68.5% )

m/z 121(22.8% )

m/z 79(36.4% )

(M-C2 H5 )+

m/z 107(21.1% )

(M-C3 H5 -2H)+

-CH3., -H.

-C2 H4

-CH3., -H.

(M-2CH3 -H)+

C6 H7+

C6 H5+

-2H.

m/z 77(21.4% )

-2H.

m/z 67(74.3% ) -H.

O

O

O

Esquema 2. Rutas de fragmentación del limoneno

EM de monoterpenoles

La presencia del grupo -OH en las moléculas de monoterpenoles modifica su

fragmentación generando nuevas rutas. Sus EM resultan ser más complejos que los de

monoterpenos correspondientes. Los iones moleculares de los alcoholes son generalmente

de muy baja intensidad o a menudo no se detectan. En el caso de los monoterpenoles la

presencia del grupo hidroxilo se puede confirmar por la aparición en los EM de los iones

(M-H2O)+ en m/z 136 y (M-H2O-CH3)+ en m/z 121. Monoterpenoles, tales como el -

terpineol, el terpinen-4-ol y el linalol, exhiben rutas de fragmentación similares, generando

iones característicos comunes en m/z 139, 136, 121 y 93.

-Terpineol

En el EM del -Terpineol (Figura 20) aparece el ión C3H7O+ en m/z 59 (100%) como pico

de base, que se produce por una ruptura del enlace exocíclico. El fragmento m/z 59

decae posteriormente por eliminación del CH3° y genera el ión CH3CO+ en m/z 43

(35.4%). En el espectro del -terpineol el ión molecular M+ ° en m/z 154 no se registra; sin

embargo, los iones característicos (M-CH3)+ en m/z 139(7.1%), (M-H2O)+ en m/z 136

(34.2%), y (M-CH3-H2O)+ en m/z 121 (41.4%) indican su formación inicial y permiten

elucidar su peso molecular. El fragmento (M-H2O)+ en m/z 136 (34.2%), producto de la

deshidratación de la molécula ionizada, se disocia posteriormente eliminando los radicales

CH3°, C3H5° y 2H° con formación de los iones (M-H2O-CH3)+ en m/z 121(41.4%) y (M-

H2O-C3H5-2H)+ en m/z 93 (55.7%), respectivamente, tal como aparece en el Esquema 3:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

m/z-->

Abundance Scan 1829 (19.934 min): HOJMA01.D (*)

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

51

55

59

67

71

81

93

95105

107

121136

139

Figura 20. Espectro de masas del -terpineol

OHOH

Terpineol

m/z 136(34.2% )

m/z 139(7.1% )

m/z 121(41.4% )

m/z 93(55.7% )

+

PM 154

+.

+.

RDA

-H2 O

OH+ +

m/z 71(8.5% ) m/z 68(14.3% )

+.

(M-CH3 -H2 O)+

-H.

m/z 67(18.6% )

-C3 H5.,-2H.

(M-H2 O-C3 H5 -2H)+

RDA

ruptura +

-

m/z 43(35.7% )

m/z 59(100% )

CH3.OH

CH3.-

H2 O-

CH3.-

C5 H7+

+

m/z 91(8.6% )

-2H.

CH3 C=O+

Esquema 3. Rutas de fragmentación del -terpineol.

Durante la reacción RDA que ocurre en el ión (M-CH3)+ se producen un fragmento

oxigenado C4H7O+ (m/z 71) y su ión “complementario” C5H8+ (m/z 68), este último puede

surgir también del rompimiento del tipo RDA en el fragmento (M-H2O)+ (m/z 136). La

ocurrencia de la ruptura RDA en la molécula del -terpineol confirma la presencia y

localización del enlace doble en el ciclo respecto al sustituyente 1-hidroxi-1-metiletilo. La

presencia del grupo -OH (que no está unido directamente al ciclo, como en el caso del

terpinen-4-ol) y su posición en la molécula se corroboran por la aparición en el EM de los

iones (M-H2O)+, (M-H2O-CH3)+ y C3H7O+ en m/z 59 (100%). Este último puede

considerarse como el ión “diagnóstico” en el espectro de masas del -terpineol.

Terpinen-4-ol

En el EM del terpinen-4-ol (Figura 21) aparece el ión molecular M+ ° en m/z 154 de

intensidad mediana (13.4%). La presencia del grupo hidroxilo en la molécula se confirma

por la aparición de los fragmentos (M-H2O)+ en m/z 136 (7.1%), (M-H2O-CH3)+ en m/z

121 (5.71%) y (M-C3H7-H2O)+ en m/z 93 (46.1%). La localización del enlace doble en el

ciclo se corrobora por la reacción monomolecular de tipo retro Diels-Alder (RDA) que

ocurre tanto en el ión M+ °, como en el fragmento (M-C3H7)+ en m/z 111 (41.4%). Este

proceso se acompaña por la formación de fragmentos “complementarios”, hidrocarbonados

C5H8+ en m/z 68(12.8%), C5H9

+ en m/z 69 (26.4%) y oxigenados CH3CO+ en m/z 43

(47.1%), C5H10O+ en m/z 86 (37.8%), con distribución de la carga positiva sobre ambas

partes de la molécula disociada, respectivamente, tal como se observa en el Esquema 4.

0m/z-->

AbundanceScan 1774 (19.425 min): HOJLIM01.D

55

57

69

71

83

86

93

97

111

121136

154

100

50

75

25

Figura 21. Espectro de masas del terpinen-4-ol

El pico de base en el espectro del terpinen-4-ol corresponde al fragmento oxigenado

C4H7O+ en m/z 71 (100%) que se forma por eliminación de un radical metílico del ión

C5H10O+ (m/z 86), producto de la reacción RDA de la molécula ionizada. La posición del

grupo hidroxilo unido directamente al anillo ciclohexénico se ratifica por la formación de

los iones (M-C3H7)+ en m/z 111, (M-C3H7-H2O)+ en m/z 93 y del fragmento (M-C3H7-

C5H8)+ en m/z 43, producto de la reacción RDA del ión en m/z 111 (ver Esquema 4). Los

fragmentos (M-C3H7)+ (m/z 111) y C4H7O+ (m/z 71) son iones “diagnóstico” en el EM del

terpinen-4-ol y permiten fácilmente distinguirlo de su isómero, -terpineol, cuyo espectro

de masas se discutió anteriormente (ver Esquema 3).

OH

OH

OH

Terpinen-4-ol

CH3.

+

C5 H9+

m/z 139(0.8% )

m/z 111(41.4% )

m/z 86(37.8% ) m/z 71(100% )

-

M+. m/z 154(13.4% )

+.-H2 O

m/z 93(46.1% )

m/z 136(7.1% )

+ m/z 121(5.7% )

-CH3.

-H2 O

+ OH

-H2 O

RDA

m/z 91(17.3% )

+

m/z 43(4.7% )

m/z 69(26.4% )

-C3 H7 .

RDA

CH2 =CH-C=OH

CH3

C2 H4- o

+

-C2 H4

-2H.

+H.

+.

+

CH3 - C O+

+

+.

+.

m/z 68(12.8% )

oCH3

.-

o

Esquema 4. Rutas de fragmentación del terpinen-4-ol

Linalol

El linalol presenta un ión molecular M+° en m/z 154 (1.43%) de baja intensidad (Figura

22), que se fragmenta eliminando una molécula de agua con la formación del ión (M-H2O)+

en m/z 136 (7.1%). Este último decae por pérdida paralela de los radicales CH3° y C3H7°

generando, respectivamente, los iones (M-H2O-CH3)+ en m/z 121 (26.4%) y (M-H2O-

C3H7)+ en m/z 93 (81.4%), tal como aparece en el Esquema 5. El pico de base del EM se

produce por una ruptura alílica (a) del ión M+ °, acompañada de la localización de la carga

positiva sobre el fragmento oxigenado en m/z 71 (100%).

Figura 22. Espectro de masas del linalol

Las dos rupturas alílicas (a y b) en el ión M+° generan el fragmento C4H70+ en m/z 71 (a),

pico de base en el espectro, y el ión hidrocarbonado en C5H9+ en m/z 69(40%) (b). El

primero decae posteriormente por eliminación de una molécula de etileno, con formación

del fragmento CH3CO+ en m/z 43 (74.2%), y el segundo forma un ión alílico (m/z 41),

también por pérdida de la molécula C2H4.

Los iones C4H7O+ (m/z 71), C5H9+ (m/z 69), CH3CO+ (m/z 43) y C3H5

+ (m/z 41) son

fragmentos “diagnóstico” en el EM del linalol y permiten distinguirlo fácilmente de otros

monoterpenoles.

Linalool

OH

-H2 O

-CH3.

ruptura alílica

OH+

m/z 136(7.1% )

m/z 121(20% )

m/z 71(100% )m/z 43(74.2% )

ruptura alílica

+

m/z 69(40% )

-C3 H7.

m/z 93(64.2% )

M+. m/z 154(1.4% )

+.

-C2 H4

m/z 41(30.6% )

H

(a)

(b)

CH3 C O +

CH2

CH

CH2+

+.

+

+

O

O-C2 H4

(a)

(b)

Esquema 5. Rutas de fragmentación del linalool.

EM de Sesquiterpenos

-Cadineno

En el EM del -cadineno (Figura 23) el ión molecular M+ ° en m/z 204(45.71%) tiene una

intensidad media. El pico de base en su espectro corresponde al fragmento (M-C3H7)+ en

m/z 161(100%), el cual se forma por la pérdida del radical isopropilo de la molécula

ionizada. La posición del doble enlace en el ciclo A se comprueba por la aparición de un

ión en m/z 134(60%), producto de la reacción monomolecular de retro Diels-Alder (RDA)

que ocurre tanto en el ión M+ ° como en el fragmento (M-C3H7)+, tal como se observa en el

Esquema 6.

40 60 80 100 120 140 160 180 2000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

m/z-->

Abundance Scan 3766 (32.330 min): YA01.D (*)

39

41

55 69 7981

91

105

119

123

134

147

161

163 176

189

204

205

Figura 23. Espectro de masas del -cadineno.

-Cadineno

M+. m/z 204(45.7% )

+.

+

+

+.

m/z 119 (65.7% ) m/z 105 (60% )

m/z 91 (30% )

-CH3. -C2 H5

.O O

m/z 134 (58.6% )

m/z 161 (100% )

RDA (A)

m/z 189 (11.6% )

-CH3.

-C3 H7.

RDA (A)

A B

BA

-C2 H4

RDA (B)

+m/z 93 (21.4% )

+

-2H.

-C2 H4

m/z 65 (6.4% )

-C3 H7.

O

O

C5 H5+

O

OA

B

Esquema 6. Rutas de fragmentación del -cadineno

El fragmento en m/z 134, producto de la reacción RDA, posteriormente sufre

reordenamientos y pérdida sucesiva de los radicales CH3°, C2H5° y C3H7°, para formar los

iones en m/z 119 (66.7%), m/z 105(60%) y m/z 91(30%), respectivamente.

La presencia de la secuencia característica, de los iones en m/z 65, m/z 91, 105, 119, 131,

sugiere la formación de estructuras aromáticas con sustituyentes alquílicos.

-Bisaboleno

En el EM del -Bisaboleno (Figura 24) se registra el ión molecular M+ ° de intensidad

baja; el cual decae rápidamente dando lugar a los fragmentos (M-CH3)+ en m/z 189(8.6%),

(M-C3H7)+ en m/z 161(24.3%) y (M- C3H7-C2H4)+ en m/z 133(80.0%). El pico de base es el

ión en m/z 93(100%) producto de la reacción RDA de la molécula ionizada, acompañada

del reordenamiento con eliminación rápida del radical isopropilo C3H7°, tal como se

observa en el Esquema 7.

40 60 80 100 120 140 160 180 2000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

m/z-->

Abundance Scan 3616 (31.166 min): GUFSFE22.D (*)

39

44

55

67 79

81

93

109 119

122133

147 161 189

204

Figura 24. Espectro de masas del bisaboleno.

PM 204

- Bisaboleno

+.

-C3 H7.-CH3

.

+m/z 189(8.6%) m/z 161(24.3%)

-C2 H4

m/z 133(80%)

RDA

+.

H

-C3 H7.

m/z 93(100%)

H

+.

(M+.)*

-C2 H4

+

H

+

O

+.

+

+

m/z 91(74.3%)

-C3 H6.

-2H.

m/z 136

O

O

Esquema 7. Rutas de fragmentación del -bisaboleno

La descomposición de los fragmentos m/z 93 y 133 con la pérdida de 2H° y C3H6°,

respectivamente, conduce a la formación del ión tropilio C7H7+ en m/z 91 de intensidad alta

(74.3%).

EM de alcoholes y aldehídos

Los aceites esenciales de cítricos, de ruda y algunas plantas de la familia Umbelífera

poseen alcoholes y aldehídos alifáticos, por ejemplo, n-octanol, n-nonanol, n-nonanal, n-

decanal y el -sinensal, responsables por el aroma fresco y agradable, típico de los

cítricos.

n-Octanol

En el EM del n-octanol (Figura 25) no se registra el ión molecular M+. (P.M. 130) debido

a su inestabilidad con respecto al impacto de electrones, comportamiento típico de los

alcoholes alifáticos. Sin embargo, en el EM aparecen los fragmentos característicos (M-

H2O)+ en m/z 112 (1.43%) y (M-H2O-CH3)+ en m/z 97 (2.86%), producidos por la pérdida

sucesiva de una molécula de agua y del radical CH3°. El pico de base en m/z 56(100%) se

genera por desprendimiento del ión molecular de un fragmento C4H90H. Los iones (M-46)+

en m/z 84(48.6%) y (M-60)+ en m/z 70(62.8%) se forman por la pérdida paralela de las

moléculas C2H5OH y C3H7OH del ión M+°, respectivamente

45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 1200

10

20

30

40

50

60

70

80

90

m/z-->

Abundance Scan 1183 (14.964 min): NARVAV01.D (*)

54

56

68

70

73 81

84

97 112

Figura 26. Espectro de masas del n-octanol.

n-Decanal

En el EM del n-decanal (Figura 26) no aparece el ión M+° (PM 156), comportamiento

característico de los aldehídos alifáticos saturados con más de 10 átomos de carbono. En el

EM del n-decanal, que es semejante al de los alcanos, donde prevalecen los fragmentos en

la región de masas pequeñas (< m/z 80), se observan las secuencias de iones homólogos en

m/z 29(44.2%), 43(94.2%), 57(100%), 71(30%), ..., CnH2n+1+ y m/z 41(87.1%), 55(77.1%),

69(34.3%), ..., CnH2n-1+. Los productos de descomposición más significativos desde el

punto de vista de diagnóstico estructural son los fragmentos resultantes de la transposición

de McLafferty; en donde la carga positiva se distribuye entre los fragmentos

“complementarios”, oxigenado C2H4O+ en m/z 44(85.7%) e hidrocarbonado, C8H16+ en m/z

112(22.8%), tal como aparece en el Esquema 8.

Abundancia

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 1300

10

20

30

40

50

60

70

80

90

m/z-->

Scan 2386 (20.622 min): NARVEX22.D (*)

4143

53

57

70

72

82

8495 96 112

128

Figura 26. Espectro de masas del n-decanal

Los iones con la carga positiva localizada sobre el oxígeno, generan una serie de

fragmentos homólogos en m/z 44(85.7%), 58(8.6%), 72(10.8%), ..., CnH2nO+. La

localización de la carga sobre la parte hidrocarbonada de la molécula origina iones de las

series olefínica CnH2n-1+ (m/z 41, 55, 69, 83 ...) y alifática. CnH2n+1

+ (m/z 43, 57, 71, 85 ...).

n-Decanal

PM 156

(CH2 )5 - CH3

CH

CH2

OH

CH2

C

H

+

m/z 112(22.8% )

Transposición

McLafferty

m/z 44(85.7% )

m/z 57(100% )

m/z 43(94.2% )

m/z 29(44.2% )

m/z 55(77.1% )

m/z 41(87.1% )

CH3 (CH2 )5 - CH

CH2

CH2

C

O+.H

H

+. +.

Formación de los iones hidrocarbonados a partir del fragmento m/z 112:

CH2 = CH - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3

+.

m/z 83(35.0% )

m/z 71(30.0% )

m/z 69(34.4% )

Transposición de McLafferty:

-CH2=CH2

-CH2=CH2

-CH2=CH2

-CH2=CH2

ruptura alílica

Esquema 8. Rutas de fragmentación del n-decanal

Geranial

En el EM del geranial (Figura 27), monoterpenal acíclico, el ión molecular M+ ° (PM 152)

no se registra. Los procesos asociados a su ionización disociativa involucran la eliminación

de una molécula de agua y del radical C3H7°, con formación de los iones (M-H2O)+ en m/z

134(2.86%) y (M-C3H7)+ en m/z 109(24.3%). La ruptura alílica origina el fragmento

hidrocarbonado en m/z 69(100%), pico de base en el espectro, que posteriormente elimina

la molécula de etileno para convertirse en un ión alílico en m/z 41(90%), tal como se ilustra

en el Esquema 9.

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 1600

10

20

30

40

50

60

70

80

90

m/z-->

Abundance Scan 2214 (23.494 min): LIMT002.D (*)

53 5967

69

81

84

94

95107

109

119

123

134

137 152

Figura 27. Espectro de masas del geranial.

Geranial

CHO

H2 O

ruptura alílica

m/z 41(90% )

C2 H4

-

-

m/z 134(2.8% )

m/z 69(100% )

+.

+

PM 152

+.

-C3 H7.

m/z 109(24.3% )

-CH3.

m/z 94(14.3% )

(M-H2 O)

(M-C3H7)+ (M-C3H7-CH3)+

+ +

O

O

-C3 H7.

-CH3.

O

O

m/z 119(8.6% )

m/z 191(9.1% )

(M-H2O-C3H7)+

Esquema 9. Rutas de fragmentación del geranial

RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR

a espectroscopía de resonancia magnética nuclear de Carbono - 13 (RMN-13C)

es un método no destructivo que utiliza directamente el aceite esencial, sin

realizar ninguna separación previa, produciendo un espectro en donde aparecen las

contribuciones de todos los constituyentes del aceite a diferentes funcionalidades

químicas tales como grupos C=O, C=C, C-O-C, C-OH, etc.

L

A través de la espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear ( RMN) se obtiene

información sobre la estructura y la composición química de una muestra, gracias al

estudio de la forma como ésta absorbe energía cuando se halla dentro de un campo

magnético. La energía absorbida está asociada con cambios en la orientación de aquellos

núcleos atómicos que se ordenan en respuesta a un campo aplicado. En particular, son de

interés el hidrógeno y el isótopo del carbono de peso atómico 13 (con una abundancia del

1.1 %), porque se comportan como pequeños imanes y se orientan paralela o

antiparalelamente a la dirección del campo magnético aplicado.

El gran poder analítico de la espectroscopía RMN surge del hecho que la energía necesaria

para invertir la orientación de un núcleo dado, no depende exclusivamente de la magnitud

del campo magnético aplicado, sino que está modulada por la densidad electrónica

alrededor del núcleo, su orientación y distancia electrónica alrededor del núcleo, su

orientación y distancia relativas a otros núcleos vecinos, y por la geometría global de la

molécula. Es decir, la estructura de la molécula hace que los núcleos que la constituyen

requieran diferentes valores de energía para invertir su orientación con respecto al campo

magnético aplicado, ya que a cada uno corresponde un ambiente químico diferente. En

consecuencia, los núcleos de carbono-13 o hidrógeno en la muestra, se pueden distinguir en

un gráfico de intensidad de adsorción versus energía (espectro RMN).

En el espectro de RMN se distinguen diferentes regiones, las cuales están asociadas con

ambientes químicos similares para los núcleos que forman parte del mismo tipo de grupo

funcional. Por ejemplo, los hidrógenos de los grupos CH3 aparecen en el extremo derecho

del espectro, mientras que los hidrógenos de los grupos aldehído (R-CHO) aparecen en el

extremo opuesto.

Dada la alta resolución disponible hoy en día con esta técnica, es posible distinguir dentro

de los picos pertenecientes a una misma región del espectro (funcionalidad) aquellos

correspondientes a diferentes constituyentes del aceite esencial. Esto permite, a través del

estudio del comportamiento de sus intensidades y áreas, utilizar esta técnica para

supervisar cambios cualitativos y cuantitativos en la composición química del aceite

esencial, para aquellos componentes presentes en concentraciones mayores del 1%. A

través de experimentos de RMN conocidos como DEPT, es posible obtener subespectros,

en los cuales únicamente aparecen las señales de los carbonos con un mismo grado de

protonación. Es decir, pueden lograrse espectros en donde las señales son exclusivamente

de carbonos cuaternarios o carbonos metílicos, o metilénicos o metínicos. Esta selectividad

es de gran utilidad para la caracterización del aceite esencial y el control de su calidad.

ESPECTROSCOPIA INFRARROJA

a espectroscopía infrarroja es una ayuda rápida para identificar los principales

grupos funcionales presentes en la mezcla, pero la naturaleza ancha de las

señales que constituyen el espectro conduce a una muy baja resolución cuando se

tienen mezclas de compuestos químicamente similares, tal como es común en el caso

de los aceites esenciales.

L

Las señales que aparecen en un espectro infrarrojo informan sobre la energía absorbida por

las diferentes formas en que pueden vibrar las moléculas constituyentes de la muestra, tales

como variaciones en la longitud de los enlaces, torsiones y variaciones angulares. Una

técnica analítica bastante potente se obtiene al acoplar la cromatografía de gases con la

espectroscopía infrarroja (GC-FT-IR).

La corriente de gas que sale de la columna cromatográfica se dirige por medio de líneas de

transferencia calentadas, hasta una celda para gases o hasta un tubo de luz. Típicamente

éste está hecho de acero inoxidable, vidrio o cuarzo, con un recubrimiento interior en oro y

con ventanas transparentes a la luz infrarroja (KBr).

Para obtener el espectro de los componentes de la mezcla gaseosa que circula por el tubo

de luz, se hace pasar luz infrarroja desde una de las ventanas del tubo y en el otro extremo

se instala un detector altamente sensible, cuya señal se analiza por el método de la

transformada de Fourier ( interferometría). Luego de atravesar el tubo de luz, la corriente

gaseosa se lleva a un detector convencional de cromatografía de gases. De esta manera se

obtiene el cromatograma de la muestra y los espectros infrarrojo de sus constituyentes.

El paso final del análisis es la búsqueda automática de los espectros infrarrojo obtenidos en

una biblioteca de espectros en fase vapor de compuestos patrones.

La mayoría de los productos naturales, tales como aceites, perfumes, carbones y destilados

del petróleo, contienen muchos compuestos isoméricos. Debido a que la mayoría de estos

isómeros difieren en sus espectros infrarrojo, la metodología GC-FTIR se presta para el

estudio.

Las aplicaciones de esta metodología a los aceites esenciales comenzaron a principios de la

década de los 80, inicialmente con columnas empacadas y posteriormente con columnas

capilares de alta resolución. El análisis de la composición de los aceites y el estudio de su

variación como resultado de procesos químicos como por ejemplo, la degradación, se ven

facilitados por la posibilidad que permite el método GC-FT-IR de procesar los datos para

obtener cromatogramas en los cuales aparezcan únicamente compuestos que poseen un

mismo grupo funcional. De esta manera se pueden estudiar independientemente, por

ejemplo, los alcoholes y las cetonas, presentes en un aceite.

Una limitación que está siendo subsanada crecientemente es la disponibilidad de bibliotecas

suficientemente grandes de espectros en fase vapor de compuestos puros, para la

identificación de los componentes del aceite a través de la búsqueda espectral automática.

MEMORIA aceites esenciales

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