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CAPITOLO 1
PRECEDENTI STUDI FITOCHIMICI SUL
GENERE SCORZONERA
Sulla base dei precedenti lavori di indagine fitochimica riportati in letteratura su alcune specie del genere Scorzonera, esso risulta chimicamente caratterizzato dalla presenza di lattoni sesquiterpenici, derivati triterpenici, kavalattoni e diverse classi di composti fenolici quali diidroisocumarine, ftalidi, derivati degli acidi fenolici o acidi fenolici sostituiti, derivati stilbenici, lignani, flavonoidi e una nuova classe di derivati bibenzilici.
Lattoni sesquiterpenici
I lattoni sesquiterpenici sono un ampio gruppo di composti sesquiterpenoidici, caratterizzati dalla presenza di un anello γ-lattonico aggiuntivo. Questi composti sono molto diffusi nel regno vegetale e sono concentrati in alcune famiglie, fra le quali primeggia quella delle Compositae; la maggior parte di essi sono citotossici e hanno attività antitumorale, altri sono responsabili di dermatiti allergiche.
Questi lattoni, di cui sono noti in natura oltre 3000 costituenti, da un punto di vista biogenetico e in base allo scheletro carbociclico presente, sono classificati in vari gruppi fra cui i principali sono: germacranolidi (con un anello a 10 termini), eudesmanolidi (con due anelli fusi a 6 termini), guaianolidi (con un anello a 5 termini fuso con uno a 7 termini e un metile al C-4) e pseudoguaianolidi (come i precedenti ma con un metile al C-5). Per quanto riguarda il genere Scorzonera, questa classe di composti è stata isolata e
13 caratterizzata da S. austriaca Willd. dalle cui radici è stato ottenuto un nuovo lattone sesquiterpenico a struttura guaianolidica (Li et al., 2004):
O Me OH H H H HO Me O
Piu recentemente, sempre dalle radici della stessa pianta, sono stati identificati due nuovi lattoni sesquiterpenici, nello specifico guaianolidi a struttura dimerica, per cui è stato proposto il nome di biguaiascorzolidi A e B:
O O H H H H OH biguaiascorzolide A O O O O H H H biguaiascorzolide B O O H O
14 Tali composti sono stati ottenuti da uno studio fitochimico condotto presso il
College of Chemistry and Chemical Engineering di Lanzhou in China (Zhu et al., 2009), i cui autori oltre alla caratterizzazione strutturale dei due nuovi
composti, hanno effettuato l’acetilazione del biguaiascorzolide A e hanno testato la citotossicità dell’analogo acetilato su linee di cellule tumorali leucemiche resistenti all’adriamicina K562/ADM, su cui il composto in esame ha dimostrato avere una moderata attività citotossica, e su cellule tumorali del carcinoma dello stomaco MGC-803 su cui è risultato essere inattivo.
Infine dagli estratti polari delle parti aeree di S. pseudodivaricata Lipsch. è stato ottenuto un ulteriore lattone sesquiterpenico guaianolidico denominato
scorzonerin, la cui struttura presenta il medesimo nucleo sesquiterpenico del
sesquiterpenlattone matricarin, isolato dai fiori di Matricaria chamomilla L. (Tsevegsuren et al., 2007): O O Η Η O O HO HO OH O OH scorzonerin O O
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Triterpeni e steroidi
La classe dei triterpeni include numerose molecole bioattive, originate a partire dalla ciclizzazione della struttura a 30 atomi di carbonio definita squalene e dalla successiva formazione di un ossido che dà il via ad una serie di ciclizzazioni che portano a diverse strutture tetracicliche e pentacicliche. Strettamente correlati ai triterpeni da un punto di vista biogenetico e strutturale e presenti sia nel regno vegetale sia in quello animale, gli steroidi sono composti che possono avere anche un numero inferiore di atomi di carbonio e sono caratterizzati dal sistema a 4 anelli del ciclopentanoperidrofenantrene.
Precedenti studi sul genere Scorzonera hanno portato all’isolamento e identificazione dei seguenti triterpeni e steroli noti:
• β-lupeolo
HO
• β-sitosterolo
16 ottenuti da S. tomentosa L. (Oksüz et al., 1990) e da S. columnae L. (Menichini
et al., 1994). • stigmasterolo 3β-glucoside H H H O HO HO OH O OH • lupeolo acetato AcO
ottenuti da S. tomentosa L. (Oksüz et al., 1990)
Dalla specie S. mongolica Maxim. sono stati isolati derivati triterpenici caratterizzati dalla struttura pentaciclica dell’oleanano:
17 24 23 25 26 27 28 29 30 Oleanano
Lo studio, condotto da Wang et al. nel 2007 presso l’Institute of Marine Drugs
and Food of Ocean, University of China, ha portato all’isolamento e
all’identificazione di due nuovi triterpeni esterificati con acidi grassi (Wang et
al., 2007): R Η Η Η CH2OH R= O O R= O O 1: 2: 1: 3β-tetradecanoil-28-idrossi-olean-18-ene 2: 3β-dodecanoil-28-idrossi-olean-18-ene
18 Strutturalmente i kavalattoni (o kavapironi) sono alfa-pironi che portano un gruppo metossile al C-4 ed un anello aromatico stirilico al C-6:
Kavalattoni
O O
OCH3
Dalla specie S. austriaca Willd. sono stati isolati un kavalattone e un kavalattone glicoside (Jiang et al., 2007):
HO O O OCH3 12-idrossi-desmetossiangonina O O OCH3 O HO HO OH O OH desmetossiangonina-12-β-D-glucopiranoside
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Composti fenolici
Questa classe comprende un’ampia varietà di metaboliti secondari strutturalmente caratterizzati dalla presenza di almeno un anello benzenico con uno o più sostituenti ossidrilici, i quali possono essere liberi, metilati, legati a zuccheri (glicosidi) o ad acidi (esteri). Quelli di gran lunga più diffusi nel regno vegetale sono i flavonoidi; ma numerosi sono anche altri costituenti appartenenti alle sottoclassi dei chinoni (in particolare, antrachinoni), lignani, xantoni, cumarine e polifenoli come i tannini, le lignine e le melanine.
Cumarine
O O
Le cumarine sono fenilpropanoidi che derivano dalla ciclizzazione degli acidi
o-idrossicinnamici e presentano quindi un nucleo detto cromone (sistema
α-benzopirone). Questo nucleo è infatti strutturalmente considerato il risultato della fusione di un anello benzenico con un α-pirone:
Nucleo dell’α-cromone
In base alle caratteristiche strutturali e alla loro origine biogenetica, le cumarine si suddividono in diverse sottoclassi: cumarine semplici (cumarina non sostituita e i suoi derivati ossidrilati, alcossilati e alchilati, compresi i loro glicosidi),
furanocumarine (sistema α-benzopirone condensato con un anello furanico),
piranocumarine (sistema α-benzopirone condensato con un anello piranico),
cumarine sostituite nell’anello pironico (come le 4-idrossicumarine, le
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O O
sono isomeri delle cumarine, che rispetto a queste ultime hanno scambiate le posizioni dell’ossigeno e del carbonile sull’anello pironico:
Nucleo isocumarinico
IUPAC: 1-H-isocromen-1-one
Le diidroisocumarine sono quindi i derivati idrogenati delle isocumarine:
O O
Nucleo diidroisocumarinico
Cumarine semplici
Dalle parti aeree delle specie S. divaricata Turcz. e S. pseudodivaricata Lipsch. è stata isolata la scopoletina (Tsevegsuren et al., 2007):
O HO
MeO
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Diidroisocumarine
Questa classe di composti è stata ottenuta e identificata nel corso di un’indagine fitochimica condotta nel 2007 da Sari et al. sulla specie endemica del territorio turco S. tomentosa L., dai cui estratti polari delle parti aeree sono state isolate due diidroisocumarine note e due nuove (Sari et al., 2007):
O O OH ΟΗ idrangenolo O O OH Ο O ΟΗ ΟΗ ΟΗ ΟΗ idrangenolo-4’-O-β-glucoside
22 O O OMe ΟΗ scorzotomentosin O O OMe Ο O ΟΗ ΟΗ ΟΗ ΟΗ (-)scorzotomentosin 4’-O-β-glucoside
Ftalidi
Dallo stesso studio appena citato, gli autori hanno ottenuto tre composti appartenenti alla classe delle ftalidi, di cui due noti, già isolati dal genere
Hydrangea (Sari et al., 2007):
O O ΟΗ ΗΟ ΟΗ (±)-hydramacrophyllol A
23 O O ΟΗ ΗΟ ΟΗ (±)-hydramacrophyllol B
e uno nuovo denominato (±)-scorzoftalide:
O
O OMe
ΗΟ
ΟΗ
Derivati degli acidi fenolici o acidi fenolici sostituiti
Dalle parti aeree della specie mongolica S. divaricata Turcz sono stati isolati due noti derivati semplici dell’acido chinico, l’acido clorogenico e l’acido 3,5-dicaffeoil chinico e due nuovi composti fenolici costituiti da un’unità di acido chinico, caratterizzata dalla presenza di sostituenti rappresentati da un gruppo feruloilico e di due gruppi diidrocaffeoilici; per tali due nuove molecole sono stati proposti i nomi di acidi feruloilpodospermici A e B (Tsevegsuren et al., 2007):
24 O HO OH O OH OH HO OH O acido clorogenico
acido 3,5- dicaffeoil chinico
O HO OH O O OH O OH OH HO OH O
25 O HO O O HO HO O O OH OMe OH O O OH OH acido feruloilpodospermico A O HO O O HO HO OH O O OH OMe O O HO OH acido feruloilpodospermico B
Oltre alla caratterizzazione di tali composti, gli autori di questo studio ne hanno testato anche l’attività antiossidante attraverso il test del DPPH, ottenendo risultati positivi in quanto gli acidi feruloilpodospermici A e B hanno dimostrato
26 essere antiossidanti maggiormente attivi rispetto al composto di riferimento acido clorogenico.
Dalle parti aeree di un’altra specie mongolica, S. pseudodivaricata Lipsch. gli stessi autori hanno isolato un nuovo composto fenolico che è stato nominato
acido scorzonerico: O HO HO O O OH O OH O HO O OH
Derivati stilbenici
Gli stilbenoidi sono un gruppo di composti fenolici C6-C2-C6, che si originano da un intermedio comune avente gli stessi 14 atomi di carbonio, il quale prende origine, come per i flavonoidi, dalla condensazione di un precursore derivato dell’acido p-coumarico C6-C3 con tre molecole di malonil CoA e con la perdita di un atomo di carbonio. Agli stilbenoidi appartengono gli stilbeni e i fenantreni, insieme ai loro diidroderivati.
Un derivato stilbenico è stato isolato dal genere Scorzonera, in particolare dalla specie S. tomentosa L., nel corso del medesimo studio condotto da Sari et al. nel 2007 in cui erano state isolate anche le due nuove diidroisocumarine. Dagli estratti polari delle parti aeree della specie studiata è stato isolato questo nuovo derivato stilbenico, denominato scorzoerzincanin (Sari et al., 2007):
27 COOH OH OMe R1 R2 R4 R3 O
Nel genere Scorzonera sono stati individuati anche i diidroderivati degli stilbeni, i quali sono stati isolati dalle parti aeree della specie mongolica S. radiata Fisch. grazie ad un’indagine fitochimica del 2008 che ha visto la collaborazione di centri di ricerca universitari di diversi paesi quali Germania, Regno Unito, Mongolia e Cina (Wang et al., 2009). I nuovi composti identificati sono 5 diidrostilbeni, denominati scorzodiidrostilbeni A-E:
A R1=OH B R1 =OH C R1=OH R3=OCH3, R4=OH R3=OCH3, R4=OCH3 R3=H, R4 =OH R2= O HO HO OH OH O D R1= O HO HO OH OH
28 O OH OH HO HO O E O HO HO OH OH O O OH O OH O HO O OH
Gli stessi autori hanno testato l’attività antiossidante di tali composti attraverso il test del DPPH, constatando un’attività marcata e più forte rispetto al reservatrolo, composto naturale appartenente alla classe degli stilbeni, dalla nota attività antiossidante.
Lignani
Per quanto riguarda la classe dei lignani, dal genere Scorzonera è stato ottenuto un lignano dagli estratti polari delle parti aeree di S. humilis L. (Zidorn et al., 2000), composto già precedentemente isolato da altri generi (Stauntonia,
29 O HO OH O HO O O H HO OCH3 OH OCH3 HO pinoresinolo-1-yl β-D-glucopiranoside
Questo composto appartiene alla classe dei lignani, prodotti naturali caratterizzati dall’unione di due unità C6-C3 e nello specifico può essere classificato nella sottoclasse dei 2,6-diaril-3,7-diossabiciclo[3.3.o]-ottani.
Flavonoidi
O
A C
B
O
I flavonoidi sono una classe di metaboliti secondari molto diffusi nel regno vegetale, di norma sotto forma di glicosidi. Dal punto di vista strutturale sono caratterizzati da un’unità di base rappresentata da uno scheletro a 15 atomi di carbonio del flavano (γ-benzopirone), costituito da due anelli benzenici (A e B) tenuti insieme da una catena di 3 atomi di carbonio facente parte del sistema eterociclico del pirano (anello C):
30 In base allo stato di ossidazione degli atomi di carbonio 2, 3 e 4 dell’anello piranico possono essere suddivisi in 12 sottoclassi: flavoni, flavanoni, flavonoli, diidroflavonoli, catechine, leucoantocianidine, antocianidine, isoflavoni, isoflavanoni, calconi, diidrocalconi e auroni.
Precedenti studi sul genere Scorzonera hanno portato alla separazione e identificazione dei seguenti flavonoidi:
apigenina O O HO OH OH luteolina O O HO OH OH OH quercetina O O HO OH OH OH OH quercetina-3-(6’’-caffeoil)-galattoside O O HO OH OH OH O HO O OH OH O OH OH O
31 ottenuti da S. columnae L. (Menichini et al., 1994).
luteolin 3’-(6-E-p-coumaroil-β-D-glucopiranoside)
O O HO OH OH O O OH OH OH O O OH
ottenuto da estratti polari di S. austriaca Willd. (Jiang et al., 2007)
• apigenina • isovitexina-4’-O-glucoside O OH HO O HO O O OH OH HO HO
32 • O O OH HO Orutinoside OH kaempferolo-3-O-rutinoside
ottenuti da estratti polari delle parti aeree di S. divaricata Turcz. (Tsevegsuren et
al., 2007) • • luteolina O OH HO O O HO HO H O OH O HO HO OH OH isovitexina-2’’-O-xiloside • O O GlcO OH OH OH luteolina-7-glucoside
33 • O O HO OGlc OH OH luteolina-5-glucoside
ottenuti da estratti polari delle parti aeree di S. pseudodivaricata Lipsch. (Tsevegsuren et al., 2007).
Derivati bibenzilici
O OH
Dagli estratti polari della specie tirolese S. humilis L. sono stati isolati 6 composti appartenenti ad una nuova classe di composti naturali, caratterizzati da una struttura in cui un’unità benzilica o benzofuranica è legata ad una porzione feniletilica:
Lo studio, articolato in più fasi, è stato condotto presso l’Università di Innsbruck da Zidorn et al. dal 2000 al 2003, ed ha portato all’isolamento e
34 O R' O A R=R'=H B R=H, R'=OH OR O HO OH OH OH O
caratterizzazione di 6 nuovi composti denominati, in affinità alla loro struttura e all’origine della specie da cui sono stati ottenuti, tirolobibenzili A-F (Zidorn et
al., 2000; Zidorn et al., 2002; Zidorn et al., 2003):
OH O O O HO OH HO HO OH C
35 O O O OH O O HO OH OH OH OH O CH2OH D OH O O HO OH HO HO O O O HO OH OH OH E O O OH O HO OH OH OH O O O OH HO HO OH F
36 Nel corso dello studio, gli stessi autori hanno eseguito studi di attività biologica dei composti ottenuti, sulla base di dati scientifici che riportano una correlazione tra la struttura di composti bibenzilici e un’attività antibatterica, antifungina e citotossica. I saggi biologici hanno dimostrato assenza di citotossicità contro cellule P388, nessuna attività antibatterica contro Bacillus subtilis, né attività antifungina contro Candida albicans e Trichophyton mentagrophytes, né attività antiossidante nel test del DPPH.
Oli essenziali
Attraverso analisi GC-MS sono stati analizzati i componenti volatili di due specie del genere Scorzonera. In particolare dallo studio su S. hispanica L. (Glesni et al., 1991) sono stati identificati 114 componenti volatili mentre 43 sono stati solo parzialmente caratterizzati; le due classi maggiormente abbondanti sono risultate essere quelle degli acidi alifatici (8) e idrocarburi alifatici (32), e nello specifico il componente singolo più rappresentato è stato l’acido esadecanoico. Il 20.7% dei composti identificati sono risultati derivati terpenici, soprattutto sesquiterpeni (20.3%).
Lo stesso tipo di analisi sui componenti volatili è stata condotta sulla specie S.
undulata Vahl. subsp. deliciosa (Guss.) Maire (Boussaada et al., 2008), dalle
cui parti aeree distillate in corrente di vapore e analizzate con GC-MS sono stati identificati 36 componenti dell’olio essenziale ottenuto, di cui i principali costituenti sono risultati essere il metil esadecanoato (30.4%), il metil linoleato (23.9%) e l’eneicosano (12.2%). Gli stessi autori hanno esaminato l’attività antimicrobica dell’olio essenziale in esame, riscontrando una buona attività contro batteri Gram-positivi e Gram-negativi ad eccezione dello Pseudomonas
