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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS CARRERA DE QUÍMICA Caracterización espectrofotométrica de compuestos fluorescentes presentes en el extracto etanólico de Catharanthus roseus Trabajo de titulación modalidad proyecto de investigación para la obtención del Título de Químico AUTOR: Liliana Elizabeth Taco Once TUTORA: Martha Azucena Suárez Heredia, PhD Quito, 2019

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

CARRERA DE QUÍMICA

Caracterización espectrofotométrica de compuestos fluorescentes presentes en el

extracto etanólico de Catharanthus roseus

Trabajo de titulación modalidad proyecto de investigación para la obtención del

Título de Químico

AUTOR: Liliana Elizabeth Taco Once

TUTORA: Martha Azucena Suárez Heredia, PhD

Quito, 2019

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

DERECHOS DE AUTOR

Yo, Liliana Elizabeth Taco Once. en calidad de autor y titular de los derechos morales y

patrimoniales del trabajo de titulación: “Caracterización espectrofotométrica de compuestos

fluorescentes presentes en el extracto etanólico de Catharanthus roseus”, modalidad

proyecto de investigación, de conformidad con el Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE

LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E

INNOVACIÓN, concedo a favor de la Universidad Central del Ecuador una licencia gratuita,

intransferible y exclusiva para el uso no comercial de la obra, con fines estrictamente

académicos. Conservo a mi favor todos los derechos de autor sobre la obra, establecidos en

la normativa citada.

Así mismo autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalización y

publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de conformidad a lo

dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.

El autor declara que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma de

expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad por

cualquier reclamación que pudiera presentarse por esta causa y liberando a la Universidad de

toda responsabilidad.

Liliana Elizabeth Taco Once

CC. 1724428972

[email protected]

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

CONSTANCIA DE APROBACIÓN DEL TUTOR

Yo, Martha Azucena Suárez Heredia, en calidad de tutor del trabajo de investigación

titulado: “Caracterización espectrofotométrica de compuestos fluorescentes presentes

en el extracto etanólico de Catharanthus roseus” elaborado por el estudiante Liliana

Elizabeth Taco Once con C.I. 1724428972 de la Carrera de Química, Facultad de Ciencias

Químicas de la Universidad Central del Ecuador, considero que el mismo reúne los requisitos

y méritos necesarios en el campo metodológico y en el campo epistemológico, por lo que lo

APRUEBO, a fin de que sea sometido a la evaluación por parte del tribunal calificador que

se designe.

En la ciudad de Quito, a los 15 días del mes de agosto del 2019

Dra. Martha Azucena Suarez Heredia, PhD

CC: 1707242838

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

CONSTANCIA DE APROBACIÓN DEL TRABAJO FINAL POR EL TRIBUNAL

El tribunal constituido por: PhD. Martha Azucena Suárez Heredia, PhD. Dra. Susana

López, Dr. Iván Tapia. luego de revisar el trabajo de investigación titulado “Caracterización

espectrofotométrica de compuestos fluorescentes presentes en el extracto etanólico de

Catharanthus roseus”, previo a la obtención del título (o grado académico) de Químico

presentado por la Señorita Liliana Elizabeth Taco Once APRUEBA el trabajo presentado.

Para constancia de lo actuado firman

Dra. Susana López. Dr. Iván Tapia

Cl. 1704814373 CC: 1708468358

Dra. Martha Azucena Suarez Heredia, PhD

CC: 1707242838

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

CARRERA DE QUÍMICA

LUGAR DONDE SE REALIZÓ LA INVESTIGACIÓN

La presente investigación que tiene como título “Caracterización espectrofotométrica

de compuestos fluorescentes presentes en el extracto etanólico de Catharanthus roseus”,

se ejecutó en el Laboratorio de Productos Naturales de la Facultad de Ciencias Químicas de

la Universidad Central del Ecuador en el marco del proyecto “Estudio de colorantes naturales

y desarrollo de formas estables con aplicación en la industria alimenticia y cosmética”.

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vi

DEDICATORIA

A mi hijo Daian, que me ha brindado amor y ternura desde que nació y me ha dado la

fuerza para seguir adelante. A mi mamá Rosa por su apoyo incondicional desde el inicio de

mis estudios. Por los valores que me ha inculcado desde pequeña es por eso que ahora estoy

aquí. Su inmenso amor aun en los momentos más difíciles. A mi papá Luis, que me ha

apoyado en todo momento.

El comienzo es la parte más importante del recorrido.

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AGRADECIMIENTOS

A mis padres por haberme brindado el apoyo incondicional, por los valores inculcados y

su apoyo para seguir adelante. No me alcanzaría la vida para agradecerles, por ustedes es que

ahora me estoy culminando mi Carrera.

A mis hermanos Christian, a pesar de que ya no estés con nosotros el tiempo que pasamos

juntos fuiste mi apoyo, siempre compartimos el sueño de ser unos profesionales. A mi

hermana Melany por tu cariño incondicional de cada día.

A mi tío, Gonzalo por el gran apoyo que me ha brindado desde niña en mis estudios, sus

consejos siempre han sido de gran ayuda.

A mi tutora, Dra. Martha Suárez por transmitir el amor que le tiene a la Carrera enseñando

sus valiosos conocimientos de una manera extraordinaria. Un enorme agradecimiento por su

tiempo, paciencia y comprensión demostrada durante todo el desarrollo de esta investigación.

Al Carlos Vásquez, analista de laboratorio de Investigación e Innovación del Instituto

Nacional de Patrimonio Cultural, INPC; por su tiempo al compartir sus conocimientos que

me ayudaron enormemente en el desarrollo de esta investigación, de igual manera a la

paciencia para la enseñanza del manejo de los equipos del Instituto.

Al Dr. Christian Alcívar por compartir su tiempo y conocimiento cada vez lo necesitaba

aportado indirectamente al desarrollo de esta investigación.

A la Dra. Susana López, al Dr. Iván Tapia por no restringir su tiempo y conocimiento para

la culminación de esta investigación.

A mis amigos Marlon, Mika, Gaby, Adry y David con quienes compartí experiencias

inolvidables durante toda nuestra vida universitaria, por las ocurrencias que hicieron más

alegre el paso por la Universidad. Por sus consejos y ayuda. Espero seguir compartiendo más

con ustedes.

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Índice General

DERECHOS DE AUTOR ........................................................................................... ii

CONSTANCIA DE APROBACIÓN DEL TUTOR................................................. iii

DEDICATORIA .......................................................................................................... vi

AGRADECIMIENTOS ............................................................................................. vii

Lista de tablas ............................................................................................................... x

Lista de Figuras .......................................................................................................... xii

Definición de términos ............................................................................................... xv

Resumen ..................................................................................................................... xvi

Abstract ..................................................................................................................... xvii

Introducción.................................................................................................................. 1

Capítulo I ...................................................................................................................... 2

El Problema .................................................................................................................. 2

Planteamiento del problema ....................................................................................... 2

Formulación del Problema ......................................................................................... 3

Preguntas de investigación ......................................................................................... 3

Objetivos de investigación ......................................................................................... 3

Capítulo II ..................................................................................................................... 5

Marco Teórico .............................................................................................................. 5

Antecedentes............................................................................................................... 5

Fundamento teórico .................................................................................................... 6

Marco metodológico ................................................................................................. 12

Parámetros cromatográficos ..................................................................................... 14

Reveladores más comunes para cromatografía en capa fina .................................... 16

Espectroscopia ultra violeta – visible ....................................................................... 16

Espectroscopia Infrarroja. ......................................................................................... 16

Marco Legal.............................................................................................................. 17

Hipótesis ................................................................................................................... 18

Sistema de Variables ................................................................................................ 18

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ix

Capítulo III ................................................................................................................. 19

Marco metodológico ................................................................................................... 19

Diseño de la investigación ........................................................................................ 19

Población y muestra ................................................................................................. 19

Diseño experimental ................................................................................................. 25

Operacionalización de variables ............................................................................... 26

Técnicas e instrumentos de recolección de datos ..................................................... 27

Capitulo IV ................................................................................................................. 29

Análisis y discusiones de resultados ............................................................................. 29

Preparación de la muestra ......................................................................................... 30

Autofluorescencia de la muestra de Catharanthus roseus ....................................... 31

Preparación del extracto etanólico............................................................................ 31

Separación y caracterización de compuestos fluorescentes ..................................... 32

Separación por Cromatografía de Capa Fina de Alta Resolución (HPTLC) ............ 33

Corrido Cromatográfico ........................................................................................... 34

Segunda extracción de compuestos fluorescentes mediante TLC preparativa ......... 39

Caracterización de los compuestos fluorescentes separados. ................................... 44

Determinación de la temperatura de degradación de los compuestos fluorescentes 48

Análisis espectroscópico .......................................................................................... 50

Diseño Experimental ................................................................................................ 55

Capítulo V ....................................................................................................................... 58

Conclusiones y Recomendaciones ................................................................................. 58

Conclusiones............................................................................................................. 58

Recomendaciones. .................................................................................................... 59

Anexo A Árbol de problemas .................................................................................... 66

Anexo B. Categorización de variables ...................................................................... 67

Anexo C. Equipos, materiales ................................................................................... 68

Anexo D. Reactivos ..................................................................................................... 70

Anexo E Placas desarrolladas a 366 nm, con sus respetivas replicas ................... 71

Anexo F Compuestos fluorescentes obtenidos. ........................................................ 72

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x

Lista de tablas

Tabla 1 Ventajas y desventajas de métodos de extracción. ............................................. 12

Tabla 2 Adsorbentes y disolventes más comunes en cromatografía. Orden de elución,

actividad de adsorbentes y fuerza de elución de los disolventes. ......................................... 15

Tabla 3 Bandas de absorción correspondientes de grupos orgánicos. ............................. 17

Tabla 4 Determinación de la fase móvil. ......................................................................... 21

Tabla 5 Condiciones experimentales del desarrollo cromatográfico por HPTLC ........... 21

Tabla 6 Condiciones experimentales del desarrollo cromatográfico por HPTLC ........... 22

Tabla 7 Condiciones de desarrollo del módulo ADC-2. .................................................. 23

Tabla 8 Condiciones para el desarrollo del calorímetro diferencial de barrido DSC ...... 25

Tabla 9 Codificación de los factores y niveles de estudio ............................................... 26

Tabla 10 Matriz Estándar de Experimentos ..................................................................... 26

Tabla 11 Operacionalización de Variables ...................................................................... 27

Tabla 12 Algoritmo de Yates ........................................................................................... 27

Tabla 13 Determinación de humedad total en muestra frasca de Catharanthus roseus. .. 30

Tabla 14 Determinación de humedad relativa en muestra seca de Catharanthus roseus. 31

Tabla 15 Determinación del rendimiento de extracto total obtenido por percolación. .... 32

Tabla 16 Factores de operación ....................................................................................... 33

Tabla 17. Matriz de experimentos aleatorizada original .................................................. 34

Tabla 18. Matriz de experimentos aleatorizada de la replica........................................... 35

Tabla 19 Valores de Rf, altura y porcentaje de los compuestos fluorescentes ................ 42

Tabla 20 Valores de Rf, altura y porcentaje de los compuestos fluorescentes ................ 42

Tabla 21. Masas obtenidas de los tres compuestos separados. ........................................ 44

Tabla 22 Propiedades fiscas y químicas .......................................................................... 45

Tabla 23 Señales de la espectrofotometría FT-IR de los grupos funcionales presentes en

los compuestos fluorescentes separados. .............................................................................. 50

Tabla 24 Transiciones teóricas ........................................................................................ 54

Tabla 25 Efectos calculados sobre el número de manchas fluorescentes mediante el

Algoritmo de Yates. .............................................................................................................. 55

Tabla 26 Determinación de desviación estándar de los efectos ....................................... 56

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xi

Tabla 27 Significancia estadística de los efectos Pr, S y su interacción .......................... 56

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xii

Lista de Figuras

Figura 1 Fenómeno de la Fluorescencia. Modificado: (Monteleone, 2017) ...................... 7

Figura 2 Fenómeno de Stokes Shift (Lozano et al., 2014) ................................................ 7

Figura 3. Hoja de Catharanthus roseus a 366 nm (Yamamoto et al., 2016) ...................... 9

Figura 4 Estructuras moleculares de compuestos fluorescentes sintéticos. ..................... 10

Figura 5 Compuestos fluorescentes naturales a) clorofila a, b) lignina, c) Flavonoides, d)

Alcaloides ............................................................................................................................. 11

Figura 6 Espectro de absorción de la molécula. Modificado. (Benito, 2010) ................. 16

Figura 7 Compuestos fluorescentes presentes en Catharanthus roseus.(Osorio, 2017) . 29

Figura 8 Impregnación de las fracciones fluorescentes en vidrio y en papel filtro

cualitativo. (Hurtado, 2018).................................................................................................. 29

Figura 9 Placa cromatográfica de fracciones fluorescentes vista a 366 nm. (Hurtado, 2018)

.............................................................................................................................................. 29

Figura 10 A. Muestra de Catharanthus roseus vista en el microscopio electrónico a 10 X.

B. Muestra de Catharanthus roseus vista en el microscopio electrónico 10 X adaptado una

lámpara UV de 366 nm. ........................................................................................................ 31

Figura 11 Placa cromatografía a 366nm obtenida mediante TLC preparativa. F1: fracción

fluorescente para el estudio de la caracterización. ............................................................... 33

Figura 12 Placas cromatográficas de las 4 experimentaciones desarrolladas a 366nm. . 35

Figura 13 Placas cromatográficas a 366nm, modificadas con spot amplification ........... 36

Figura 14 Replica de las placas cromatográficas a 366nm, modificadas con spot

amplification. ........................................................................................................................ 37

Figura 15 Pacas cromatográficas vistas a 366 nm modificado el pH. ............................. 38

Figura 16 Cromatograma de la placa documentada a 366 ............................................... 38

Figura 17 A. Placa de la fracción F1 a 366nm obtenida mediante TLC preparativa; B.

Placa de la fracción F1 a 366nm obtenida mediante TLC preparativa con modificadas con

spot amplification ................................................................................................................. 39

Figura 18 Comparación entre las placas cromatográficas desarrolladas en HPTLC y TLC

preparativa ............................................................................................................................ 40

Figura 19 Placas cromatográficas de las fracciones F2 Y F3 desarrolladas a 366 nm .... 41

Figura 20 Cromatograma de la placa de la fracción F2 a 366nm .................................... 41

Figura 21 Cromatograma de la placa de la fracción F3 a 366nm .................................... 42

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xiii

Figura 22 Comparación entre las placas cromatográficas desarrolladas en HPTLC y TLC

preparativa ............................................................................................................................ 43

Figura 23 Comparación entre las placas cromatográficas desarrolladas en HPTLC y TLC

preparativa ............................................................................................................................ 44

Figura 24 Reacción de Baljet ........................................................................................... 45

Figura 25 Reacción de Keller Killani de los compuestos C3F2, C2F3 .............................. 46

Figura 26 Reacción de Dragendorff de los compuestos C2F2, C3F2, C2F3 ....................... 46

Figura 27 Placa cromatográfica de los compuestos C3F2, C2F3, C2F2 revelada a una

longitud de onda de 366nm. ................................................................................................. 47

Figura 28 Placa cromatográfica de los compuestos C3F2, C2F3, C2F2 revelada con p-

anisaldehído y NP. ................................................................................................................ 47

Figura 29 Termograma del compuesto C3F2, a 10°C/min ............................................... 48

Figura 30 Termograma del compuesto C2F2, a 10°C/min ............................................... 49

Figura 31 Termograma del compuesto C2F3, a 10°C/min ............................................... 49

Figura 32 Espectro FT-IR del compuesto fluorescente C2F2 ......................................... 51

Figura 33 Espectro FT-IR del compuesto fluorescente C2F3 ........................................... 51

Figura 34 Espectro FT-IR del compuesto fluorescente C3F2 ........................................... 52

Figura 35 Espectro Ultravioleta del compuesto fluorescente C2F2 .................................. 52

Figura 36 Espectro Ultravioleta del compuesto fluorescente C2F3 .................................. 53

Figura 37 Espectro Ultravioleta del compuesto fluorescente C3F2 .................................. 53

Figura 38 Estructura de alcaloides lactónicos .................................................................. 54

Figura 39 Interacción de los efectos principales .............................................................. 57

Figura 40 Placas desarrolladas a 366 nm del tratamiento Pr = 20 min. S= sin pad ......... 71

Figura 41 Placas desarrolladas a 366 nm del tratamiento Pr = 10 min. S= sin pad ......... 71

Figura 42 Placas desarrolladas a 366 nm del tratamiento Pr = 10 min. S= con pad ........ 71

Figura 43 Placas desarrolladas a 366 nm del tratamiento Pr = 20 min. S= con pad ........ 72

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xiv

Anexos

Anexo A Árbol de problemas .......................................................................................... 66

Anexo B. Categorización de variables ............................................................................. 67

Anexo C. Hoja de recolección de Datos .......................................................................... 68

Anexo D. Equipos, materiales ......................................................................................... 69

Anexo E. Reactivos .......................................................................................................... 70

Anexo F Placas desarrolladas a 366 nm, con sus respetivas replicas ............................. 71

Anexo G Compuestos fluorescentes obtenidos. .............................................................. 72

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xv

Definición de términos

AcOEt Acetato de etilo.

C2F2 Compuesto dos de la fracción dos.

C2F3 Compuesto dos de la fracción tres

C3F2 Compuesto tres de la fracción dos.

Cy5.5 Cyanine-5.5.

F1 Fracción 1.

F2 Fracción 2.

F3 Fracción 3.

HPTLC Siglas en inglés para Cromatografía e capa fina de alta resolución.

NADH Dinucleótido de nicotinamida adenina.

NP Ácido difenilborico aminoetil éster.

Pad Saturación de la cámara cromatográfica con papel.

PF Punto de fusión.

Pr Preacondicionamiento de la placa cromatográfica.

S Saturación de la cámara cromatográfica.

S0 Singulete basal.

S1 Primer estado excitado singulete (S1).

S2 Segundo estado excitado singulete S2.

UV Luz ultravioleta.

𝜆 Distancia entre dos vientres o dos valles de una onda, expresada en nm.

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xvi

TÍTULO: Caracterización espectrofotométrica de compuestos fluorescentes presentes en

el extracto etanólico de Catharanthus roseus

Autor: Liliana Elizabeth Taco Once

Tutor: Suárez Heredia Martha

RESUMEN

Los compuestos fluorescentes tienen importantes aplicaciones en la industria y en el

campo de la medicina. Catharanthus roseus, es una especie vegetal en la cual se han

identificado este tipo de compuestos. Los compuestos fueron separados por cromatografía de

capa fina de alta resolución, HPTLC. Utilizando un diseño experimental 22 con réplica del

diseño completo al 95% de confianza, se analizó el efecto del preacondicionamiento de la

placa (Pr) y la saturación de la cámara cromatográfica (S), sobre el número de compuestos

separados. Los resultados del análisis estadístico mostraron que se obtuvo mayor número de

compuestos fluorescentes utilizando un preacondicionamiento de 10 min y sin utilizar pad

en la saturación de la cámara. Se estableció que el preacondicionamiento de la placa y la

saturación de la cámara individualmente no son estadísticamente significativos en el número

de compuestos separados, pero sí afecta su interacción. Se observó mediante microscopia

electrónica con un haz de luz UV que la especie Catharanthus roseus tiene autofluorescencia

azul-rojiza. Se separaron tres compuestos fluorescentes azules los cuales se aislaron mediante

cromatografía de placa preparativa obteniéndose 8,2 mg de C2F2 con un rango de fusión de

125,5 °C y 128,5°C; 10,5 mg de C3F2 con un punto de fusión de 271,8 °C y 10,6 mg de C2F3

con un PF de 29,33 °C y un proceso exotérmico a 250,0 °C correspondiente a la degradación

del compuesto. Mediante las reacciones de Baljet y Dragendorff se definió que los

compuestos separados tienen un grupo lactónico en su estructura y son alcaloides, lo que fue

confirmado mediante Espectroscopia Infrarroja, pues en los tres compuestos se observan

picos de absorción de grupos enlaces C=O que corresponde al grupo lactónico, OH grupos

hidroxilo, CH alquilos, C=N heterociclo aromático, C=C compuestos aromáticos. En la

espectroscopia ultravioleta se obtuvo bandas de absorción máximas de 241,0 nm, 239,0 nm

y 242,0 nm de los compuestos C2F2, C3F2, C2F3 respectivamente, que según la bibliografía

estudiada se permite concluir que los compuestos separados podrían pertenecer al grupo de

alcaloides lactónicos.

PALABRAS CLAVES: COMPUESTOS FLUORESCENTES, CATHARANTHUS

ROSEUS, ESPECTROSCOPIA ULTRAVIOLETA, ESPECTROSCOPIA INFRARROJA,

ALCALOIDES LACTÓNICOS.

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xvii

TITLE: Spectrophotometric characterization of fluorescent compounds present in the

ethanolic extract of Catharanthus roseus

Autor: Liliana Elizabeth Taco Once

Tutor: Suárez Heredia Martha

ABSTRACT

Fluorescent compounds have important applications in industry and in the medical field.

Catharanthus roseus, is a plant species in which these types of compounds have been

identified. The compounds were separated by high resolution thin layer chromatography,

HPTLC. Using an experimental design 22 with a replica of the complete design at 95%

confidence, the effect of preconditioning of the plate (Pr) and the saturation of the

chromatographic camera (S) on the number of separate compounds was analyzed. The results

of the statistical analysis showed that a greater number of fluorescent compounds were

obtained using a preconditioning of 10 min and without using a pad in the saturation of the

chamber. It was established that the preconditioning of the plate and the saturation of the

chamber individually are not statistically significant in the number of separate compounds,

but it does affect their interaction. It was observed by electron microscopy with a UV beam

that the Catharanthus roseus species has blue-reddish autofluorescence. Three blue

fluorescent compounds were separated which were isolated by preparative plate

chromatography to obtain 8.2 mg of C2F2 with a melting range of 125.5 ° C and 128.5 ° C;

10.5 mg of C3F2 with a melting point of 271.8 ° C and 10.6 mg of C2F3 with a PF of 29.33

° C and an exothermic process at 250.0 ° C corresponding to the degradation of the

compound. Through the reactions of Baljet and Dragendorff it was defined that the separated

compounds have a lactonic group in their structure and are alkaloids, which was confirmed

by Infrared Spectroscopy, since in the three compounds, absorption peaks of corresponding

C = O link groups are observed to the lactonic group, OH hydroxyl groups, CH alkyls, C =

N aromatic heterocycle, C = C aromatic compounds. In ultraviolet spectroscopy, maximum

absorption bands of 241.0 nm, 239.0 nm and 242.0 nm of the compounds C2F2, C3F2, C2F3

respectively were obtained, which according to the literature studied allow to conclude that

the separated compounds could belong to the group of lactonic alkaloids.

KEYWORDS: FLUORESCENT COMPOUNDS, CATHARANTHUS ROSEUS,

ULTRAVIOLET SPECTROSCOPY, INFRARED SPECTROSCOPY, LACTONIC

ALKALOIDS.

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1

Introducción

La fluorescencia de una molécula, se debe a la presencia de compuestos llamados

fluoróforos. Se dividen en dos grupos: intrínsecos y extrínsecos. Los intrínsecos se hallan de

manera natural, por ejemplo: los aminoácidos aromáticos, NADH, flavinas, derivados de

piridoxal y clorofilas. Los extrínsecos son fluoróforos que se agregan a una muestra para

emitir fluorescencia por ejemplo la fluoresceína, la rodamina.(Martinez & Moctezuma,

2006).

Existen compuestos fluorescentes de origen vegetal, compuestos que no han sido

caracterizados, ejemplos de ellos se encuentran en Catharanthus roseus que es una especie

nativa de Madagascar, ampliamente cultivada en los trópicos y asilvestrada en varios países,

en el Ecuador crece espontáneamente en senderos, jardines etc.(Naunann, Mereles, &

Ezcurra, 2010).

A partir de la caracterización de compuestos fluorescentes, se conocen sus propiedades

físicas y químicas, asimismo a nivel espectrofotométrico pueden definir sus grupos

funcionales, estabilidad y existe la posibilidad de una dilucidación estructural. La

identificación y caracterización de compuestos fluorescentes naturales es importante por sus

potenciales aplicaciones, ya que la mayoría de los utilizados actualmente son sintéticos y

presentan toxicidad. La determinación estructural, que inicia con la caracterización de estos

compuestos daría la posibilidad de reemplazar aquellos que provienen de síntesis.

La presente investigación se distribuyó en cuatro capítulos detallados a continuación:

El capítulo I; describe el planteamiento y formulación del problema, en donde se busca

conceptualizar y limitar el tema que será presentado, además se planteó preguntas directrices

necesarias para diferenciar los objetivos de la investigación, y justificar el problema.

El capítulo II, detalla los antecedentes del estudio, que se ha desarrollado sobre el tema de

investigación el mismo que servirán para su ejecución. Además, incluye el fundamento

teórico, que sustentan el trabajo de investigación. También se conceptualizan las variables y

se plantea las posibles respuestas al problema.

El Capítulo III corresponde al marco metodológico que muestra el diseño experimental,

variables y consideraciones estadísticas para el análisis de datos provenientes de la ejecución

de la parte experimental.

El Capítulo IV, corresponde al marco administrativo que proyecta los recursos necesarios,

una aproximación del costo del desarrollo de la investigación y el cronograma de actividades

a ser ejecutado.

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2

Capítulo I

El Problema

Planteamiento del problema

Los compuestos fluorescentes tienen un gran valor a nivel industrial, pero la mayoría de

ellos son sintéticos a pesar de su diversidad química limitada y características biológicas

indeseables. (Duval & Duplais, 2017). Estos compuestos son tóxicos por lo que provocan

alteraciones en el organismo del ser humano, por ejemplo: el verde de indocianina aprobado

por la FDA (Food and Drug Administration) desde 1956, hace referencia que con 0,1 mL del

mismo con concentración de 2,5 mg/mL, causa la pérdida de visión después de 10 min de

endoiluminación, según estudios realizados en animales; adicionalmente se ha determinado

que lesiona las fibras nerviosas de la cabeza del nervio óptico del ser humano. (Choyke et

al., 2009). La fluoresceína otro compuesto sintético genera el decrecimiento de las neuronas

a una concentración de 0,2 mg/mL, también se ha registrado que cuando se utiliza en

angiografías en mujeres embarazadas causa baja de peso en el bebé. Otro compuesto toxico

es la rodamina 6G que no está aprobado por la FDA debido a que provoca mutagenicidad y

toxicidad en células, tejidos y organismos vivos.(Choyke et al., 2009).

Existen compuestos fluorescentes presentes en especies vegetales y animales que

muestran mayor grado de diversidad estructural, tanto física como química, así como

actividades farmacológicas diversas, a pesar de esto las investigaciones permanecen

limitadas. (Duval & Duplais, 2017).

Catharanthus roseus, es una especie vegetal que tiene demanda en países como Estados

Unidos y Reino Unido por los alcaloides que posee, se adquieren cada año 10 toneladas de

hojas y Alemania muestra interés por las raíces.(Acosta & Rodríguez, 2002). La especie

posee una autofluorescencia azul o amarilla emitida por compuestos fluorescentes presentes

en hojas y tallos (Yamamoto et al., 2016). A pesar de ello, existe poca información de estos

compuestos pues la mayoría de las investigaciones se han desarrollado en base a dos tipos de

alcaloides como son la vinblastina y vincristina, que cobran importancia por su poder

anticancerígeno.(Acosta & Rodríguez, 2002).

Además, el aislamiento de los compuestos naturales se ve restringido por los procesos

largos para su extracción. Según Tikhomiroff & Jolicoeur (2002) los compuestos

fluorescentes se deben extraer mediante sonicación de la muestra en metanol, luego el

extracto debe ser fraccionado para separar los lípidos, proteínas, pigmentos entre otros y, por

último, se realiza el aislamiento mediante TLC o HPLC, este proceso requiere de un tiempo

mayor que los de síntesis. Sin embargo, las aplicaciones de estos compuestos hacen que el

desarrollo de los mismos cobren valor.

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3

Los compuestos fluorescentes tienen alta aplicabilidad en varios campos, por ejemplo: en

la biología moderna se puede detectar estructuras biológicas mediante microscopia de

fluorescencia ya sea en tinción de células, inmonoensayos o marcando nucleótidos.(Goswami

& Ganguly, 2003). También se los usa en tintas de impresión con fines de identificación,

decorativos. Una importante aplicación es con fines de seguridad de documentos y para

detectar falsificaciones, ya que la incidencia de radiación ultravioleta se vuelve visibles a

estos compuestos.(Butterfield & Township, 1985; Seccuro, 1985).

Por todo lo expuesto anteriormente nace la necesidad de realizar la caracterización de los

compuestos fluorescentes naturales presentes en Catharanthus roseus con el fin de identificar

sus propiedades físicas, químicas, el tipo de metabolito al que corresponde y realizar una

aproximación a sus grupos funcionales. Esta investigación se enfoca en la extracción,

separación y caracterización espectrofotométrica mediante infrarrojo y ultravioleta de un

grupo de compuestos fluorescentes presentes en Catharanthus roseus.

Formulación del Problema

¿Se pueden caracterizar los compuestos fluorescentes de Catharanthus roseus separados

por cromatografía en capa fina de alta resolución HPTLC mediante métodos

espectrofotométricos?

Preguntas de investigación

¿El método cromatográfico empleado puede individualizar los compuestos de la fracción

fluorescente?

¿La derivatización de la placa cromatográfica permite la caracterización de los grupos

funcionales de los compuestos fluorescentes?

¿La espectroscopia Infrarroja y Ultravioleta caracterizan los compuestos fluorescentes

separados?

Objetivos de investigación

Objetivo general.

Caracterizar espectrofotométricamente los compuestos fluorescentes presentes en el

extracto etanólico de Catharanthus Roseus.

Objetivos Específicos.

Separar la fracción fluorescente del extracto etanólico de Catharanthus roseus mediante

TLC preparativa.

Definir un método para individualizar los componentes de la fracción fluorescente

utilizando Cromatografía en Capa Fina de Alta Resolución, HPTLC.

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Caracterizar los grupos funcionales, mediante la derivatización de placa cromatográfica,

utilizando la metodología de inmersión.

Emplear espectroscopia Infrarroja y Ultravioleta para caracterizar los compuestos

fluorescentes separados

Justificación e importancia de la Investigación

En la actualidad la mayoría de compuestos fluorescentes son sintéticos y tóxicos, a pesar

de ello son utilizados a nivel industrial o en el campo de la medicina. Existen compuestos

fluorescentes naturales como son los de la especie Catharanthus roseus los cuales no se han

estudiado a profundidad, ya que requieren procesos extensos para su aislamiento y

caracterización, pero el aislamiento de los mismos ayudaría a reemplazar los compuestos

sintéticos.

Catharanthus roseus crece abundantemente en regiones tropicales y por ser una especie

de estudio existen instructivos técnicos para su cultivo en invernaderos lo que facilita su

obtención. (Hurtado, 2018). En su composición general, presenta compuestos fenólicos,

alcaloides derivados del triptófano y la triptamina los cuales poseen fluorescencia. (Hisiger

& Jolicoeur, 2005).

La investigación busca la caracterización de los compuestos fluorescentes naturales que

posee la especie Catharanthus roseus y que pueden obtenerse a partir del extracto etanólico

desengrasado. Con este estudio, se trata de proporcionar información acerca de las

propiedades fiscas y químicas; y, realizar una aproximación a grupos funcionales, que sirva

como base para la dilucidación estructural.

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Capítulo II

Marco Teórico

Antecedentes

Los compuestos fluorescentes por sus aplicaciones han sido objeto de estudio. Se tienen

reportes tanto de investigaciones en compuestos de síntesis como en compuestos de

extracción a partir de diversas especies vegetales, se detallan a continuación los principales

estudios que sirvieron como base para esta investigación:

Fernández. A. y colaboradores (2011) realizaron un estudio de la actividad antimalárica y

citotoxicidad en extractos hidroalcóholicos de seis especies vegetales usadas en la medicina

tradicional, mediante cromatografía en capa fina se logró separar fracciones fluorescentes, la

fase estacionaria y fase móvil que se utilizaron fueron silica 60 F254 y acetato de etilo:

metanol: agua (10:1,3:1) respectivamente. Para la caracterización se usaron dos tipos de

reveladores, luz ultravioleta con λ = 254 nm , 366 nm y vainillina, con la primera se

observaron fracciones fluorescentes azules a las dos longitudes de onda establecidas y con el

segundo se observaron manchas rojizas en la placa, se concluyó que las manchas visualizadas

eran compuestos terpénicos. (Valdés, Martínez, Rodríguez, & Caballero, 2011)

Garrido, G y colaboradores (2013), determinaron fenoles y flavonoides totales de extracto

de hojas de Lampaya medicinalis F. Phil. Se realizó una cromatografía en capa fina de

extractos etanólicos, se usó fase estacionaria de gel de sílice 60 F254 y dos fases móviles la

primera de acetato de etilo: ácido fórmico: ácido acético: agua (100:11:11:26) y la segunda

n-butanol: acetato de etilo: amoníaco: agua (12:8:1:2). La caracterización se realizó con el

reactivo Natural Products , NP y se observaron manchas fluorescentes de color azul-verde

bajo una cámara UV a una λ = 366 nm, se concluyó que se trataba de ácidos fenil-

carboxilicos. Además, se presentaron manchas fluorescentes de color amarillo anaranjado

característico de los flavonoides.(Garrido, Ortiz, & Pozo, 2013)

En la Universidad Central del Ecuador se realizó una investigación de compuestos

fluorescentes en la especie Catharanthus roseus, en extractos etanólicos de esta especie, la

separación de los compuestos fue realizada mediante cromatografía en capa fina de alto

rendimiento, HPTLC; usando como fase móvil acetato de etilo: metanol (2:7) con una

polaridad 5,48, se obtuvieron 8 manchas fluorescentes de las cuales una de ellas presentó

buena impregnación en vidrio boro silicatado. Además, mediante espectroscopia ultravioleta

se obtuvo picos de absorción entre 230 - 280 nm, lo que indicó que la presencia de

compuestos aromáticos conjugados, grupos carboxílicos, ésteres. (Hurtado, 2018)

Betancourt y Trujillo fraccionaron y caracterizaron química el extracto en butanol

obtenido de la corteza interna de Tabebuia rosea (Bertol) DC. Se realizó una cromatografía

en columna utilizando fases móviles en gradiente de cloroformo, cloroformo – metanol,

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metanol y metanol – agua. Se aislaron 123 fracciones, que se reunieron según características

semejantes consiguiéndose así 11 fracciones. La caracterización se la realizó mediante

pruebas químicas, dando como resultado la presencia mayoritaria de flavonoides, terpenos y

cumarinas. De igual manera se observaron manchas fluorescentes de color azul a una λ =

366 nm. Por otro lado, mediante espectroscopía ultravioleta se obtuvo un rango de absorción

entre 304 - 350 nm de las fracciones aisladas lo que permitió concluir que son moléculas de

tipo flavonas, flavonoles. (Betancourt & Trujillo, 2013).

Fundamento teórico

Luminiscencia.

La luminiscencia es la emisión de radiación visible presentada por una sustancia como

consecuencia de la absorción de energía, sin implicar radiación térmica en la misma. Existen

dos tipos de luminiscencia, según el tiempo de duración que se da entre emisión y excitación

como son: la fluorescencia, que dura un lapso de tiempo 𝑡 ≤ 10−3𝑠 y la fosforescencia, que

tiene un tiempo de decaimiento más largo que es 𝑡 ≥ 10−3𝑠, este proceso puede continuar

durante un tiempo más largo después de remover la fuente de excitación.(Rodríguez, 2007)

La luminiscencia de cada sustancia puede ser provocada mediante diferentes formas de

excitación, como son: a) bioluminiscencia excitación de reacciones bioquímicas; b) cátodo-

luminiscencia, es la excitación de los rayos catódicos; c) quimioluminiscencia, se da en las

reacciones químicas; d) fotoluminiscencia, se da por medio de la excitación de la luz visible

o ultravioleta produciendo la fluorescencia de la molécula.(Borbón, 2010)

Fluorescencia.

La fluorescencia involucra transiciones en estados simples S1 y S2 decayendo a S0 como

muestra la figura 1, los cuales tienen electrones excitados con un spin contrario que los del

estado base pues así existe un decaimiento sin problemas de un enfrentamiento de spin.

(Alfaro, 2005).

El tiempo de vida de un estado excitado es aproximadamente de 10−9 s a 10−7 s y por

ende es el tiempo de duración de la fluorescencia. (Martinez & Moctezuma, 2006). Durante

este tiempo pueden ocurrir reacciones reversibles o no, tomando en cuenta que las reacciones

del estado excitado son diferentes a las reacciones del estado basal por su distribución

electrónica. (Martinez & Moctezuma, 2006).

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Figura 1 Fenómeno de la Fluorescencia. Modificado: (Monteleone, 2017)

Fenómeno de Stokes Shift.

El fenómeno de Stokes Shift se da cuando el fotón emitido tiene menor energía que el

fotón absorbido lo que produce que la fluorescencia se desplace a longitudes de onda más

largas como muestra la figura 2. (Fishman, 2012; Lozano, Torres, & Baeza, 2014). Este

fenómeno se mide como la diferencia entre las longitudes de onda máximas de los espectros

de excitación y emisión del fluoróforo, el tamaño depende de la estructura de la molécula y

del ambiente químico.(Fishman, 2012)

Figura 2 Fenómeno de Stokes Shift (Lozano et al., 2014)

Fluoróforos.

Las moléculas responsables de la fluorescencia son estructuras llamadas fluoróforos se

pueden dividir en dos clases: intrínsecos y extrínsecos. Los fluoróforos intrínsecos son

aquellos que ocurren naturalmente; estos incluyen los aminoácidos aromáticos, NADH,

flavinas, derivados de piridoxilo y clorofila. Los fluoróforos extrínsecos se agregan a la

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muestra para proporcionar fluorescencia cuando no existe, o para cambiar las propiedades

espectrales de la muestra. Los fluoróforos extrínsecos incluyen dansilo, fluoresceína,

rodamina y muchas otras sustancias (Lackowicz, 2006).

Factores que afectan la intensidad de la fluorescencia en los fluoróforos.

Los fluoróforos presentan en su estructura grupos funcionales aromáticos, carbonilos

alifáticos y alicíclicos, dobles enlaces conjugados todos con un alto grado de estabilidad de

resonancia y bajas energías de transición π→π∗. Por otro lado, la intensidad de la

fluorescencia se ve afectada por varios factores que son:

Efecto de la sustitución.

La sustitución de grupos funcionales cambia la longitud de onda de máxima absorción

del fluoróforo con un cambio correspondiente en la posición e intensidad de la línea de

emisión de fluorescencia.(Skoog, Holler, & Nieman, 2001)

Efecto de la temperatura y naturaleza del solvente.

El efecto de un aumento en la temperatura incrementa el número de choques moleculares,

por lo que la desactivación tiende a efectuarse a través de procesos no radioactivos y por lo

tanto se inhibe la fluorescencia. La viscosidad del solvente tiene efectos similares, a mayor

viscosidad menor número de choques moleculares y mayor intensidad de fluorescencia. La

polaridad del solvente también tiene influencia en la fluorescencia, debido al efecto

hipsocrómico y batocrómico que el solvente ejerce sobre el compuesto. (C. Gooijer, 2000)

Efecto del pH.

Debido a las diferentes formas químicas que son posibles a diferentes condiciones de pH,

la intensidad de fluorescencia también es afectada por este factor. Por ejemplo: el fenol y el

ión fenolato tienen diferentes propiedades fluorescentes, por lo que si las condiciones son de

pH básico la especie estará en el equilibrio químico en la forma del fenol y/o ion fenolato,

afectando así la intensidad de fluorescencia. Cuanto mayor sea el número de estructuras

resonantes es mayor la estabilidad del estado excitado por lo tanto la molécula tendrá

fluorescencia en el rango del ultravioleta. (Skoog et al., 2001)

Efecto del oxígeno disuelto.

Debido al paramagnetismo de la molécula de oxígeno, esta tiende a desactivar cualquier

estado activado por oxidación fotoquímica de la especie fotoluminiscente, provoca

cruzamiento intersistemas y conversiones de las moléculas excitadas al estado triplete, por lo

que es deseable que el oxígeno no se encuentre presente en solución o su concentración sea

mínima. (Skoog et al., 2001)

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Autofluorescencia de plantas.

La autofluorescencia de los tejidos vivos es un fenómeno natural que se debe a la presencia

de metabolitos endógenos y compuestos fluorescentes orgánicos e inorgánicos. En las células

vegetales, la autofluorescencia se deriva principalmente de la presencia de clorofila, lignina,

los carotenos y las xantofilas cuando se usan longitudes de onda de excitación en el rango

del azul y el ultravioleta.(Alché, Olmedilla, & Rodríguez, 2010).

En la figura 3 se muestra el fenómeno de la autofluorescencia de la especie Catharanthus

roseus hecha al tallo con un corte longitudinal. (Yamamoto et al., 2016)

Figura 3. Hoja de Catharanthus roseus a 366 nm (Yamamoto et al., 2016)

Compuestos fluorescentes sintéticos.

Gran parte de los compuestos fluorescentes sintéticos son aplicados en el campo de la

medicina y la mayoría de ellos son tóxicos. Además, cuando la síntesis añade sustituyentes a

una molécula natural se produce un cambio en la vida útil de la fluorescencia natural. (Dols,

Mansell, Dols, & Mansell, 2018). En la figura 4 se muestran varios compuestos sintéticos

tóxicos como (a) Alexa Fluor 488 con una estimación de toxicidad aguda: > 2.000 mg/kg a

nivel cutáneo e inhalación. (MERK, 2007). (b) BODIPY FL un conjugado de BODIPY-

verapamilo es tóxico para líneas celulares de carcinoma de KB humano resistentes a

múltiples fármacos en cultivo a concentraciones superiores a 10 µM (aproximadamente 7,3

µg / mL). (Choyke et al., 2009) (c) Cy5.5 es perjudicial si se ingiere y puede causar reacciones

alérgicas respiratorias y cutáneas. (d) la fluoresceína puede irritar las raíces nerviosas cuando

se inyecta por vía intratecal (dentro de la médula espinal) y afecta el sistema nervioso central.

(Choyke et al., 2009)

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Compuestos fluorescentes naturales.

Son compuestos que presentes en especies vegetales en sus hojas, tallo y raíz. Emiten

fluorescencia de varios colores en diferentes longitudes de onda. Por ejemplo, la clorofila a,

muestra su fluorescencia roja a una longitud de onda de 366 nm. La lignina, tiene

fluorescencia azul a una longitud de onda que va desde 330 nm - 385 nm.(Sampaio, Abreu,

Silveira, Silva, & Ibanez, 2016). Los alcaloides emiten fluorescencia azul a una longitud de

a) b)

c)

d)

Figura 4 Estructuras moleculares de compuestos fluorescentes sintéticos.

Modificado: (Choyke et al., 2009)

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onda de 366 nm.(Merino, 2015). Los flavonoides presentan fluorescencia anaranjada a una

longitud de onda de 365 nm. (Barrón-Yánez, del Rosario García-Mateos, Soto-Hernández,

Colinas-León, & Kite, 2011). Sus estructuras se presentan en la figura 5.

Separación de los compuestos fluorescentes naturales.

Para separar los compuestos fluorescentes se los debe extraer mediante técnicas como son

la maceración, percolación, extracción Söxleth. Se utilizan solventes con polaridad creciente

a)

b) c)

d)

Figura 5 Compuestos fluorescentes naturales a) clorofila a, b) lignina, c)

Flavonoides, d) Alcaloides

Modificado: (Barrón-Yánez et al., 2011)

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entre estos están: metanol, etanol, acetato de etilo, los cuales extraen la mayor cantidad de

metabolitos secundarios fluorescentes presentes en las especies vegetales. Cada una de las

técnicas de separación tiene sus ventajas y desventajas, en la tabla 1 se detalla las más

utilizadas.

Tabla 1 Ventajas y desventajas de métodos de extracción.

Técnica Ventajas Desventajas

Maceración

Sirven para drogas rígidas

Reducción de costos de

solvente

Lentitud del proceso

Extracción incompleta de la

droga

Saturación del solvente

Percolación

Extracción completa de

principios activos, es

posible conocer la

concentración exacta de

principios activos

No se produce saturación

del solvente y se requiere

menor tiempo para la

extracción comparado con

la maceración.

Alto consumo de solvente

Tiempos largos

Si las sustancias activas son

termolábiles, la evaporación

de grandes volúmenes de

percolado diluido pueden

provocar una pérdida parcial

de metabolitos secundarios.

Fuente:(Carrión, Cándida, & García Gómez, 2010; Handa, Khanuja, Longo, & Rakesh,

2008). Modificado por. Taco L.

Una vez obtenido el extracto se realiza la separación de los metabolitos mediante

cromatografía en capa fina, cromatografía en columna, cromatografía de gases entre los más

comunes los cuales se explican en el siguiente apartado.

Marco metodológico

Estandarización de la muestra vegetal.

La estandarización de la muestra incluye: limpieza, desinfección, secado, reducción del

tamaño de partícula y determinación de humedad relativa las cuales se exponen a

continuación.

Limpieza y desinfección.

La limpieza realiza de forma mecánica para separar organismos o sustancias ajenas al

material vegetal tales como: insectos, arena, polvo, piedras, tierra, entre otros. Además, se

retiran el material en mal estado como flores marchitas, u hojas con clorosis debida a la

deficiencia de clorofila. (Osorio, 2017)

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La desinfección del material vegetal se realiza empleando agentes químicos como

hipoclorito de sodio, permanganato de potasio diluidos. Este procedimiento ayuda a eliminar

e impedir la proliferación de microorganismos. (Osorio, 2017)

Secado.

El secado de la muestra, permite retirar el exceso de agua, interrumpiendo procesos

enzimáticos a nivel celular e impidiendo el crecimiento de microorganismos (bacterias y

hongos). Asimismo, facilita el transporte y almacenamiento sin el riesgo de deterioro. (Otazu,

2010)

Reducción del tamaño de partícula.

La reducción del material vegetal, hace que exista mayor superficie de contacto con el

solvente a extraerse facilitando la extracción del mayor número de metabolitos secundarios.

Un adecuado proceso de molienda también incluye una separación previa de impurezas,

presentes en la muestra. (Osorio, 2017).

Determinación de humedad relativa.

La determinación de humedad relativa, permite conocer la cantidad de agua de un sólido,

que ha sido sometido a secado a 40°C. El procedimiento puede realizarse de forma

tradicional, calculando la diferencia entre el peso inicial y final de la muestra, al ser sometida

a calentamiento a 110°C. (Otazu, 2010)

Desengrasado.

El desengrasado se lo hace mediante una extracción Söxleth lo cual ayuda a la eliminación

de sustancias apolares de la muestra mediante un disolvente de iguales características.

(Otazu, 2010)

Extracción por el método de percolación.

La percolación es el paso lento de un solvente generalmente alcohólico a través de un

material poroso siempre en un solo sentido. La muestra pulverizada, se pone en contacto con

suficiente cantidad de solvente y este tiene que ser renovado constantemente.

Concentración del extracto.

Busca aumentar el contenido de sólidos disueltos en el extracto con la finalidad de fabricar

extractos blandos y alcanzar un determinado contenido del residuo seco, se usan equipos

comunes y a presión normal o al vacío, sin embargo, la mayoría de los extractos precisan ser

evaporados, en lo posible a temperaturas bajas y al vacío. (Otazu, 2010)

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Cromatografía.

Es un método físico de separación en el que los componentes se distribuyen entre dos

fases una móvil y otra estacionaria. Se tiene como resultado procesos de sorción-desorción

durante el movimiento de los componentes de la mezcla arrastrados por la fase móvil. (CSIC,

2011). En la tabla 2 se observa la influencia en orden ascendente que tiene la fuerza de elución

del solvente con los distintos grupos funcionales a eluir.

Parámetros cromatográficos

Retención.

Efecto producido sobre los componentes de la mezcla por una fase estacionaria, que

puede ser un sólido o un líquido anclado a un soporte sólido. (Erazo Proaño & Jativa, 2013).

Desplazamiento.

Efecto ejercido sobre los componentes de la mezcla por una fase móvil, que puede ser un

líquido o un gas. El fenómeno de migración de los componentes de una mezcla a lo largo de

la fase estacionaria, impulsados por la fase móvil, recibe el nombre de elución. (CSIC, 2011)

La mezcla a separar se deposita sobre la fase estacionaria, mientras que la fase móvil

atraviesa el sistema desplazando a los componentes de la mezcla a diferente velocidad,

dependiendo de la magnitud de sus interacciones relativas con ambas fases. Las dos fases se

eligen de forma que los componentes de la muestra se distribuyan de modo distinto entre la

fase móvil y la fase estacionaria. (Erazo Proaño & Jativa, 2013).

Aquellos componentes que son fuertemente retenidos por la fase estacionaria se mueven

lentamente con el flujo de la fase móvil; por el contrario, los componentes que se unen

débilmente a la fase estacionaria, se mueven con rapidez. Como consecuencia de la distinta

movilidad, los componentes de la muestra se separan en bandas o zonas discretas que pueden

analizarse cualitativa y/o cuantitativamente. (Universidad autonoma de México, 2012)

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Tabla 2 Adsorbentes y disolventes más comunes en cromatografía. Orden de elución,

actividad de adsorbentes y fuerza de elución de los disolventes.

Secuencia Orden de elución

de compuestos

Actividad de

adsorbentes

Fuerza de elución

de disolventes

-

+

Hidrocarburos

saturados

Celulosa Éter de petróle

Hidrocarburos

aromáticos

Ciclohexano

Derivados

Halogenados

Benceno

Éteres

Tetracloruro de

carbono

Sulfato cálcico

(yeso)

Diclorometano

Cetonas Sílice Cloroformo

Aldehídos Florisil Éter dietílico

Esteres Oxido de magnesio Acetato de etilo

Alcoholes Alúmina

Aminas

Ácidos Acetona

n-propanol

Metanol

Etanol

Agua

Ácido acético

Fuente. (CSIC, 2011). Modificado por Taco L

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Reveladores más comunes para cromatografía en capa fina

Luz UV: Cuando la sustancia absorbe luz ultravioleta se puede usar fase estacionaria

impregnada con un indicador fluorescente (F254 o F366). (Erazo Proaño & Jativa, 2013).

Vainillina (H2SO4): Se usa para la identificación de alcoholes, esteroides, fenoles, y

aceites esenciales. (Rey & Vargas, 2009)

Reactivo de Neu: Identifica flavonoides y cumarinas al igual que el hidróxido de potasio

que es un reactivo específico para cumarinas.

Anisaldehído: Es un reactivo que identifica glucósidos. (Rey & Vargas, 2009)

Espectroscopia ultra violeta – visible

La espectroscopia UV-vis se basa en el análisis de la cantidad de radiación

electromagnética en el rango de longitudes de onda ultravioleta y visible que pueden absorber

o transmitir una muestra en función de la cantidad de sustancia presente (Vandergriff, 2009).

Ley de Lambert-Beer: Esta ley permite relacionar la fracción de radiación absorbida con

la concentración del analito y el espesor del medio. Cada sustancia tiene un espectro de

absorción característico que dependerá la configuración electrónica de la molécula átomo o

ion y de los posibles tránsitos electrónicos como se muestra en la figura 6 (Benito, 2010)

Figura 6 Espectro de absorción de la molécula. Modificado. (Benito, 2010)

Espectroscopia Infrarroja.

Estudia los fenómenos de interacción entre la radiación de origen infrarrojo y la materia.

Para que se produzca una vibración en una molécula al incidir sobre ella un haz de energía

es la presencia de momentos dipolares. La radiación infrarroja es la proporción de espectro

electromagnético que va desde 4000 a 625 cm-1. (Carey, 2006)

La radiación que registra debe ser solamente la originada por los movimientos

vibracionales de las moléculas presentes en la sustancia.

Por otro lado, las bandas que poseen los espectros tienen localizaciones e intensidades

específicas para cada grupo funcional, además las intensidades de las bandas son

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generalmente proporcionales a las concentraciones de los componentes individuales de una

mezcla por lo que permite determina la concentración de cualquiera de ellas. (Carey, 2006)

El espectro electromagnético IR con número de onda del infrarrojo medio entre 4000 y

1300 cm-1 suele observarse una serie de bandas de absorción provocadas por las vibraciones

entre únicamente dos átomos de la molécula que contienen hidrógeno o de grupos con dobles

o triples enlaces aislados (Peguero, 2010).

El espectro electromagnético IR con número de onda comprendidas entre 1300 y 400 cm-

1 con el nombre de infrarrojo lejano se asignan las bandas de absorción de vibraciones

moleculares más difíciles de observar la se denomina zona de la huella dactilar donde se

observan la flexión de enlaces CH, CO, CN, CC. En la tabla 3 se encuentra las absorciones

principales de grupos funcionales (Montoro, 2013).

Tabla 3 Bandas de absorción correspondientes de grupos orgánicos.

Grupo funcional Número de onda

(cm-1)

Grupo funcional Número de onda

(cm-1)

OH enlace de

hidrógeno 3100-3200 Amidas 1690-1630

OH sin enlace de

hidrogeno 3600 NH 3500-3300

Cetonas C=O 1725-1700 C=N- 1690-1480

Aldehídos C=O 1740-1720 δ-Lactonas 1750-1735

Aldehídos y cetonas

α,βinsaturados C=O 1715-1660

Aromáticos (núcleos

bencénicos) en

sistemas

condensados

1500-1490

Ciclopentanonas 1750-1740 C=C alquenos

1680-1600

Ácidos carboxílicos 1725-1700

Fuente: (Serrano Martínez, 2009) Modificado Taco L

Marco Legal

Al ser una investigación que implica productos naturales; se necesita el permiso

entregado por el Ministerio del Ambiente, para la especie Catharanthus roseus, el mismo

que el Laboratorio de Investigación de Productos Naturales de la Universidad Central del

Ecuador obtuvo con el nombre de: 

“Contrato Marco de Acceso a los Recursos Genéticos del proyecto de

Investigación Científica denominado: Estudio de Productos Naturales con aplicación

Industrial (Alimentos y Cosméticos) Celebrado entre el Ministerio del Ambiente a

través de la subsecretaria de Patrimonio Natural y la Universidad Central del

Ecuador”. MAE-DNB-CM-2017-0078

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18

Hipótesis

Hipótesis de trabajo Hi.

Hi: Es posible la caracterización espectrofotométrica de los compuestos fluorescentes,

separados del extracto etanólico Catharanthus Roseus mediante cromatografía en Capa Fina

de Alta Resolución, HPTLC.

Hipótesis Nula Ho.

Ho: No es posible la caracterización espectrofotométrica de los compuestos fluorescentes

separados, del extracto etanólico Catharanthus Roseus mediante cromatografía en Capa Fina

de Alta Resolución, HPTLC

Sistema de Variables

Variable dependiente.

Numero de compuestos fluorescentes separados

Variable independiente.

Preacondicionamiento de la placa cromatográfica

Saturación de la placa cromatográfica.

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19

Capítulo III

Marco metodológico

Diseño de la investigación

El trabajo de investigación tiene un enfoque cuantitativo, esto quiere decir que su objetivo

es la medición de una serie de repeticiones que incluye un tratamiento estadístico entre las

variables propuestas presentando así confiabilidad, validez entre las mediciones. (Monje

Álvarez, 2011)

Así mismo el nivel de investigación es explicativo ya que tiene una relación causa- efecto,

por lo que el método de análisis está orientado a diseñar un modelo experimental

estadístico(Zetino, 2005), en donde se permita concluir que la variación en el número de

compuestos separados son consecuencia de las variaciones en el preacondicionamiento de la

placa y tipo de saturación de la cámara cromatográfica. Por lo antes expuesto esta

investigación es de tipo experimental ya que se van a manipular variables.

Población y muestra

Muestra.

La población que se utilizó en la investigación es perteneciente a la familia Apocynaceae

de género Catharanthus y la muestra fue 300 g de hojas de Catharanthus roseus en total y

para cada tratamiento se utilizó 2 g de muestra.

Método y materiales.

En la presente investigación se utilizaron los siguientes materiales-equipos y reactivos

para la ejecución de la parte experimental que se detallan en los anexos C y D.

Preparación de la muestra.

Se recolectaron hojas de Catharanthus Roseus, en el cantón Puerto Quito provincia de

Pichincha, con las siguientes coordenadas geográficas 0°07′38″N 79°15′11″O. Se

seleccionaron las hojas con las mejores condiciones tanto en color como en textura. La

desinfección se realizó de acuerdo con la metodología de (Osorio, 2017). La muestra limpia

se colocó en una caja de papel corrugado y se secó en una estufa de aire caliente BINDER, a

una temperatura de 40°C por 6 días. Se redujo el tamaño de partícula en un molino

CORONA, se homogenizó en una tamizadora eléctrica GILSON utilizando un tamiz N°20

TAYLER. Se almacenó la muestra en un frasco color ámbar (Hurtado, 2018).

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20

Determinación de la humedad relativa.

En una balanza analítica marca Denver Instrument se pesó por triplicado

aproximadamente 0,5000 g de muestra seca de Catharanthus roseus, la muestra se llevó a

una estufa BINDER y se programó a 105°C las hojas se se secaron hasta peso constante.

Desengrasado.

Se pesó en la balanza analítica DENVER (A±0,0001g), 2,0000g de muestra seca

estandarizada de Catharanthus roseus, y se desengrasó mediante una extracción Söxleth

durante 5h, utilizando como solvente n-hexano. Osorio, (2017).

Preparación del extracto etanólico.

La muestra desengrasada se percoló con etanol al 96% (v/v) a una velocidad de flujo

promedio de 23 gotas por minuto, como recomienda Osorio (2017). El proceso se llevó a

cabo durante 4h hasta reacción negativa con cloruro férrico. El extracto obtenido se almacenó

en frascos ámbar, protegidos de la luz. Se concentró el extracto en un rotavapor SELECTA,

hasta alcanzar un volumen inferior a 20 mL, el cual se colocó en una caja Petri previamente

tarada. Se evaporó el solvente en una estufa BINDER a 40°C hasta peso constante.

Separación y caracterización de compuestos fluorescentes.

Separación por TLC preparativa.

Se elaboró una placa preparativa con dimensiones 20x20 cm siguiendo la metodología de

Hurtado (2018). Con la ayuda de una pipeta Pasteur se sembró el extracto etanólico de

Catharanthus Roseus de concentración 1,53% (p/v) y se dejó evaporar el solvente a

temperatura ambiente. Para la separación de los compuestos se siguió la metodología de

Hurtado (2018).

Extracción de la fracción fluorescente.

Utilizando una cámara UV y con la ayuda de una espátula se raspó el segmento de sílice

de la fracción fluorescente de interés, la misma que se disolvió en alcohol metílico, se filtró

para eliminar la silica. La fracción se colocó en una caja Petri previamente tarada y se evaporó

el solvente a 40 °C en una estufa BINDER hasta peso constante.

Separación por Cromatografía de Capa Fina de Alta Resolución (HPTLC).

Pruebas preliminares.

Para elegir las condiciones del corrido cromatográfico se realizaron 10 experimentaciones.

Se analizó la polaridad de la fase móvil y el tipo de solvente para eluir la muestra

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21

manteniendo contantes los tiempos de pre-acondicionamiento de la placa, la saturación de la

cámara cromatográfica y el volumen de inyección.

En la primera experimentación se utilizaron placas marca HPTLC Fertigplatten nano-Sil

C18-100/UV254 de dimensiones 10x10cm. Para determinar la polaridad optima de la fase

móvil se preparó 1 mL de extracto fluorescente metanolico. Utilizando el módulo

LINOMAT-5 se inyectaron 8 tracks de extracto fluorescente en seis placas variando la fase

móvil como se observa en la tabla 4.

Tabla 4 Determinación de la fase móvil.

N° Placa Fase móvil Proporción Polaridad

1 hexano:metanol 9:1 0,66

2 Etanol: acetato de etilo 6:4 4,84

3 Etanol:AcOEt:ciclohexanona 4:5,5:0,5 4,67

4 Etanol:AcOEt:ciclohexanona 4:5,5:0,7 4.66

5 Etanol:AcOEt:ciclohexanona 4:5,5:2 4,64

6 Etanol:AcOEt:ciclohexanona 4:5,5:3,5 4,63

Elaborado por. Taco L.

Para el desarrollo de las placas, se configuraron las condiciones del módulo ADC-2, con

los parámetros descritos en la tabla 5

Tabla 5 Condiciones experimentales del desarrollo cromatográfico por HPTLC

Parámetros Condiciones de desarrollo

Pre-secado Tiempo 5 min

Inyección

Volumen de jeringa 100µL

Volumen de inyección extracto 5µL

Velocidad de inyección 150 nl/seg.

Control de humedad

Tiempo 10 min

Solución Cloruro de magnesio

Volumen de llenado 800 mL

Humedad relativa 43%

Saturación Volumen de fase móvil 35 mL

Desarrollo

Distancia de migración 70,0 mm

Ancho de banda 6,0 mm

Volumen de fase móvil 10,0 mL

Modificado: (Hurtado, 2018)

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22

Las placas se foto documentaron en el módulo TLC-VISUALIZER para seleccionar la

fase móvil adecuada.

Para la segunda experimentación se emplearon placas de marca HPTLC Fertigplatten

nano-Sil C18-100/UV254 de dimensiones 10x10 cm. Se inyectaron 8 tracks a cada placa de

extracto fluorescente variando el eluyente del mismo. El desarrollo cromatográfico se hizo

en las condiciones descritas en la tabla 5. Además, se realizaron ocho experimentaciones más

para definir los niveles (-1) y (+1) del preacondicionamiento de la placa y saturación de la

cámara.

Corrido cromatográfico.

Se prepararon las muestras de extracto fluorescente pesando 4 - 6 mg del mismo disuelto

en 1 𝑚𝐿 de metanol analítico. Se usó el módulo LINOMAT-5 para inyectar 8 tracks con 5

𝜇L de extracto fluorescente, cada uno en una placa de 10x10 cm marca HPTLC Fertigplatten

nano-Sil C18-100/UV254. La placa se llevó al siguiente módulo ADC-2 para su desarrollo,

se configuraron los parámetros descritos en la tabla 6 por el software WinCats del equipo.

Tabla 6 Condiciones experimentales del desarrollo cromatográfico por HPTLC

Parámetros Condiciones de

desarrollo

Pre-secado Tiempo 5 min

Inyección

Volumen de jeringa 100µL

Volumen de inyección

extracto 5µL

Velocidad de inyección 150 nl/seg.

Control de humedad

Tiempo 10 min

Solución Cloruro de magnesio

Volumen de llenado 800 mL

Humedad relativa 43%

Fase móvil Etanol: acetato de etilo:

ciclohexanona 4:5,5:0,7

Saturación Volumen de fase móvil 35 mL

Desarrollo

Distancia de migración 70,0 mm

Ancho de banda 6,0 mm

Volumen de fase móvil 10,0 mL

Modificado: (Hurtado, 2018)

En el módulo TLC-VISUALIZER se fotodocumentaron las placas a las longitudes onda

de 254 nm y 366 nm. Se almacenaron las fotografías en un formato no editable (.cpf) en el

software VideoScan del equipo. Utilizando la herramienta “spot amplification” se evaluaron

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23

los compuestos fluorescentes. Se seleccionó las condiciones experimentales para la placa con

el mayor número de compuestos fluorescentes.

Para definir mejor los compuestos fluorescentes se corrió una placa 10 x 10 cm HPTLC

Fertigplatten nano-Sil C18-100/UV254 modificando el pH de la fase móvil. El desarrollo de

la placa se llevó a cabo con los parámetros descritos en la tabla 7. Se fotodocumentó la placa

a las longitudes de onda de 254 nm y 366 nm usando el modulo TLC-VISUALIZER.

Tabla 7 Condiciones de desarrollo del módulo ADC-2.

Parámetros Condiciones de

desarrollo

Pre-secado Tiempo 5 min

Inyección

Volumen de jeringa 100µL

Volumen de inyección

extracto 5µL

Velocidad de inyección 150 nl/seg.

Control de humedad

Tiempo 10 min

Solución Cloruro de magnesio

Volumen de llenado 800 mL

Humedad relativa 43%

Fase móvil Etanol: AcOEt:

ciclohexanona: NH4OH 4:5,5:0,7:1

Saturación Volumen de fase móvil 35 mL

Desarrollo

Distancia de migración 70,0 mm

Ancho de banda 6,0 mm

Volumen de fase móvil 10,0 mL

Modificado (Hurtado, 2018)

Extracción de compuestos fluorescentes.

Se prepararon tres placas TLC preparativa siguiendo la metodología de (Hurtado, 2018).

Para la primera placa con la ayuda de una pipeta Pasteur se sembró 54,3 mg de extracto

fluorescente disuelto en 5 mL de metanol, la siembra se realizó a lo largo de la placa

preparativa.

Se saturó la cámara cromatográfica durante 20 min con 50 mL de eluyente, Etanol:

Acetato de etilo Ciclohexanona: Hidróxido de amonio (4:5,5:0,7:1). Transcurrido el tiempo

de saturación se colocó la placa preparativa en la cámara cromatográfica para su desarrollo.

Para la extracción de los compuestos fluorescentes de la placa preparativa se siguió la

metodología expuesta en el ítem (Extracción de la fracción fluorescente). Se extrajeron los

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24

compuestos fluorescentes de la silica, mediante Söxleth por un tiempo de 5 h utilizando como

solvente metanol.

Antes de evaporar el solvente de cada compuesto se realizó una filtración utilizando filtros

de jeringa de 22 µm de diámetro. Se evaporó el solvente utilizando un rotavapor SELECTA

hasta alcanzar un volumen inferior a 5 mL, cada compuesto extraído se colocó en una caja Petri

previamente tarada y se dejó evaporar el solvente en una estufa BINDER a 40°C hasta peso

constante.

Se realizó una segunda separación por cromatografía preparativa de las fracciones obtenidas

en el primer fraccionamiento. Se siguió la misma metodología anterior para la extracción de los

compuestos finales.

Caracterización de los compuestos separados.

Análisis químico.

Reacción de Baljet. En un tubo de ensayo se disolvió 0,5 mg a 1 mg de cada compuesto

fluorescente en metanol y se añadió 5-6 gotas de solución de Baljet.

Reacción de Keller Killani. En un tubo de ensayo se disolvió aproximadamente 0,5 mg de

cada compuesto fluorescente en 3 mL de ácido acético glacial, a la disolución se agregó gotas

de cloruro férrico en etanol al 5% y por las paredes gotas de ácido sulfúrico concentrado.

Reacción de Dragendorff. En un tubo de ensayo se disolvió aproximadamente 1 mL de

cada compuesto fluorescente en metanol al cual se le añadió 2 gotas de ácido clorhídrico y

se añadió 4 gotas de reactivo de Dragendorff.

Revelado.

Se reveló cada una de las placas cromatográficas usando el modulo en TLC-

VISUALIZER del equipo HPTLC a las longitudes de onda de 254nm y 366nm. Las

fotografías se almacenaron en un formato no editable (. cpf).

La derivatización se realizó a dos placas cromatográficas con el mayor número de

compuestos separados. Se colocó la placa en el equipo de derivatización CAMAG y se

añadieron 200 mL del reactivo revelador (Baljet y Anisaldehído-Ácido sulfúrico) al tanque

del equipo, usando el método de inmersión se sumergió la placa por 5 segundos en el reactivo

de revelado. Cada placa se secó en una plancha calefactora CAMAG a 100°C. Se

fotodocumentó cada placa revelada en TLC-VISUALIZER del equipo HPTLC a las

longitudes de onda de 254nm y 366nm. Las fotografías se almacenarán en un formato no

editable (. cpf).

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25

Determinación de la temperatura fusión de los compuestos fluorescentes.

Se pesó cada compuesto fluorescente en una capsula de aluminio de 25 µL de base plana,

los mismos fueron llevados a una prensa de encapsulamiento para sellar cada caja. Se colocó

la porta muestra en el auto muestreador junto a un porta muestras vacío (blanco) y se llevó a

cabo el desarrollo térmico bajo las condiciones que se muestran en la tabla 8.

Tabla 8 Condiciones para el desarrollo del calorímetro diferencial de barrido DSC

Compuesto Masa

(mg)

Rango de

temperatura

(°C)

Velocidad de

descomposición

(°C/min)

C2F2 0,222 0-300 10

C2F3 0,227 0-300 10

C3F2 0,205 0-300 10

Elaborado por Taco L.

Análisis espectroscópico.

Espectroscopia Infrarroja IR.

En un mortero de ágata se mezcló 1 mg de compuesto fluorescente con aproximadamente

40 mg de bromuro de potasio, la mezcla se colocó en el molde de la pastilla para el Infrarrojo.

El molde se colocó en una prensa hidráulica se ajustó y se sometió a una presión de 2,5

toneladas por tres minutos. La pastilla formada se colocó en un portamuestra para ser leído

en el programa Spectra Manager. Se llevó a cabo primero el background para luego analizar

el compuesto fluorescente. El mismo procedimiento se efectuó para los dos compuestos

restantes.

Determinación de longitud de onda máxima de absorción.

Se utilizó un espectrofotómetro UV-Vis marca VARIAN CARY50 BIO en donde se

colocó en celdas de cuarzo cada compuesto fluorescente diluido en metanol y se realizó un

barrido espectral (Scan) utilizando el software Cary WinUV instalado en el computador, de

la misma manera se procedió con los dos compuestos restantes.

Diseño experimental

La variable respuesta se ve influenciada por varios factores los cuales se muestran en la

ecuación 1. Para la selección de los factores de estudio se tomará como referencia la

investigación realizada por Osorio (2017) en donde señala que el volumen de aplicación (V),

la longitud de banda (B), la humedad Relativa (%HR), y la distancia de desarrollo (D) no

afecta considerablemente los resultados del análisis. Por otro lado, los factores que si pueden

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26

afectar en los resultados del análisis son el grado de modificación de fase estacionaria (Fs),

la polaridad de la fase móvil (P), saturación de la cámara cromatográfica S, y el

preacondicionamiento de la placa PA (Hurtado, 2018; Osorio, 2017)

𝐻𝑃𝑇𝐿𝐶 = 𝑓(𝑉, 𝐵, %𝐻𝑅, 𝐷, 𝑃𝑟, 𝑆, 𝐹𝑠, 𝑃)

Ecuación 1. Factores que influyen en la variable respuesta

Por lo antes mencionado la presente investigación tiene un diseño factorial completo 22

en donde los factores de estudio serán el tiempo de preacondicionamiento de la placa (Pr) y

el tipo de saturación de la cámara (S) cada uno con dos niveles (+1,-1). El diseño se realizará

a un 95% de confianza. La tabla 9 muestra la codificación de los factores y niveles de estudio.

Tabla 9 Codificación de los factores y niveles de estudio

Factor Codificación

+ -

Preacondicionamiento

de la placa (𝑷𝑨) 20 10

Tipo de saturación (𝑺) Con

pad

Sin

pad

Elaborado por Taco L.

De acuerdo al diseño experimental 22 se realizarán 4 experimentos como muestra la

tabla 10. Por lo mismo se generará 3 efectos posibles sobre la variable respuesta, estos

efectos son primarios y secundarios, por lo que se tendrá dos primarios y 1 secundario.

Tabla 10 Matriz Estándar de Experimentos

Corridas 𝑷𝑨 S

1 - -

2 + -

3 - +

4 + +

Elaborado por Taco L.

Operacionalización de variables

La tabla 11 muestra la operacionalización de variables, se registran los valores que toma

la variable respuesta la cual es el número de compuestos separados y la misma permitirá

evaluar la significancia estadística de cada uno de los factores de estudio con sus respectivos

niveles.

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27

Tabla 11 Operacionalización de Variables

Factores Niveles Respuesta

Preacondicionamiento de

la placa (Pr)

10 min Numero de compuestos separados

20 min Numero de compuestos separados

Tipo de saturación de

cámara (S)

Sin pad Numero de compuestos separados

Con pad Numero de compuestos separados

Elaborado por Taco L.

Técnicas e instrumentos de recolección de datos

Se realizará el análisis estadístico por el algoritmo de Yates aplicando al diseño

experimental de la tabla 11 para determinar la magnitud de los efectos de los factores de

estudio sobre la variable respuesta.

Técnicas de procesamiento de datos

Los datos experimentales se utilizarán para el cálculo de los efectos mediante algoritmo

de Yates que se observa en la tabla 12.(Gutiérrez Humberto, 2008)

Tabla 12 Algoritmo de Yates

Número de

Experimentos

Matriz del

diseño

experimental

Algoritmo Identificación

Pr S Respuesta (1) (2) Divisor Efectos

1 - - R1 X1 Y1 4 Efecto 1 Promedio

2 + - R2 X2 Y2 2 Efecto 2 Pr

3 - + R3 X3 Y3 2 Efecto 3 S

4 + + R 4 X4 Y4 2 Efecto 4 Pr,S

Elaborado por Taco L.

La significancia estadística de los efectos será calculada de acuerdo al método de réplica

de diseño completo con un 95% de confianza. Este cual permitirá calcular la desviación

estándar de los efectos acorde a la ecuación 2.

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28

𝑆𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 =2𝑆𝑟𝑒𝑠𝑝

√𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑎𝑠

Ecuación 2. Calculo de la desviación estándar del efecto, Sefecto. (Montgomery, 2001)

Tomando en cuenta el criterio de Montgomery, (2001) donde indica que un efecto es

estadisticamente significativo cuando su valor absoluto es mayor al del Sefecto,

correspondiente al límite de confianza seleccionado.

|𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜| > 𝑆𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜

Ecuación 3. Criterio para determinar la significancia estadística. (Montgomery, 2001)

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29

Capitulo IV

Análisis y discusiones de resultados

Los resultados que se expondrán toman como base la investigación que se realizó en el

Laboratorio de Productos Naturales de la Universidad Central del Ecuador por Osorio (2017)

en donde encontraron manchas fluorescentes con coloraciones azul y rojo, como muestra la

figura 7, esta observación se realizó cuando se desarrollaba metodo cromatográfico para

cuantificación de los alcaloides vincristina y vinblastina presentes en Catharanthus roseus.

Figura 7 Compuestos fluorescentes presentes en

Catharanthus roseus.(Osorio, 2017)

Por otro lado, Hurtado (2018) encontró una técnica de separación de las fracciones

fluorescentes antes mencionadas para definir su potencial aplicación industrial. Se tuvo una

mejor separación usando como fase estacionaria una placa C18-50/UV254 y una fase móvil

de metanol: AcOEt de polaridad 5,48; los resultados de este estudio se muestran en la figura

9.

Figura 9 Placa cromatográfica de

fracciones fluorescentes vista a 366

nm. (Hurtado, 2018)

Figura 8 Impregnación de las fracciones

fluorescentes en vidrio y en papel filtro

cualitativo. (Hurtado, 2018)

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30

En la figura 8 se observa la impregnación de las fracciones fluorescentes separadas en

vidrio borosilicato y papel celulosa.

Estos antecedentes hicieron que se inicie la caracterización de estos compuestos

fluorescentes.

Preparación de la muestra

El tamaño de partícula de la muestra estandarizada de Catharanthus roseus fue de 0,84

mm lo que indica que la muestra tendrá mayor superficie de contacto con el disolvente de

extracción, pues para mantener una extracción eficaz se necesita que la muestra este en polvo

lo más homogenizada posible, este parámetro es importante si se considera trabajar con nano

partículas. (Azwanida, 2015).

La muestra de Catharanthus roseus presento un porcentaje de humedad total promedio

que se muestra en la tabla 13 el cual coincide con las condiciones ambientales que necesita

la planta para su crecimiento. Además, el valor obtenido está dentro del rango de humedad

del lugar de recolección (Puerto Quito) que es de 85%-87%. (Calvopiña, 2015)

Tabla 13 Determinación de humedad total en muestra frasca de Catharanthus roseus.

Masa de

muestra

fresca

Temperatura de

secado

°C

% humedad

total

% de

humedad

promedio

0,225 70 85,5

85,1 ± 0,33 % 0,230 70 84,5

0,225 70 85,5

Elaborado por: Taco L.

La humedad relativa promedio de la muestra seca de Catharanthus roseus se presenta en

la tabla 14 la cual indica que la muestra perdió aproximadamente el 90% de agua presente en

su estructura. Este rango de humedad ayuda a que se pueda almacenar por un largo periodo

sin perder sus principios activos al igual que sus propiedades como el color u olor, se evita

la la proliferación de microorganismos.(Otazu, 2010).

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31

Tabla 14 Determinación de humedad relativa en muestra seca de Catharanthus roseus.

Masa de

muestra seca

Temperatura de

secado

°C

% humedad

total

% de

humedad

promedio

0,505 105 5,14

5,19 ± 0,04 % 0,512 105 5,27

0,503 105 5,16

Elaborado por: Taco L

Autofluorescencia de la muestra de Catharanthus roseus

Mediante un microscopio electrónico se observó que la muestra de Catharanthus roseus

presentaba una autofluorescencia en tonalidades rojas, azules como se indica en la figura 10,

este fenómeno señala que la muestra puede contener metabolitos endógenos o compuestos

fluorescentes orgánicos e inorgánicos como son las clorofilas, lignina (Sancho, 2010).,

alcaloides, compuesto fenólicos, porfinas. (García-Plazaola et al., 2015).

Figura 10 A. Muestra de Catharanthus roseus vista en el microscopio electrónico a 10

X. B. Muestra de Catharanthus roseus vista en el microscopio electrónico 10 X adaptado

una lámpara UV de 366 nm.

Preparación del extracto etanólico

Los metabolitos fluorescentes en estudio tienen carácter polar y para facilitar su extracción

se desengrasó previamente a la muestra estandarizada de Catharanthus roseus utilizando

como solvente hexano ayudando así a eliminar los compuestos apolares como son las

clorofilas, grasas, ceras entre otros.

El extracto de la muestra estandarizada de Catharanthus roseus se la realizó mediante

percolación ya que este método mejora notablemente la calidad del principio activo lo que

no sucede con otros métodos como es la maceración que al ser un método estatico no alcanza

A B

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32

a extraer el total de los metabolitos secundarios presentes en la muestra (Amaguaña Rojas &

Churuchumbi Rojas, 2018).

El solvente que se usó para la extracción es etanol el mismo que ayuda a que se extraigan

el mayor número de fitoconstituyentes como son alcaloides, saponinas, carbohidratos,

taninos, flavonoides entre otros (Azwanida, 2015).

La cantidad de extracto total seco de Catharanthus roseus se muestra en la tabla 15. Cabe

señalar que el extracto en esas condiciones no permite la contaminación por microrganismos.

(Osorio, 2017)

Tabla 15 Determinación del rendimiento de extracto total obtenido por percolación.

Numero de

muestra

Rendimiento

promedio de

extracto seco (%)

% de extracto

etanólico obtenido

1 25,58

24,41 ±0,78 % 2 24,43

3 22,21

4 25,42

Elaborado por: Taco L

El porcentaje de extracto etanólico presente en la muestra estandarizada de Catharanthus

roseus fue de 24,41% con un error de 0,78 % comparándole con el valor obtenido por Hurtado

(2018) que fue de 22,75 ± 0,63 % se observa que hubo un pequeño aumento ocasionado por

las condiciones ambientales en donde se desarrolló la muestra ya que el clima afecta

directamente a la humedad de la muestra.

Separación y caracterización de compuestos fluorescentes

Separación por TLC preparativa.

La separación de la fracción fluorescente de interés se realizó por TLC preparativa

utilizando una fase estacionaria de Sílica-gel 60 GF254 y una fase móvil de acetato de etilo

AcOEt: metanol (7:2), se usó este método ya que permite sembrar cantidades grandes de

extracto de 100-200 mg según sea el espesor de la placa. La fracción fluorescente fue

extraída durante ocho ocasiones ya que sirvió para el desarrollo del diseño experimental, en

cada placa se sembraron 33,66 mg de extracto etanólico. En la figura 11 se indica la fracción

fluorescente de la cual se realizó la caracterización.

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33

Figura 11 Placa cromatografía a 366nm obtenida mediante TLC preparativa.

F1: fracción fluorescente para el estudio de la caracterización.

Se tomó en consideración la fracción fluorescente azul por haber presentado la propiedad

impregnación en vidrio borosilicato lo que no sucedió con las demás fracciones separadas

según la investigación realizada por Hurtado (2018). Cabe mencionar que las fracciones

fluorescentes rojas que muestra la figura 11 podrían referirse a tipos de clorofila ya que según

la bibliografía las clorofilas poseen fluorescencia roja a 366 nm. (Garcia & Gutierrez, 2015).

Separación por Cromatografía de Capa Fina de Alta Resolución (HPTLC)

Pruebas preliminares.

Se realizaron 10 experimentaciones para definir las variables de estudio descritos en el

apartado diseño experimental (Capitulo III). Los factores definidos se indican en la tabla 16.

Tabla 16 Factores de operación

Factor Parámetro de operación

Fase móvil Etanol:AcOEt: ciclohexanona

(4:5,5:0,7)

Índice de Polaridad 4,7

Solvente de la muestra Metanol

Porcentaje de humedad

relativa

43 %

Elaborado por: Taco L

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34

La fase móvil depende tanto del tipo de fase estacionaria como de las propiedades físicas

y químicas del analito (Srivastava, 2011). La fase móvil que se seleccionó fue (etanol:AcOEt;

ciclohexanona) con una polaridad de 4,7 lo que significa que es medianamente polar pues

posee dos solventes con índices de polaridad de 4,5 y 4,3 de la ciclohexanona y el AcOEt

respectivamente, que ayudó a que la retención hidrofóbica disminuya y por ende se dé una

mejor distribución de los compuestos fluorescentes sobre la fase estacionaria. Además, a

menor polaridad de la fase móvil mayor será su fuerza de elución (Esquivel & Leal, 2004).

El solvente de la muestra debe ser volátil y formar un complejo muestra-solvente ya que

el analito debe integrarse a la estructura del mismo, es decir que la muestra debe estar

solvatada por el solvente (Spangenberg, Poole, & Weins, 2011). Entonces el solvente debe

ser afín a los compuestos que contiene dicha muestra por esta razón se usó metanol para eluir

los compuestos fluorescentes ya que la mayoría de ellos tienen una polaridad media y según

Aziz, Saha, Sultana, Ahmed, & Al-Mansur, (2014) expone que en los extractos de metanol

eluye la mayor cantidad de fitoconstituyentes en Catharanthus roseus.

La humedad relativa ayuda a controlar el porcentaje de agua presente en la placa

cromatográfica, pues si no se controla este parámetro la placa puede adsorber vapor de agua

del ambiente y afectar el desarrollo cromatográfico, pues se desactivan los sitios activos de

la misma, (Spangenberg et al., 2011) además, puede cambiar la polaridad del sistema.

Los parámetros descritos en la tabla 16 ayudaron a que se desarrollen mejor los

cromatogramas y se dé una mejor separación y resolución de los compuestos fluorescentes.

Además, los parámetros como el volumen de inyección (V), longitud de la banda (B),

distancia de desarrollo (D) fueron establecidos por investigaciones anteriores (Hurtado,

2018; Osorio, 2017), por tanto se utilizaron iguales valores.

Corrido Cromatográfico

Mediante el software JPM© se determinó el orden de los ensayos con las unidades

experimentales para los diferentes tratamientos. En la tabla 17 y Tabla 18 se muestran las

experimentaciones y sus réplicas aleatorizadas.

Tabla 17. Matriz de experimentos aleatorizada original

N

experimentos

Preacondicionamiento Saturación

2 10 Sin pad

1 20 Sin pad

4 10 Con pad

3 20 Con pad

Elaborado por Taco L

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35

Tabla 18. Matriz de experimentos aleatorizada de la replica

N

experimentos

Preacondicionamiento Saturación

3 10 Sin pad

2 20 Sin pad

1 10 Con pad

4 20 Con pad

Elaborado por Taco L

Tomando en consideración los parámetros de la tabla 17 se corrieron los cromatogramas

para separar los compuestos fluorescentes de la fracción F1 utilizando el software WinCats.

Se realizó la siembra de la fracción F1 con una concentración de 0,40 mg/mL para todos los

tratamientos garantizando así la homogeneidad de los resultados, cabe señalar que la

concentración de la fracción F1 es baja debido a que los compuestos son afines a la fase

estacionaria y a pesar de los lavados que se realizó parte de la fracción quedó atrapada de la

silica gel de la placa preparativa.

La figura 12 muestra las imágenes digitales de las placas cromatográficas desarrolladas

en las condiciones establecidas en la tabla 18. Las fotografías fueron capturadas a 366 nm

en un formato no editable (.cpf).

1 2 3 4

Figura 12 Placas cromatográficas de las 4

experimentaciones desarrolladas a 366nm.

La figura 12 muestra las cuatro experimentaciones con los diferentes niveles de

preacondicionamiento de la cámara (Pr) y la saturación de la cámara cromatográfica (S). En

las cuatro experimentaciones se evidencia la separación de compuestos fluorescentes, pero

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36

con baja resolución esto debido a la baja concentración de la fracción F1. Por tal razón se

empleó la herramienta - spot amplification- incluida en el software WinCats para un

minucioso análisis de las fotografías documentadas. Esta herramienta se utilizará únicamente

para el análisis cualitativo ya que altera la resolución de los compuestos separados. La figura

13 indica las cuatro experimentaciones utilizando la herramienta antes mencionada.

1 2 3 4

Figura 13 Placas cromatográficas a 366nm, modificadas

con spot amplification

Los cuatro experimentos que se observan en la figura 13 muestran el número de

compuestos separados así pues la primera experimentación se ve 4 compuestos separados no

tan definidos todos con tonalidades azules. La segunda experimentación también se observa

4 compuestos separados, pero mejor definidos. En la tercera experimentación se observan 3

compuestos no definidos ya que estos se acercan más al punto de siembra. Por ultimo en la

cuarta experimentación se observan 4 compuestos separados. Cabe señalar que en todas las

experimentaciones se observa un tipo de cola que existe entre el compuesto 1 y el 2

empezando desde el punto de siembra, esto se debe a la afinidad que tiene los compuestos

con la fase estacionaria y la fase móvil.

La figura 14 muestra la réplica de los corridos cromatográficos, modificadas con la

herramienta spot amplifitation.

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37

1 2 3 4

Figura 14 Replica de las placas cromatográficas a

366nm, modificadas con spot amplification.

En la figura 14 se muestra las 4 réplicas presentadas en la tabla 18. La primera

experimentación muestra 2 manchas no definidas, pues se encuentran junto al punto de

siembra. La segunda experimentación muestra 5 compuestos bien definidos. La tercera

experimentación se observa 4 compuestos separados con baja resolución a pesar de ello la

deferencia de color de cada compuesto ayuda a su distinción. En la última experimentación

se observan 4 compuestos no definidos pues se nota que están sobrepuestos. De igual manera

se observa en todos los casos una cola de color turquesa que se arrastra por la placa.

Al analizar las cuatro experimentaciones con sus respectivas replicas se puede observar

que existe variabilidad en el número de compuestos separados lo cual ayuda a realizar un

análisis estadístico para saber cuáles son las mejores condiciones de separación de los

mismos. Además, se puede evidenciar cualitativamente que en la experimentación 2 se

obtuvo el mayor número de compuestos separados con mejor resolución donde se utilizaron

los niveles bajos.

Como se mencionó anteriormente las experimentaciones mostraban en las placas una cola,

por lo que se vio la necesidad de modificar el medio de la fase móvil, según Osorio (2017)

modificar el pH mejora la compactación de las manchas, se utilizó hidróxido de amonio para

obtener un pH básico. (Osorio, 2017).

En la figura 15 se muestran las placas sin modificar el pH (7,2) figura A y modificado el

pH (11.3) figura B notándose en la última que las manchas se compactaron mejorando la

separación.

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38

Figura 16 Cromatograma de la placa documentada a 366

A B

Figura 15 Pacas cromatográficas vistas a 366

nm modificado el pH.

La placa B se desarrolló a las condiciones de la experimentación 2 expuesta en la tabla 17

ya que fue la que obtuvo el mayor número de compuestos separados. También se observa

que la intensidad de la fluorescencia bajo notoriamente ya que en medio básico los

compuestos fluorescentes se encuentran en equilibrio.(Skoog et al., 2001)

Desarrollo del cromatograma.

La figura 16 muestra el cromatograma correspondiente a la placa desarrollada en medio

básico obtenida en el software VideoScan. Cabe mencionar que el cromatograma no indica

la pureza del compuesto si no la intensidad de fluorescencia, pero si muestra la existencia de

compuestos sobrepuestos.

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39

El cromatograma de la figura 16 muestran la presencia de 6 posibles compuestos

fluorescentes donde la fracción 1 con un Rf de 0,45 presenta una mayor intensidad por ende

es la que se encuentra en mayor concentración la cual fue seleccionada para la separación

por TLC preparativa.

Segunda extracción de compuestos fluorescentes mediante TLC preparativa

Una vez obtenida una buena separación de los compuestos fluorescentes por HPTLC se

extrajo la fracción 1 mediante TLC preparativa. Para ello se sembró 54,3 mg de fracción

fluorescente F1 y se desarrolló la placa utilizando Silica Gel F254 como fase estacionaria y

una fase móvil de Etanol: AcOEt:ciclohexanona:hidróxido de amonio (5,4:4:0,2:1). El TLC

preparativa desarrollada se muestra en la figura 17.

Figura 17 A. Placa de la fracción F1 a 366nm obtenida mediante TLC preparativa; B.

Placa de la fracción F1 a 366nm obtenida mediante TLC preparativa con modificadas con

spot amplification

La figura 18 muestra que no existe diferencia en el Rf de fracciones de la placa

cromatográfica de HPTLC y la placa de TLC preparativa a pesar de haber cambiado las

condiciones de la fase estacionaria.

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40

Figura 18 Comparación entre las placas cromatográficas desarrolladas en HPTLC y TLC

preparativa

En la figura 18 se observa que fracción 2 de la placa de HPTLC corresponde a la fracción

F2 de la placa de TLC preparativa. Asimismo, las fracciones 6 y 7 de la placa de HPTLC

corresponden a la fracción F3 de la placa de TLC preparativa. Por otro lado, no se pudo

distinguir con claridad las fracciones 3 y 4 de la placa de HPTLC en la de TLC preparativa

pues como se observó en el cromatograma de la figura 16 estas fracciones se encuentran en

baja concentración.

Se extrajeron de la placa preparativa las fracciones F2 y F3 ya que tienen mejor

separación. Se realizó el lavado de la silica de cada fracción mediante Söxleth durante 5 h

con el fin de extraer mayor cantidad, este método tiene la ventaja de mantener en contacto

íntimo y repetido al solvente y la muestra (Caldas, 2012)

Se realizó una nueva separación de F2 y F3 mediante HPTLC usando la misma fase móvil

de TLC preparativa y una fase estacionaria de Silica Gel F254 de dimensiones 10x10 para

descartar la presencia de otros compuestos. Usando el software WinCats del cromatógrafo

HPTLC se desarrolló la placa a las mismas condiciones de la tabla 5.

La figura 19 muestra la separación cromatográfica de la fracción F2 y F3 donde se ve que

la fracción F2 se separó en tres compuestos fluorescentes azules mientras que la fracción F3

solo se separó en dos compuestos fluorescentes azules.

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41

Figura 20 Cromatograma de la placa de la fracción F2 a 366nm

Cromatograma.

La figura 20 muestra el cromatograma de la separación de la fracción F2 de la cual se

obtuvo tres compuestos bien definidos, se desarrolló utilizando el software VideoScan.

La tabla 19 presenta los valores de Rf, altura de los picos y el porcentaje de cada uno de

los compuestos fluorescentes.

F2 F3

Figura 19 Placas cromatográficas de las fracciones F2 Y F3 desarrolladas a 366 nm

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42

Figura 21 Cromatograma de la placa de la fracción F3 a 366nm

Tabla 19 Valores de Rf, altura y porcentaje de los compuestos fluorescentes

N° compuesto Rf Altura % compuesto

1 0,075 47754,7 23,07

2 0,629 38296,2 18,50

3 0,990 12093,1 58,43

Elaborado por Taco L.

La tabla 19 indica que los compuestos 1 y 3 presentan mayor concentración, por otro lado,

se observa en la figura 20 que el pico del compuesto 3 tiene una amplitud mayor que los otros

compuestos lo que indica la presencia de una cola en la placa, aun así, no se observa picos

sobrepuestos por lo que se concluye que la cola es del mismo compuesto.

La figura 21 muestra el cromatograma de la separación de la fracción F3 de la cual se

obtuvo dos compuestos bien separados, se desarrolló utilizando el software VideoScan.

Tabla 20 Valores de Rf, altura y porcentaje de los compuestos fluorescentes

N° compuesto Rf Altura %

1 0,048 14710,0 24,52

2 0,994 48285,5 75,48

Elaborado por Taco L

La tabla 20 indica que el compuesto 2 presenta mayor concentración que el compuesto 1,

por otro lado, se observa en la figura 21 que el pico del compuesto 2 tiene una amplitud

mayor al otro compuesto esto se debe a la presencia de cola en la placa.

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43

Para extraer los compuestos fluorescentes separados por HPTLC se realizaron dos placas

preparativas adicionales en las que se sembró la fracción F2 y F3 en cada una de las placas.

Se realizó la extracción de cada compuesto fluorescente siguiendo la misma metodología

usada para la fracción F1.

En la figura 22 se muestra una pequeña diferencia de Rf de los compuestos fluorescentes

(C1F2, C2F2) de la fracción F2 que existe entre la placa cromatográfica desarrollada en

HPTLC con la placa desarrollada en TLC preparativa.

Como se observa en la figura 22 el compuesto C2F2, corresponde al compuesto 2 de la

placa de HPTLC, difieren un poco en el Rf, este cambio pudo haber ocurrido por las

condiciones ambientales en las que se elaboró la placa pues un factor que influye en la

separación es la humedad, donde si existe agua ocupando los puntos activos de la placa se

demora el corrido cromatográfico en consecuencia no se tiene una separación adecuada

afectando directamente al Rf. Por otro lado, el compuesto C3F2 corresponde al compuesto 3

de la placa de HPTLC.

En la figura 23 se muestra una pequeña diferencia de Rf de los compuestos fluorescentes

(C1F2, C2F2) de la fracción F2 que existe entre la placa cromatográfica desarrollada en

HPTLC con la placa desarrollada en TLC preparativa.

Figura 22 Comparación entre las placas cromatográficas desarrolladas en

HPTLC y TLC preparativa

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44

Figura 23 Comparación entre las placas cromatográficas

desarrolladas en HPTLC y TLC preparativa

En la figura 23 se muestran dos compuestos 1 y 2 de la placa de HPTLC donde el

compuesto 1 corresponde a C1F3, del TLC preparativa mientras que el compuesto 2 del

HPTLC corresponde al compuesto C2F3 del TLC preparativo. En la tabla 21 se indica las

masas de los tres compuestos separados.

Tabla 21. Masas obtenidas de los tres compuestos separados.

Compuesto Masa (mg)

C2F2 8,2

C3F2 10,6

C2F3 10,5

Elaborado por Taco L

Caracterización de los compuestos fluorescentes separados.

Al ser pequeña la cantidad de compuestos separados se corrieron cuatro placas

preparativas y se partió de 300 mg de extracto de Catharanthus roseus, con el fin de extraer

la mayor cantidad de compuestos fluorescente. Se realizó la separación seguida de los

compuestos fluorescentes mediante TLC preparativa.

Propiedades fiscas y químicas de los compuestos fluorescentes obtenidos.

La fluorescencia que se observa en los compuestos obtenidos en estado sólido es distinta

a la que se ve en solución, como muestra la tabla 22 esto se debe a que se consigue perturbar

las variaciones de energía entre los orbitales HOMO-LUMO de los compuestos al

interaccionar con otras moléculas, lo que se traduce en la modificación de la fluorescencia.

(Gomez, 2015) Además la fluorescencia se ve afectado por el solvente ya que a mayor

viscosidad del solvente mayor será la intensidad de fluorescencia o viceversa. (Skoog et al.,

2001).

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45

Tabla 22 Propiedades fiscas y químicas

N° compuesto Aspecto fisico Fluorescencia

en solido 366

nm

Fluorescencia

en sol. 366 nm

Solubilidad

C2F2 Aceitoso Amarillo Turquesa Etanol

Metanol

Acetato de etilo

C3F2 Aceitoso Amarillo-

verdoso

Azul

C2F3 Solido Amarillo Azul

Elaborado por Taco L

Pruebas cualitativas.

En la figura 24 se observa los resultados de la reacción Baljet realizada a los tres

compuestos fluorescentes donde dio reacción positiva para anillos lactónicos, formando un

precipitado rojo. Químicamente lo que se produce es una complejo formado por el ácido

pícrico y la lactona α, β, γ insaturadas produciendo un color o precipitado (Morales, 2008).

C2F2 C3F2 C2F3

Figura 24 Reacción de Baljet

En la figura 25 se puede observar la reacción de Keller Killani el cual dio positiva para

los compuestos C3F2, C2F3 donde se observa un anillo café claro en cada tubo de ensayo. Esta

reacción es positiva para los desoxiazúcares (Villa, Hormaza, & Arias, 2011), por lo que

existe la sospecha de que los compuestos C3F2 y C2F2 son de naturaleza glicosídica de igual

manera su aspecto físico concuerda con esa clase de metabolitos.

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46

Figura 25 Reacción de Keller Killani de los compuestos C3F2, C2F3

En la figura 26 se puede observar la reacción de Dragendorff el cual dio positiva para los

compuestos, C2F2, C3F2, C2F3 donde se observa un precipitado tomate en cada tubo de ensayo,

esta reacción es positiva para alcaloides. (Coy Barrera, Parra, & Cuca Suárez, 2014).

Tomando en cuenta las reacciones realizadas se puede decir que los compuestos separados

son alcaloides de tipo glicosídico que en su estructura contiene un grupo lactonico.

C2F2 C3F2 C2F3

Figura 26 Reacción de Dragendorff de los compuestos C2F2, C3F2, C2F3

Revelado.

En la figura 27 se indica la derivatización de los compuestos mediante luz ultravioleta a

366 nm donde se observó la coloración fluorescente de cada uno de ellos.

C3F2 C2F2

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47

Figura 27 Placa cromatográfica de los compuestos C3F2, C2F3, C2F2 revelada a una

longitud de onda de 366nm.

De igual manera en la figura 28 se muestra el revelado de los compuestos con el reactivo

p-anisaldehído para verificar la presencia de terpenos, aceites esenciales y saponinas

triterpénicas no se obtuvo resultado positivo pues los compuestos no presentaron

coloraciones violetas, lo mismo ocurrió al utilizar el reactivo NP para flavonoides.(Fallis,

2013)

Figura 28 Placa cromatográfica de los compuestos C3F2, C2F3, C2F2 revelada con p-

anisaldehído y NP.

Por otro lado, al ser positiva la reacción en tubo de ensayo con el reactivo de Baljet se

derivatizó la placa donde no se observó coloraciones rojas de los compuestos puede deberse

al límite de detección de la reacción, según la bibliografía el reactivo que se utiliza para el

revelado en placa puede detectar cantidades hasta de 0,1 mg (Stoddard, Nguyen, Mata-

Chavez, & Nguyen, 2007).

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48

Determinación de la temperatura de degradación de los compuestos fluorescentes

Los termogramas de los compuestos fluorescentes separados se corrieron con el fin de

determinar la temperatura de fusión de cada uno de ellos e indicar su pureza.

En la figura 29 se observa que el termograma del compuesto C3F2 muestra un pico

endotérmico agudo con una temperatura de fusión de 271,86 °C. No se observó picos de

degradación pues el rango se da a partir de 250 °C. Además, al tener solo un pico de fusión

se puede decir que no existe mezcla de compuestos. (Cordenonsi, Sponchiado, Campanharo,

Garcia, & Raffin, 2017; Granados, 2015)

Figura 29 Termograma del compuesto C3F2, a 10°C/min

En la figura 30 se observa que el termograma del compuesto C2F2 muestra dos picos de

temperatura de fusión que son 125,55 °C y 128,56 °C, asimismo sus picos son agudos y

endotérmicos. Tener dos picos endotérmicos indica dos cosas, la primera que el compuesto

no sea puro y la segunda en que haya existido perdidas sucesivas de moléculas de agua.

(Cordenonsi et al., 2017)

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49

Figura 30 Termograma del compuesto C2F2, a 10°C/min

En la figura 31 se observa que el termograma del compuesto C3F2 muestra un pico ancho

con una temperatura de fusión de 29,33 °C, y a partir de ahí el compuesto vuelve a cristalizar

el cual tiene el nombre de cristalización desde el fundido. (Mishra, Joshi, Srivastava, Tandon,

& Jain, 2014). En 250, 0 °C se observa un proceso exotérmico que puede corresponder a la

degradación del compuesto, lo que en los dos compuestos anteriores no sucedió.

Figura 31 Termograma del compuesto C2F3, a 10°C/min

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50

Análisis espectroscópico

Espectroscopia infrarroja.

Para interpretar los picos de los compuestos fluorescentes, el espectro se dividió en dos

regiones: entre 4,000-1,300 cm-1, que es la región llamada de grupos funcionales y entre

1,300-600 cm-1 que es la llamada región de la huella dactilar (Cordenonsi et al., 2017). En la

tabla 23 se muestra el rango de los grupos funcionales presentes en los tres compuestos

obtenidos.

Tabla 23 Señales de la espectrofotometría FT-IR de los grupos funcionales presentes en

los compuestos fluorescentes separados.

Intervalo cm-1 Especie química

3400-3200 R-OH

3550-3310 R-NH2

2960-2855 CH3- CH2 estiramiento asimétrico

1725-1705 >C=O

1650-1550 C=N

1500-1490 Aromáticos (núcleos bencénicos)

en sistemas condensados

810-750 1:3 di sustituidos (1 y/o 3

hidrógenos libres)

Fuente:(González, 2017) Modificado Taco L

En el espectro Infrarrojo del compuesto C2F2 (figura 32) se encontraron bandas

características de absorción en 3412,42 cm-1 con una banda ancha aguda característica del

grupo OH que puede tratarse del enlace glucosídico o propios del alcaloide, por otro lado, en

el rango de 3550-3310 cm-1 también están presentes el grupo R-NH2 lo que indica que podría

estar traslapado por el grupo OH. En 924,52 cm-1 y 2852,2 cm-1 se encuentran grupos alquilo

(CH3-CH2), el grupo C=O perteneciente a ɣ lactona α, β insaturada en 1725,01 cm-1, el grupo

1596,84 cm-1 se encuentra C=N su desplazamiento puede verse influenciado por anillos

aromáticos en su estructura (Vilaplana, Manteca, & González, 2004), el grupo C=C en

1460,81 cm-1 de aromáticos y el grupo C-O-C con un pico en 1116,58 cm-1.

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51

Figura 32 Espectro FT-IR del compuesto fluorescente C2F2

Figura 33 Espectro FT-IR del compuesto fluorescente C2F3

En el espectro Infrarrojo del compuesto C2F3 (figura 33) se encontraron picos

característicos de OH con una banda de absorción de 3423,03 cm-1 de la misma forma esta

vibración puede deberse al OH de glucósidos del alcaloide, grupos alquilo (CH3, CH2) en

2927,52 cm-1 y 2856,06 cm-1, así también el grupo C=O perteneciente a ɣ lactona α, β

insaturada en 1728,87 cm-1su desplazamiento electrónico se ve influenciado por el oxígeno

por lo que absorben en campos más bajos, el grupo C=N en 1615,84 desplazamiento que

puede deber a anillos aromáticos junto a su estructura, el grupo C=C en 1460,81 cm-1, por

último, el grupo C-O-C con un pico en 1113,59 cm-1

En el espectro Infrarrojo del compuesto C3F2 (figura 34) se encontraron picos de absorción

característicos, en 3412,42 cm-1 se manifiesta una banda ancha del grupo OH. En 2856,06

cm-1 y 2924,52 cm-1 se presentan vibraciones de grupos alquilo (CH3, CH2), en 1725,01 cm-

1 del grupo C=O perteneciente a ɣ lactona α, β insaturada cm-1 de un éster, 1615,09 cm-1 se

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52

Figura 34 Espectro FT-IR del compuesto fluorescente C3F2

encuentra vibración del grupo C=N desplazamiento que puede deber a anillos aromáticos

junto a su estructura, en 1377,89 cm-1 amina aromática, 1020 cm-1 -1270 cm-1 del grupo C-

O-C.

Espectroscopia Ultravioleta.

Los tres compuestos fluorescentes C2F2, C2F3, C3F2 presentaron los espectros de las figuras

35, 36, 37 respectivamente, donde se observa la presencia de varios picos de absorción en la

región ultravioleta del espectro electromagnético de 200 a 400nm.

Figura 35 Espectro Ultravioleta del compuesto fluorescente C2F2

La figura 35 muestra la presencia de un pico con una absorbancia (A) de 2,046 a una

longitud de onda (λmax) de 241,0 nm, también presenta varios picos con menor intensidad que

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pueden ser producidos por la presencia de transiciones electromagnéticas en distintas

moléculas.

Figura 36 Espectro Ultravioleta del compuesto fluorescente C2F3

La imagen 36 muestra una longitud de onda máxima (λmax) 239 nm se produjo una

transición electromagnética con una absorbancia (A) de 1,544. Además, existen picos no

definidos, pudiendo ser producidos por el ruido experimental.

Figura 37 Espectro Ultravioleta del compuesto fluorescente C3F2

En la figura 37 se observa la presencia de un pico con una longitud de onda máxima (λmax)

de 242,1 nm y una absorbancia (A) de 1,562.

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Las longitudes de onda de máxima absorción de los tres compuestos fluorescentes C2F2,

C2F3, C3F2 se midieron en el espectrofotómetro UV-VIS con doble haz descartando la

influencia del solvente ya que algunos solventes tienden a eliminar la forma fina del espectro

como resultado de los efectos vibracionales. (F.C.Q, 1998).

En la tabla 24 se muestra el tipo de transiciones presentas los compuestos separados, su

absorción intensa y débil.

Tabla 24 Transiciones teóricas

Transiciones

Absorción Intensa Absorción Débil Grupo Funcional

𝜋 → 𝜋∗ 𝑛 → 𝜋∗ -C=C-C=O

240 nm -245 nm 320 nm -330 nm

Modificado (Olivares, 2000)

Por tanto, los compuestos separados tienen una longitud máxima en un rango de 230,0 nm

- 250,0 nm que corresponde a la conjugación de un anillo con un grupo carbonilo donde

tienen una menor extensión de conjugación.(Osmany Cuesta R, Ingrid Márquez H, 2015).

Existe un grupo de alcaloides llamados alcaloides lactónicos (figura 38) que tienen

máximo de absorción en un rango de 224 nm a 253 nm comparándoles con los λmax de los

compuestos C2F2, C3F2, C2F3 todos están dentro del rango, este resultado concuerda con los

grupos funcionales que se obtuvieron de la espectroscopia Infrarroja pues los tres compuestos

posee el grupo C=N, el grupo OH de grupos hidroxilo o glicosídicos, C=O del grupo

lactónico y C=C del anillo aromático.(Pelletier, 1995; Soares, Marcheafave, Gomes,

Scarminio, & Bruns, 2018). Además, al tener electrones libres en su estructura y al irradiar

luz UV estos entran a un estado de excitación provocando la fluorescencia de la molécula.

Por otro lado, la especie Catharanthus roseus es conocida por que en su composición química

la mayoría de compuestos son alcaloides(Dávila, Rojas Corrales, & Castillo, 2018), la figura

38 muestra la estructura de un alcaloide lactónico donde R1, R2 Y R3 pueden ser un azúcar

u otros anillos que pueden estar conjugados.

Figura 38 Estructura de alcaloides lactónicos

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Diseño Experimental

Cálculo de los efectos sobre la variable respuesta.

Se utilizó la matriz estandarizada del capítulo III y el algoritmo de Yates para calcular los

valores de los efectos sobre los compuestos fluorescentes. La tabla 25 indica la magnitud y

el sentido de los valores de los efectos de Pr, S y su interacción.

Tabla 25 Efectos calculados sobre el número de manchas fluorescentes mediante el

Algoritmo de Yates.

N° de

experimentos

Factores

Algoritmo Identificación

Pr S Respuesta (1) (2) Divisor Efectos

1 10 Sin pad 5 8 16 4 4 Promedio

2 20 Sin pad 3 8 -2 2 -1 Pr

3 10 Con pad 4 -2 0 2 0 S

4 20 Con pad 4 0 2 2 1 Pr´S

Elaborado por Taco L

Los valores de la tabla 25 indican que el preacondicionamiento de la placa (P) influye de

forma negativa en la separación de los compuestos fluorescentes. La influencia negativa

producida por el cambio en el tiempo de preacondicionamiento de la placa desde -1 (10 min)

a +1 (20 min) puede deberse a la sobresaturación de la placa pues si bien es cierto que la

placa debe estar en equilibrio con fase de vapor del eluyente, pero no debe sobrepasar los 5

min de preacondicionamiento, cabe recalcar que este tiempo solo rige para las placas que

ingresen después de una previa saturación de la cámara cromatográfica pues de otra manera

debe la placa permanecer máximo 30 min dentro de la cámara para que entre en equilibrio

con la fase de vapor. Por lo tanto, un aumento de tiempo en el preacondicionamiento de la

placa con previa saturación va a provocar que los puntos activos de la placa se saturen y

demoren más en suceder el intercambio del vapor durante la separación. (Spangenberg et al.,

2011)

Además, los valores indicados en la tabla 25 sobre el tipo de saturación de la cámara

cromatográfica muestra que no influye en la separación de los compuestos fluorescentes,

pues realizar la experimentación sin papel (-1) o con papel (+1) da como resultado el mismo

número de compuestos. Esto se debe a que el papel filtro es bueno para saturar cámaras que

no se hayan saturado previamente, por otro lado, el papel filtro se usa para saturar cámaras

grandes en poco tiempo, ya que ayuda a que el solvente pueda evaporarse en un área de

mayor superficie en tan solo 5 min. (Spangenberg et al., 2011). Por esta razón no sirve mucho

realizar este procedimiento porque cabe la posibilidad de que se sobresature la cámara y al

mismo tiempo el vapor del solvente ocupe la mayor cantidad de puntos activos de la placa, e

impida la separación de los componentes de la mezcla.

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Cálculo de la significancia estadística de los efectos.

Para el cálculo de la significancia estadística de los efectos se emplearon los valores de la

desviación estándar de los efectos expresados en la tabla 26.

Tabla 26 Determinación de desviación estándar de los efectos

N° Exp Pr S R 1 R 2 Media

�̅�

Varianza

(s2)

Desviación

estándar de las

réplicas (S réplica

Desviación

estándar del

efecto (S efecto)

1 10 Sin pad 4 5 4,5 0,5

0,71 0,71

2 20 Sin pad 3 2 2,5 0,5

0,71 0,71

3 10 Con pad 3 4 3,5 0,5

0,71 0,71

4 20 Con pad 4 4 4 0 0 0

Elaborado por Taco L

La significancia estadística se estimó al 95% de confianza (2σ), por el método de réplica

de diseño completo. Para el 95% de confianza y 3 grados de libertad, k tomó el valor de

2,353.(Gutiérrez Humberto, 2008)

Tabla 27 Significancia estadística de los efectos Pr, S y su interacción

Tipo de

efecto

efecto Valor del efecto k K*SE Significancia

estadística

Primario Pr |−1,00| 2,353 1,18 No

Significativo

Primario S 0 2,353 1,18 No

significativo

Secundario Pr´S |1,00| 2,353 0 Significativo

Elaborado por Taco L

En la tabla 27 se muestra la significancia estadística que tiene cada variable con respecto

a la variable respuesta la cual es el número de compuestos fluorescentes separados. Se puede

observar que el preacondicionamiento de placa (Pr) y el tipo de saturación de la cámara (S)

son factores estadísticamente no significativos porque su valor absoluto es menor a la

desviación estándar del efecto esto quiere decir que los dos factores individualmente no

producen ningún cambio en la variable respuesta.

Por otro lado, que la interacción de los dos factores Pr y S presentan significancia

estadística como se observa en la figura 39.

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Figura 39 Interacción de los efectos principales

La figura 39 indica que cuando el tiempo de preacondicionamiento se encuentra en su

nivel más bajo el tipo de saturación influye considerablemente en el número de compuestos

fluorescentes separados, por el contrario, cuando el tiempo de preacondicionamiento se

encuentra en su nivel más alto la saturación no influye demasiado en el número de

compuestos fluorescente separados.

Los datos del diseño experimental permitieron establecer que el mejor sistema

cromatográfico para la separación de compuestos fluorescentes de Catharanthus roseus se

obtuvo a las condiciones de preacondicionamiento (Pr)=10 min y tipo de saturación de la

cámara cromatográfica (S) = sin pad, por ende al tener una buena separación de estos

compuestos se pudo verificar la hipótesis de trabajo de la investigación pues se caracterizó

espectrofotométricamente tres compuestos fluorescentes separados obtenidos del extracto

etanólico de Catharanthus roseus.

Por lo tanto, se caracterizó tres compuestos con fluorescencia azul C2F2, C3F2, C2F3

mediante pruebas cualitativas, espectroscopia infrarroja, espectroscopia ultravioleta

concluyendo que los mismos se tratan de alcaloides lactonicos (figura 38).

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Capítulo V

Conclusiones y Recomendaciones

Conclusiones

Se prepararon muestras estandarizadas de Catharanthus roseus mediante la

homogenización del tamaño de partícula y determinación de humedad relativa. La muestra

estandarizada tuvo humedad relativa de 5,19 % ± 0,04 %.

Se obtuvieron extractos etanólicos totales de las muestras estandarizadas de Catharanthus

roseus mediante el método de percolación dando como resultado un porcentaje promedio de

24,41 % ±0,78 %. De igual manera se identificó la autofluorescencia de la especie mediante

un microscopio electrónico adaptado una luz ultravioleta de 365 nm.

Se seleccionó el mejor sistema de cromatografía en capa fina de alto rendimiento

(HPTLC) utilizando un diseño factorial completo 22 con un nivel de confianza al 95%, se

obtuvo que el mayor número de compuestos fluorescentes separados y la mejor resolución

se dio con los parámetros de tiempo de preacondicionamiento (Pr) = 10 min y tipo de

saturación de la cámara = sin pad. Donde ninguno de los dos factores tuvo significancia

estadística pero su interacción si fue estadísticamente significativa.

Se separaron los compuestos fluorescentes mediante cromatografía en capa fina

preparativa (TLC preparativa) , se obtuvieron tres compuestos con masas de 8,2 mg de C2F2;

10,5 mg de C3F2 y 10,6 mg de C2F3, con un aspecto fisco semiaceitosos para C2F2; C3F2 y un

sólido para C2F3.

Mediante calorimetría de barrido se identificó los puntos de fusión de los compuestos

fluorescentes las cuales son para C3F2 271,86 °C, el compuesto C2F2 presento dos

temperaturas de fusión 125,55 °C y 128,56 °C lo que indicó que el compuesto esta impuro.

El compuesto C2F3 presento un proceso de cambio de fase a una temperatura de 29,33 °C y

un proceso exotérmico a 250,0 °C.

Mediante espectroscopia Infrarroja se determinó que los tres compuestos tienen en su

estructura grupos carbonilo de la 𝜶, 𝜷, 𝜸 lactona, alquilo, C-O-C, C=N, C=C de los anillos

aromáticos.

Se obtuvo mediante espectrofotometría ultravioleta longitudes de onda máxima de

absorción (λ máx.) para los tres compuestos fluorescentes C2F2; C3F2; C2F3 de 241 nm, 242

nm y 239 nm respectivamente.

Por último, se puede concluir que los tres compuestos separados son un tipo alcaloides

lactonicos pues los datos obtenidos de la espectroscopia UV e Infrarroja concuerdan con la

bibliografía estudiada.

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Recomendaciones.

Se recomienda al Laboratorio de Productos Naturales de la Facultad de Ciencias Químicas

de la Universidad Central del Ecuador desarrollar un nuevo método de separación de los

compuestos fluorescentes mediante cromatografía flash con detector UV- vis y utilizar

química computacional como método de caracterización.

Se recomienda realizar una investigación de la capacidad antioxidante, antibacteriana, y

citotóxica de los compuestos fluorescentes obtenidos pues los mismos se aplican en el campo

de la biomedicina como sondas fluorescentes.

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66

Anexo A Árbol de problemas

Caracterización espectrofotométrica de

compuestos fluorescentes.

Falta de

información de

metabolitos

secundarios

fluorescentes

Procedimientos

largos de

extracción de

compuestos

naturales

Falta de

dilucidación

estructural de

compuestos

fluorescentes

naturales

Uso excesivo

de compuestos

fluorescentes

sintéticos

Investigaciones

repetidas de las

mismas especies

naturales

Síntesis de

compuestos

fluorescentes a

partir de

reactivos tóxicos

Daños a la salud

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Anexo B. Categorización de variables

Metabolitos secundarios

fluorescentes

Clasificacion de los metabolitos secundarios

Compuestos fluorescentes

Naturales

Sintéticos

Espectroscopía Infrarroja

Ultravileta- vis

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68

Anexo C. Hoja de recolección de Datos

Elaborado por Taco L.

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

Instrumento de recolección de datos

Datos para la caracterización de compuestos fluorescentes

Fecha del análisis:

Patrón

Preacondicionamiento

de la placa

cromatográfica (min)

Tipo de

saturación de

la cámara

cromatográfica

Numero

de

compuestos

separados

Picos

de

absorción

en el

espectro

IR

Longitud

de onda

máxima de

absorcion

1

2

3

4

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Anexo D. Equipos, materiales

Equipos y materiales Marca Modelo

Equipo

Balanza analítica Denver Instrument PI 214

Balanza de precisión Ohanus PA 1502

Calorímetro diferencial de Barrido TA Instruments Q 2000

Cromatógrafo HPTLC CAMAG Linomat-

5

Espectrofotómetro IR JASCO FT/IR

Espectrofotómetro UV-Visible Varian Cary 50

Estufa con convección natural Binder BD240

Estufa de convención forzada Binder BF 53

Microscopio Electrónico

Purificador de agua Mokcekk

1805 a

Rotavapor J.P. Selecta -

Tamizadora vibratoria Gilson SS-15

Material

Cámara cromatográfica -

Camara UV - -

Equipo de percolación - -

Equipo Söxhlet - -

Material de vidrio

Molino Victoria -

Placas cromatográficas C18/100

Placas de vidrio 20*20

Plancha de agitación THERMO SCIENTIFIC

Elaborado por Taco L.

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Anexo E. Reactivos

Reactivos Marca Grado

Acetato de etilo - Analítico

Agua Destilada Tipo I

Baljet

Ciclohexanona - -

Etanol - Analítico

Hexano - -

Hidroxido de Sodio Merck KgaA 1310-73-2 99%

Metanol - Analítico

Silica gel GF254 -

Elaborado por Taco L.

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Anexo F Placas desarrolladas a 366 nm, con sus respetivas replicas

Figura 40 Placas desarrolladas a 366 nm del tratamiento Pr = 20 min. S= sin pad

Figura 41 Placas desarrolladas a 366 nm del tratamiento Pr = 10 min. S= sin pad

Figura 42 Placas desarrolladas a 366 nm del tratamiento Pr = 10 min. S= con pad

1 Experimentación

2 Experimentación

3 Experimentación

Replica

Experimen

tación

Replica

Replica

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Figura 43 Placas desarrolladas a 366 nm del tratamiento Pr = 20 min. S= con pad

Anexo G Compuestos fluorescentes obtenidos.

C2F2

C3F2

C2F3.

4 Experimentación Replica