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REVISTA de la
SOCIEDAD
Q UÍMICA
de
MÉXICO
CONTENIDO
Investigación
Esteranos y terpanos como marcadores biológicos en la prospección petrolera
Jorge A. García,* José A. Sánchez yMario A. Guzmán
1-6
Microscopía in situ aplicada al estudio de la formación de coque durante
el procesamiento del petróleo pesado
Rafael Díaz Real
7-14
Geles de pectina de bajo metoxilo modificadas enzimáticamente
Claudia Correa, Y. Garza, Jesús Rodríguez, Cristóbal Noé Aguilar* yJuan Conteras-Esquivel
15-17
Recubrimiento de quitosán en aguacate
Leticia Salvador, Susana P. Miranda,* Nidia Aragón y Virginia Lara
18-23
Revisión
An Integrated, Holistic Experimental and Theoretical Approach Applied to the Derivation
of the 3D Structure of Bovine Amelogenin implicated in Amelogenesis imperfecta,
a Molecular Disease Characterized by a Single Point Mutation
V. Renugopalakrishnan,* R. Garduño-Juárez, Juan Carlos Hernández Guerrero,
Patricia N. Casillas-Lavín andK. Ilangovan
24-29
Espiro-2(1H)quinolinas: síntesis y propiedades
Vladimir Kouznetsov
30-35
Comentarios
El Doctor Eusebio Juaristi Cosío: Premio Nacional de Ciencias y Artes 1998
en el área de Ciencias Fisicomatemáticas y Naturales
36-37
La Revista de la Sociedad Química de México se encuentra indizada en Chemical Abstracts, Bioscience Information Service,
Chemisches Zentralblatt, Sumario Actual de Revistas (España), Russian Institute of Scientific and Technical Information.
Las instrucciones para los autores aparecen publicadas en el número 1 de cada volumen.
*En los artículos con más de un autor, el asterisco indica a quien debe dirigirse la correspondencia.
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REVISTA de la SOCIEDAD QUÍMICA de MÉXICO
(Rev. Soc. Quím. Méx.) ISSN 0583-7693
Publicación bimestral editada y distribuida por la Sociedad Química
de México, A.C., Mar del Norte núm. 5, Col. San Álvaro,
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Editor: Guillermo Delgado Lamas.
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Edición e impresión: S y G editores S.A. de C.V.,
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Tel.: 5619-5293 / 5617-5610; email: 1arturo@nova.net.mx .

Editorial
Se han realizado algunas modificaciones en la Revista
de la Sociedad Química de México para el
presente año, las cuales se refieren al consejo editorial,
al formato, a las instrucciones para los autores,
y a la portada.
Me es grato informar que los doctores Nikolaus
H. Fischer, de la Universidad Estatal de Luisiana,
EUA; Jacobo Gómez-Lara, del Instituto de Química
de la UNAM; y Joaquín Tamariz Mascarúa, de la
Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del IPN, se
han incorporado al Consejo Editorial. Todos ellos
han colaborado en diferentes tareas relacionadas con
la Revista y cuentan con el aprecio y reconocimiento
de los miembros de la Sociedad Química
de México. El doctor Fischer ingresó en 1998 a la
Academia Mexicana de Ciencias, y ha mantenido,
durante más de dos décadas, colaboraciones científicas
con varios investigadores de nuestro país.
Como los lectores notarán, se han llevado a
cabo cambios adicionales en el formato de la Revista.
Los textos se presentan ahora en dos columnas,
con la finalidad lograr un mejor aprovechamiento
del espacio disponible y permitir una mejor ubicación
de las fórmulas, figuras y esquemas. Las llamadas
a las referencias han cambiado, y la referencia
del artículo se incorpora en la primera página
del mismo. El Fís. Arturo Sánchez y Gándara se desempeña,
a partir de 1999, como Editor Técnico, y
estará a cargo de la tipografía e impresión de la Revista.
Para los autores que lo requieran, es posible
reproducir gráficas, figuras y fotografías a color.
Las instrucciones para los autores se han modificado
en búsqueda de la simplicidad y la eficiencia.
El seguimiento expedito de las instrucciones y
la claridad del manuscrito facilita no solo la evaluación
por parte de los árbitros, sino también redunda
en el procesamiento tipográfico eficiente del escrito,
y por consiguiente, en el acortamiento del tiempo
de publicación.
La portada se ha modificado, tomando en consideración
a los primeros volúmenes de la Revista
de la Sociedad Química de México. A cuarenta y
tres años de distancia, es pertinente recrear nuevamente
una portada exclusivamente informativa,
sin la variedad de colores y motivos que se han
empleado en los años recientes. Varias generaciones
de profesionales de la química han colaborado
con la Revista, y la rememoración del motivo de
la portada del primer volumen, en 1957, representa
un reconocimiento a los iniciadores de la publicación.
Indudablemente que el formato de la Revista es
importante, pero la parte esencial corresponde al
contenido de los trabajos que se publican en ella, lo
cual es mérito y responsabilidad de los autores. Es
satisfactorio mencionar que recientemente se han
publicado trabajos de grupos de investigación de
Europa y Latinoamérica, y que ha habido un aumento
en el número de artículos recibidos para publicación.
Este es un medio de divulgación científica
que ha pertenecido, desde hace más de cuatro
décadas, a toda la comunidad de profesionales de la
química de nuestro país, a quienes invitamos cordialmente
a considerar a la Revista de la Sociedad
Química de México para la publicación de sus trabajos.
Dr. Guillermo Delgado Lamas

Revista de la Sociedad Química de México, Vol. 43, Núm. 1 (1999) 1-6
Investigación
Esteranos y terpanos como marcadores biológicos
en la prospección petrolera
Jorge A. García 1 *, José A. Sánchez 1 y Mario A. Guzmán 2
1Subdirección de Protección Ambiental; 2 Subdirección de Exploración y Producción. Instituto Mexicano del Petróleo.
Eje Central Lázaro Cárdenas 152. Col. San Bartolo Atepehuacan. 07730 México, D.F.
Tel.: 5333-4080; fax: 5368-2968; E-mail: jgarcia@www.imp.mx
Resumen. Si bien los métodos clásicos tales como la gravimetría,
magnetometría y sismología, utilizados en la localización de yacimientos
de petróleo han demostrado ser confiables, la imperante
necesidad de encontrar nuevas áreas productoras de hidrocarburos,
que contribuyan a incrementar las reservas disponibles de crudo, ha
impulsado la aplicación del estudio de biomarcadores como herramienta
geoquímica notablemente confiable y precisa en la prospección
petrolera. En este trabajo se presentan los aspectos más relevantes
obtenidos del estudio de la distribución de biomarcadores de
las familias de terpanos y esteranos en cinco aceites representativos
de la cuenca Tampico-Tuxpan. Los aceites se analizaron por cromatografía
de gas-espectrometría de masas (CG-EM) utilizando el método
de monitoreo selectivo de iones, para establecer la distribución de
los biomarcadores y, mediante su estudio, contribuir al mejoramiento
de la caracterización geoquímica de las muestras con el propósito de
apoyar las actividades de exploración petrolera.
Abstract. There are several methods used in oil prospecting projects;
some of the most commonly used to locate oil reservoirs include
gravimetry, magnetometry and seismic studies. Nowadays, prospecting
for sources of oil requires of new and improved methodologies
such as the use of biomarkers. In this case, the results of biomarker
distribution (steranes and terpanes) in five crude oils representatives
of the Tampico-Tuxpan basin are shown. The oils were analyzed by
gas chromatography-mass spectrometry using the selected ion monitoring
as the acquisition mode. The findings contribute to improve
the geochemical characterization of the samples and to support the
exploration activities in that basin.
Introducción
La geoquímica orgánica es el área de la química relacionada
con el estudio de la materia orgánica presente en materiales
geológicos, tales como carbones, aceites y rocas sedimentarias,
desde su incorporación a los diferentes ambientes de
depósito hasta su transformación termoquímica en hidrocarburos
[1]. Esta disciplina científica se encuentra íntimamente
ligada con la química orgánica de productos naturales y de
síntesis, así como con la química analítica, la fisicoquímica
orgánica y la geología.
Los biomarcadores, también conocidos como marcadores
biológicos, son compuestos orgánicos fósiles presentes en
muestras geológicas. Estos productos conservan la estructura
básica de sus moléculas precursoras, de origen biogénico, a
través del registro geológico, por lo que permiten correlacionar
entre aceites crudos, y entre aceites y rocas generadoras, lo
cual a su vez permite relacionar los caminos de migración del
petróleo con los depósitos de los mismos. Por lo anterior, los
biomarcadores constituyen una herramienta valiosa en la exploración
petrolera. Cuando se cuenta con un cierto número de
manifestaciones de hidrocarburos, es posible llegar a definir la
presencia de familias de aceites, así como lograr establecer la
existencia de diferentes rocas madre y/o variaciones de madurez
en aceites. Por otra parte, el conocimiento de la distribución
de los biomarcadores en muestras geológicas permite inferir
el medio ambiente de depósito de la materia orgánica y el
tipo al cual ésta pertenece.
Los biomarcadores se encuentran presentes en las muestras
geológicas, en concentraciones menores al 1%, formando
parte de mezclas complejas con otros compuestos de diversas
clases químicas. Para lograr detectarlos es necesario, primero,
separar los extractos de roca o aceites en familias de compuestos
utilizando cromatografía líquida. Una vez obtenidas
las fracciones más simples y concentradas en biomarcadores,
éstas son analizadas por CG-EM computarizada. Al monitorear
únicamente la variación en intensidad de los iones característicos
para los diferentes biomarcadores, en lugar de adquirir
un espectro de masas completo en cada barrido, la sensibilidad
del espectrómetro se incrementa en varios órdenes
de magnitud. Este modo de detección se conoce como monitoreo
selectivo de iones (SIM, por sus siglas en inglés) y la
gráfica resultante que relaciona la intensidad de un ion particular
en función del tiempo de retención, se conoce como
perfil de la corriente iónica seleccionada (PCIS). Estos perfiles
permiten conocer el número de carbonos de cada isómero

2 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999) Jorge A. García et al.
y la distribución de éstos en una familia particular de biomarcadores.
En esta comunicación se presentan los resultados del
estudio de la distribución de terpanos y esteranos en aceites
crudos provenientes de la cuenca Tampico-Tuxpan. Se consideraron,
principalmente, las propiedades moleculares que
son poco dependientes de la madurez y que están íntimamente
ligadas al ambiente de depósito. Los resultados obtenidos
manifiestan la importancia de los biomarcadores como herramienta
analítica en la prospección petrolera.
Parte experimental
Una porción (50 mg) de cada uno de los aceites se separó en
las correspondientes fracciones saturadas, aromáticas y
polares utilizando una columna de vidrio de 30 cm de largo y
1 cm de diámetro. La parte inferior de la columna se empacó
con una capa de gel de sílice, malla 60-200, y sobre ésta se depositó
una capa de alúmina, malla 60-200; el espesor de cada
una de las capas de adsorbente fue de 3 cm. La fracción saturada
se eluyó con 30 ml de n-pentano, la aromática con 30 ml
de una mezcla de n-pentano-tolueno (60:40) y la polar con 30
ml de una mezcla de tolueno-metanol (60:40).
Las fracciones saturadas se analizaron en un sistema cromatógrafo
de gas-espectrómetro de masas-sistema de datos
(CG-EM-SD) Finnigan modelo 4021.
La separación de los componentes de la fracción saturada
se llevó a cabo en una columna capilar de gel de sílice fundida
con fase estacionaria de 5% de fenilo y 95% de metil silicón;
de 30 m de largo, 0.25 mm de diámetro interno y 0.25
µm de espesor de película, utilizando helio como gas portador.
La presión de entrada de helio fue de 18 psi y la velocidad
de flujo fue de 30 cm/s; el flujo de la columna fue de 1
ml/min. La temperatura del inyector se mantuvo a 300°C, utilizándose
un volumen de inyección de 1 µl. La programación
de la temperatura fue: temperatura inicial, 70°C durante 2
min, después se incrementó la temperatura con una razón de
30°C/min, hasta llegar a 190°C y finalmente se llevó a 300°C
a 2°C/min; esta última temperatura se mantuvo durante 20
min. Se usó el modo de inyección sin división de flujo; la
válvula divisora de flujo se mantuvo cerrada durante 1.5 min
y después de este tiempo se abrió y así permaneció hasta el
final de la cromatografía. La relación de división de flujo fue
de 1:70.
El EM fue operado en el modo de ionización de impacto
electrónico, con la temperatura de la fuente de iones en
250°C y la presión en 1 × 10 –6 torr. La corriente de emisión
del filamento fue de 0.25 mA y la energía de ionización de 70
eV. El modo de detección utilizado fue el de SIM, empleando
un tiempo de residencia de 0.4 s para la detección de los
iones de m/z 191 y m/z 217 dentro de un ciclo de barrido de
0.5 s. La escala de masas se calibró con perfluorotributilamina.
Todos los datos se almacenaron y procesaron con el sistema
de datos Incos en una computadora Nova 3 Data General.
Antecedentes
Los biomarcadores comprenden familias químicas muy diversas
e incluyen desde estructuras muy simples, como las n-parafinas
o los isoprenoides acíclicos, hasta compuestos muy complejos,
como los esteranos, los terpanos y las porfirinas. Entre
éstos últimos, los terpanos y los esteranos han sido los que más
aplicación han tenido en la exploración petrolera. Estos compuestos
no existen como tales en la naturaleza, pero están
estrechamente relacionados con sus correspondientes precursores,
los terpenoides y los esteroides, mismos que están
presentes en proporciones variables en muchos organismos.
Durante la diagénesis, a través de complejos cambios químicos
y bioquímicos, algunos de estos precursores se convierten en
formas más estables, los biomarcadores, que son preservados
en el registro fósil. De esta manera las peculiaridades estructurales
de cada molécula biológica precursora queda reflejada
en la molécula del biomarcador al que dio origen. Las estructuras
químicas de los biomarcadores encontrados en los aceites
y/o extractos de roca constituyen, por lo tanto, un reflejo de los
compuestos precursores presentes en la materia orgánica
fuente. Esta información molecular constituye una herramienta
valiosa en la reconstrucción de las condiciones ambientales
contemporáneas del depósito de material orgánico [2].
Los terpanos son compuestos triterpenoides producidos
principalmente por bacterias y cianobacterias, y constituyen
una gran variedad de compuestos que forman series homólogas.
Se clasifican en tricíclicos, tetracíclicos y pentacíclicos,
de acuerdo con el número de anillos condensados que posean.
Los terpenoides tricíclicos tienen de diecinueve a cuarenta y
cinco carbonos, mientras que los tetracíclicos tienen de veinticuatro
a veintisiete y los pentacíclicos forman una serie
homóloga con compuestos de veintisiete a treinta y cinco átomos
de carbono. Los terpanos pentacíclicos, cuya estructura
base se muestra en la figura 1a, han sido los más estudiados y
se clasifican en hopanos y moretanos [3]. Los primeros con la
configuración 17α(H), 21β(H) y los últimos con la configuración
17β(H), 21α(H), existiendo los estereoisómeros RS en
la posición 22 a partir del homólogo C 31 . Los terpanos poseen
como característica común un fragmento iónico de m/z 191
que corresponde al pico base en el espectro obtenido por impacto
electrónico en el modo de barrido.
Los esteranos, al igual que los terpanos, no existen como
tales en los organismos vivos. Son el resultado de procesos
diagenéticos y catagenéticos y como tales son preservados en
las muestras geológicas. Tienen como principales precursores
a los esteroles de las algas, aunque también pueden provenir,
en menor proporción, de vegetales superiores. Los esteranos
que mantienen esencialmente el mismo esqueleto de carbono
que sus precursores biológicos se conocen como esteranos regulares;
entre estos esteranos, los más significativos son los
que poseen veintisiete, veintiocho, veintinueve y treinta átomos
de carbono. Este tipo de compuestos sufre transposiciones
de los grupos metilo que se encuentran en los carbonos 10
y 13, a las posiciones 5 y 14 durante la diagénesis, asociada al
medio sedimentario, o durante la catagénesis, asociada a la

Esteranos y terpanos como marcadores biológicos en la prospección petrolera 3
posiciones 5, 14 y 17. El ion de m/z 217 es el de mayor abundancia
en la fragmentación de estos compuestos.
En la figura 2a se muestra un PCIS de los iones de m/z
191, típico de terpanos, y en la figura 2b se presenta un PCIS,
típico de esteranos, obtenido por monitoreo de los iones de
m/z 217.
Discusión de resultados
Fig. 1. Estructura base de los terpanos pentacíclicos (a) y de los esteranos
(b).
evolución térmica. Los compuestos resultantes se conocen
como diasteranos o esteranos transpuestos.
Los esteranos poseen tres anillos condensados saturados
de seis átomos de carbono cada uno, un anillo de cinco carbonos
y una cadena lateral. Su estructura base se muestra en la
figura 1b. Estos compuestos presentan cuatro estereoisómeros
de interés geoquímico [4]: las combinaciones de los isómeros
S y R en la posición 20 con los isómeros ααα y αββ en las
Facies orgánicas. Ambiente de depósito y organismos
precursores
En virtud de que las facies orgánicas constituyen los criterios
para evaluar los procesos físicos, químicos y biológicos que
controlan las distribuciones de los sedimentos orgánicos en el
espacio y tiempo geológicos [5], ellas indican el tipo de precursores
orgánicos de los sedimentos así como las condiciones
físicoquímicas del ambiente deposicional en términos de
salinidad y nivel de oxigenación. Así, las características geoquímicas
de un aceite o extracto de roca constituyen una herramienta
valiosa en la reconstrucción de las condiciones ambientales
prevalecientes durante la deposición de la materia
orgánica, debido a que las características moleculares de algunos
compuestos constituyen un diagnóstico de ciertos organismos
específicos cuya presencia ha sido bien establecida en
ambientes de diferentes edades. En este sentido, los esteranos
y los terpanos proporcionan información sobre las características
de las facies orgánicas de una roca.
Esteranos. El hecho de que las proporciones relativas de
los terpanos regulares varíe en diferentes muestras de aceite
con relación al tipo de materia orgánica presente en ellas, ha
permitido relacionar las concentraciones relativas de los esteranos
regulares C 27 a C 29 con ambientes deposicionales específicos
[6]. Así, los esteranos en el registro fósil pueden propor-
Fig. 2. PCIS, de m/z 191, típico de terpanos (a), y de m/z 217, típico de esteranos (b).

4 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999) Jorge A. García et al.
Tabla 1. Parámetros geoquímicos derivados de terpanos y esteranos en los aceites Tamaulipas-53, Barcodón-109, Cerro Azul-4,
Tres Hermanos-132, Silosuchil-1001.
Parámetros
Aceite Tamaulipas-53 Barcodón-109 Cerro Azul-4 Tres Hermanos-132 Silosuchil-1001
% Esteranos C 27 27.81 28.73 27.08 27.91 29.63
% Esteranos C 28 28.79 28.68 27.85 28.97 28.9
% Esteranos C 29 43.4 45.29 45.06 43.12 41.37
Terpanos C 35 /C 34 2.14 1.48 1.42 2.14 N.D.
Terpanos C 29 /C 30 1.06 1.15 1.6 1.44 1.31
Esteranos C 29 αββ/(αββ + ααα) 0.57 0.56 0.56 0.57 0.59
Esteranos C 29 20S/(20S + 20R) 0.48 0.49 0.48 0.46 0.57
Tm/Ts 7.83 3.9 3.31 2.04 0.5
N.D. = No determinada, ya que no se observan las señales correspondientes debido al avanzado estado de madurez manifestado por la muestra.
Fig. 3. PCIS de m/z 217 correspondientes a los aceites Tamaulipas-53
(a), Barcodón-109 (b), Cerro Azul-4 (c), Tres Hermanos-132 (d) y
Silosuchil-1001 (e).
cionar una valiosa información paleoambiental: una predominancia
de esteroles C 29 puede sugerir una contribución significativa
de material orgánico terrestre en el ambiente deposicional,
mientras que una predominancia de los C 27 puede indicar
un aporte importante de fitoplancton marino. Generalmente
los esteranos C 28 se encuentran en menor proporción y cuando
llegan a encontrarse en proporción relativamente abundante,
pueden indicar un aporte significativo de material lacustre. Sin
embargo, el esquema anterior no siempre se cumple y es necesario
utilizar con reservas estas observaciones. Otras investigaciones
han propuesto que los esteranos C 30 son marcadores
definitivos de ambiente marino, ya que este tipo de compuestos
se han encontrado en muestras con contribución de materia
orgánica marina y se ha demostrado que existe una abundancia
relativamente alta de esteroles C 29 en ciertas algas marinas [7].
Por otra parte, es importante mencionar que muchas muestras
depositadas lejos de la influencia continental, muestran una
predominacia de esteranos C 29 indicando que existe una fuente
marina de este tipo de biomarcadores.
En la tabla 1, la cual muestra los parámetros derivados de
la distribución de los biomarcadores correspondientes a los
aceites estudiados, y en la figura 3, donde se muestran los PCIS
que corresponden a los esteranos de las mismas muestras,
puede observarse que todos los aceites presentan un mayor porcentaje
de esteranos C 29 , lo cual, en combinación con la presencia
de esteranos C 30 , sugiere un ambiente deposicional marino.
La representación gráfica de las concentraciones relativas
de los esteranos C 27 , C 28 y C 29 , en el diagrama ternario mostrado
en la figura 4, permite apreciar que los aceites se distribuyen
en una área restringida. Esta pequeña dispersión indica
que los esteranos han sido generados a partir de materia orgánica
muy semejante y, en general, sugiere que solo existen ligeras
variaciones en las facies generadoras de estos aceites. La
validez del diagrama de distribución se basa en el hecho de
que muestras de una misma facie deposicional deben contener
una distribución similar de esteranos.
Terpanos. Los hopanos C 29 y C 30 son los terpanos dominantes
en la mayoría de las muestras geológicas. La relación
C 29 /C 30 es, por lo general, de aproximadamente 0.5. Sin embargo,
algunas facies carbonatadas ricas en materia orgánica
presentan concentraciones muy altas y poco comunes de hopanos
C 29 . Esta observación ha permitido sugerir que la relación
C 29 /C 30 es capaz de indicar el grado de carbonatación del

Esteranos y terpanos como marcadores biológicos en la prospección petrolera 5
medio de depósito, estableciéndose que, cuando dicha relación
es mayor a la unidad, se tiene un ambiente predominantemente
carbonatado. Este es el caso manifestado por los aceites
evaluados; en la figura 5 y en la tabla 1, se muestran los PCIS
correspondientes a los terpanos de los aceites estudiados.
Lo anterior se confirma por las concentraciones relativas
de los hopanos C 31 a C 35 , mismas que pueden variar de manera
significativa en diferentes muestras y cuyo análisis proporciona
valiosa información paleoambiental. Las distribuciones
que presentan un decremento regular en el tamaño de los
picos de las especies C 31 a C 35 representan, generalmente,
facies clásticas. Por otra parte, altas concentraciones relativas
de hopanos C 35 se asocian con carbonatos marinos o con
evaporitas. Una relación C 35 /C 34 mayor que la unidad, es característica
de ambientes marinos carbonatados anóxicos [8].
Puesto que los aceites estudiados presentan una relación
C 35 /C 34 mayor que la unidad se determinó que su ambiente de
depósito es marino carbonatado.
Otro índice diagnóstico de ambiente marino carbonatado
es la presencia de bajas proporciones de diasteranos. Estos
compuestos presentan especies C 27 , C 28 , C 29 y C 30 , de las
cuales las primeras son las especies más fácilmente observables.
La proporción de diasteranos con relación a los esteranos
regulares depende principalmente de la litología. En este sentido
se ha determinado que el desarrollo de diasteranos se favorece
a expensas de los esteranos en un ambiente siliciclástico;
se ha establecido que los diasteranos son productos de
transformaciones catalíticas ácidas que modifican molecularmente
los esteranos [9], y que estas reacciones son provocadas
por la acción catalítica de minerales arcillosos. Este hecho
Fig. 5. PCIS de m/z 191 correspondientes a los aceites Tamaulipas-53
(a), Barcodón-109 (b), Cerro Azul-4 (c), Tres Hermanos-132 (d) y
Silosuchil-1001 (e).
permite utilizar la proporción diasteranos/esteranos regulares
como un criterio de diferenciación entre facies carbonatadas,
con baja proporción de diasteranos y facies clásticas con altas
proporciones de diasteranos.
Como se observa en la figura 3, las señales de los diasteranos
localizadas en el intervalo de tiempo de retención de 36
a 43 min son de menor intensidad que las de los esteranos regulares
que eluyen después de ese intervalo, lo cual indica un
predominio de estos últimos y por lo tanto la influencia de un
medio deposicional carbonatado.
Fig. 4. Diagrama ternario de distribución de esteranos regulares C 27 ,
C 28 y C 29 en las muestras Tamaulipas-53, Barcodón-109, Cerro
Azul-4, Tres Hermanos-132 y Silosuchil-1001.
Madurez
Como resultado de reacciones térmicas controladas por el sepultamiento
y calentamiento asociado, los biomarcadores presentan
transformaciones estructurales a nivel molecular que
pueden utilizarse como parámetros de madurez térmica.
Esteranos. Uno de los más importantes indicadores de
madurez obtenidos a través de los biomarcadores es la variación
de la proporción existente entre dos formas epiméricas de
los esteranos 5α, 14α, 17α(ααα), la 20R y la 20S. Esta pro-

6 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999) Jorge A. García et al.
porción ha sido mencionada en la literatura de maneras diversas
tales como %20S, 20S/20R y 20S/(20R + 20S), siendo la
última la más popular[10]. El único epímero producido biológicamente
tiene la disposición ααα y la configuración 20R,
pero con el incremento en la madurez térmica, la proporción
del epímero 20S aumenta de manera relativa. Este proceso de
isomerización alcanza su equilibrio cuando la proporción
entre las dos configuraciones es de 55% de 20S y 45% de
20R; una vez alcanzado este equilibrio no es posible registrar
cambios en la madurez. Aunque la relación 20S/(20S + 20R)
puede calcularse en cualquiera de los esteranos regulares (C 27 ,
C 28 o C 29 ), en la práctica se acostumbra utilizar la especie C 29 .
Dado que esta relación está alrededor de 0.45 para las muestras
estudiadas, esto indica que todos los aceites estudiados
presentan un elevado estado de evolución térmica, destacándose
el aceite del pozo Silosuchil-1001 que muestra el grado
de mayor madurez.
Otro parámetro de madurez obtenido de los esteranos es
la proporción entre las especies ααα/αββ. La especie ααα es
producida biológicamente y cambia gradualmente, de acuerdo
a la madurez, a una mezcla de ααα y αββ. Debido a que para
cada especie ααα y αββ existen los isómeros 20S y 20R, se
generan cuatro estereoisómeros para cada uno de los esteranos
regulares de C 27 a C 29 . Al igual que en la relación 20S/(20R +
20S), el esterano C 29 es el más utilizado debido a que en los
esteranos C 27 y C 28 las especies αααy αββpueden estar ocultas
por coelución con otros compuestos. La proporción de
αββ y ααα se expresa como αββ/(αββ + ααα), teniéndose
que el valor de esta relación se incrementa a medida que
aumenta el grado de madurez. Puesto que este parámetro
puede ser afectado tanto por condiciones faciológicas como
diagenéticas, éste debe usarse en forma paralela con otros
indicadores de madurez obtenidos de los biomarcadores [10].
Considerando que la relación αββ/(αββ + ααα) es de alrededor
de 0.55 en los aceites estudiados, y que su valor es de 0.70
al llegar al equilibrio de la reacción, es evidente que el estado
de madurez de los aceites es elevado.
Terpanos. Tomando en cuenta que con el incremento de
la madurez la concentración de 17α(H)-22,29,30-trisnorhopano
(Tm) disminuye gradualmente, mientras que la concentración
relativa de 18α(H)-22,29,30-trisnorhopano (Ts) se
incrementa, la relación Tm/Ts comienza a decrecer a medida
que avanza la madurez. Es importante hacer notar que los
efectos debidos a las facies orgánicas pueden hacer impreciso
este parámetro, pero una vez que se ha establecido que las
muestras de aceite o roca pertenecen a una misma facie, la
variación de la relación Tm/Ts representa un indicador cualitativo
de madurez relativa útil [11].
En el caso de los aceites evaluados, la distribución de
esteranos regulares C 27 , C 28 y C 29 indicó que las muestras
pertenecen a una misma facie, por consiguiente la relación
Tm/Ts puede considerarse como dependiente de la madurez.
Así, el grado de evolución de los aceites, de acuerdo a este indicador
es:
Tamaulipas < Barcodón-109 < Cerro Azul-4
< Tres Hermanos-132 < Silosuchil 1001.
Conclusiones
1. Los parámetros derivados de la distribución de los terpanos
y esteranos permiten clasificar a las facies orgánicas de los
aceites estudiados como provenientes de materia orgánica
de origen marino en un ambiente predominantemente carbonatado.
2. Los biomarcadores utilizados en la caracterización de la
evolución térmica de la materia orgánica indican que todos
los aceites estudiados presentan un estado de madurez térmica
similar y elevado, excepto el aceite del pozo Silosuchil-1001
que muestra un grado de madurez mayor.
3. Los parámetros geoquímicos, derivados de los biomarcadores,
indicativos de facies orgánicas y madurez son muy
útiles en la evaluación geoquímica de los aceites y contribuyen
en gran medida al conocimiento detallado de los elementos
geológicos que constituyen los sistemas petroleros
de esta cuenca.
4. Los resultados obtenidos del análisis de los biomarcadores
muestran el valor que tiene un estudio geoquímico y molecular
como herramienta de correlación y reconstrucción de
paleoambientes deposicionales de los aceites.
5. Es importante enfatizar la necesidad de comprender los
efectos de fuente y madurez, así como los de biodegradación
en las propiedades moleculares de los biomarcadores,
ya que éstas pueden ser afectadas por procesos diagenéticos.
Asimismo, es importante considerar que toda aplicación
de los biomarcadores para caracterizar ambientes deposicionales
y determinación de madurez debe realizarse
con precaución.
Bibliografía
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11. Moldowan, J.M.; Seifert, W.K.; Gallegos, E.J. Bull. A. Assoc.
Pet. Geol., 1985, 69, 1255-1268.

Revista de la Sociedad Química de México, Vol. 43, Núm. 1 (1999) 7-14
Investigación
Microscopía in situaplicada al estudio de la formación de coque
durante el procesamiento del petróleo pesado
Rafael Díaz Real
Departamento de Ciencias, Universidad Iberoamericana.
Prol. Paseo de la Reforma 880, México D.F. 01210, México
E-mail: rafael.diaz@uia.mx
Resumen. La microscopía de plato caliente, HSM, o in situ, ISM, es
una herramienta muy útil para investigar la formación de precursores
de coque en petróleo pesado y sus derivados. Al reproducir en una
minicelda las condiciones de reacción de algunos procesos de transformación
del petróleo es posible observar la formación de estructuras
carbonáceas anisotrópicas. Conociendo e identificando la cinética
de formación de dichas estructuras y cotejando los datos obtenidos
con información de planta piloto, se logra un gran avance en el control
del proceso de coquización del petróleo.
Abstract. In situ Microscopy or ISM, is a useful but underexploited
tool for the study of coking phenomena in heavy oil pitches. ISM
allows us to observe and characterize formation of mesophase, a coke
precursor anisotropic intermediate. By combining ISM results and
those of pilot plant it may be possible to model the kinetics of coke
formation in a given pitch.
Introducción
Las reacciones que producen coque durante el procesamiento
de petróleo pesado son en general altamente indeseables, ya
que pueden limitar la conversión de petróleo pesado en productos
más ligeros y puede depositarse en las paredes interiores
de reactores y líneas de proceso con los deterioros que esto
conlleva. El primer paso en la producción del coque es la formación
de esferas carbonáceas llamadas Mesofase [1]. Estudiar
su formación pudiera darnos más detalles sobre el mecanismo
de producción de coque durante el procesamiento del
petróleo, de forma tal que fuera posible minimizar su producción,
al mismo tiempo que se maximicen los rendimientos y la
conversión del petróleo alimentado.
La teoría que establece las causas de la transformación de
fondos de barril y fracciones similares a diferentes tipos de
carbonos está relativamente bien establecida, aun cuando algunos
aspectos no son hasta el momento totalmente claros. La
formación de carbón anisotrópico de acuerdo con el mecanismo
de crecimiento de cristales líquidos nemáticos así como
el de la mesofase a partir de un residuo anisotrópico caen dentro
de esta categoría [2].
Los cristales líquidos son compuestos viscosos en estado
transicional entre sólido y líquido manteniendo ciertas propiedades
de ambos. Como sólido mantienen la reflexión y la dispersión
de la luz propias de los cristales. Existen tres tipos de
cristales líquidos termotrópicos: esméctico, nemático y liotrópico.
Los cristales líquidos esmécticos tienen sus moléculas
arregladas en estratos definidos. En los nemáticos el ordenamiento
molecular posee un alto grado de orientación sobre un
eje, pero sin orientacion translacional ni la estratificación tan
definida como se observa en los cristales esmécticos. Los liotrópicos
corresponden a estructuras biológicas. La mesofase,
o estado intermedio, está constituída por esferas carbonáceas
que están compuestas de láminas de anillos aromáticos condensados,
formados originalmente por un mecanismo pirolítico,
pero con propiedades de un cristal líquido nemático, siendo
entonces la mesofase un cristal líquido nemático.
Los métodos usuales para el estudio del fenómeno de coquización
requieren de la preparación de muestras sólidas, generalmente
en autoclaves, las cuales son encapsuladas con resina
y después de un pulido cuidadoso son observadas al microscopio.
La microscopía de plato caliente [3-6] (en inglés
Hot Stage Microscopyo HSM), o más adecuadamente Microscopía
in situ o ISM, es un método relativamente nuevo para el
estudio de la formación de mesofase dentro de microceldas colocadas
en un dispositivo de plato caliente montado en un microscopio
equipado con luz polarizada. Este método es de carácter
dinámico y puede ser usado para el monitoreo del crecimiento
de los intermediarios del coque a partir de bitúmenes,
fondos de barril y petróleo pesado a relativamente altas temperaturas
(hasta 730 K) y presiones (hasta 14 MPa). Esto nos
permite observar una reacción in situa las condiciones de operación
mientras ésta ocurre.
Antecedentes
Para entender mejor la importancia del estudio del desarrollo
de la mesofase en el proceso de formación de coque, es apro-

8 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999) Rafael Díaz Real
piado ilustrar adecuadamente este último fenómeno. Cuando
un carbón o algún tipo de hidrocarburo se carga en un coqueador
o en un contenedor similar, las partículas de hidrocarburos
adyacentes a las paredes calientes se funden, perdiendo mucha
materia volátil, subsecuentemente formando un estado intermedio,
y finalmente solidificándose como semi-coque. Esta
capa prosigue evolucionando al devolatilizarse para formar un
coque (fórmula genérica C x H) de estructura celular dura.
Durante la mayor parte del tiempo que dura el ciclo de formación
de coque los estratos no son completamente uniformes;
existen aquellos recién formado en las paredes internas del
recipiente, junto con tipos de capas plásticas de coque y
carbono no reaccionado. Las capas de coque adyacentes a la
pared aumentan su grosor durante el ciclo y el de la capa de
carbón no reaccionado disminuye proporcionalmente al igual
que las capas plásticas. Al término de este proceso la masa del
hidrocarburo es entonces convertida completamente en coque.
Formación de mesofase
Las esferas de mesofase fueron observadas por primera vez a
principios de los años sesentas [7, 8]. Taylor observó un fenómeno
que incluía la pérdida de anisotropía óptica conforme la
vitrinita se plastificaba, seguido de la formación y alargamiento
de cuerpos esféricos bien definidos, los cuales tenían una
orientación cristalográfica única, y se hinchaban hasta interferir
ópticamente uno con otro, dando lugar a la formación de
estructuras tipo mosaico. La temperatura a la cual se completa
la formación de las estructuras tipo mosaico coincide con el
punto de resolidificación del carbón. Brooks y Taylor fueron
los primeros en intentar la caracterización de estos productos
intermedios en la formación de coque [9]. Las esferas anisotrópicas
eran la clave para el desarrollo de carbonos grafitables.
Los arreglos moleculares dentro de estas esferas de apilamiento
ecuatorial de láminas carboníferas se observó muy semejante
a aquellos de la fase nemática en sustancias que forman
cristales líquidos, por lo que los mecanismos de formación
de carbones grafitables se pudieron asociar con aquellos
de los cristales líquidos. La conducta inicial de las moléculas
en un cristal líquido “clásico”, tal como el α-truxeno, se asemeja
a la de las moléculas obtenidas en pirólisis de alquitranes
y dado que los cristales líquidos son otra fase dentro del fluido,
éstos siguen los dictados de la mínima energía de superficie en
su crecimiento, por lo cual adoptan formas esféricas. Otras
propiedades del fluido, tales como la densidad, viscosidad, etc.,
son relevantes respecto a la posibilidad de coalescencia más o
menos tardía, lo cual es parte del estudio presentado.
Es por demás conocido que las transformaciones a mesofase
se llevan a cabo en materiales orgánicos, tales como el alquitrán
o la brea durante la pirólisis a temperaturas que van de
623 a 773 K. Durante el procesamiento térmico de los alquitranes
se forman hidracarburos aromáticos policondensados
debido a las reacciones de descomposición térmica, craqueo y
polimerización, seguidas por una reorientación de los hidrocarburos
aromáticos policondensados en una sola dirección.
La mesofase en sí, no es un precipitado de los fondos,
sino que es el crecimeinto de una nueva fase por nucleación
homogénea. Se sabe que tampoco ocurre debido a la insolubilidad
de moléculas mayores dentro de los fondos, pero sí que
hay preferencia por la formación de la fase de cristal líquido,
la cual tiene mayor estabilidad [1]. Tampoco es posible “sembrar”
el crecimiento de mesofases como se haría con sólidos
cristalinos a partir de soluciones supersaturadas.
A diferencia de los cristales líquidos “clásicos” con forma
de fibra alargada, los cristales líquidos de la carbonización de
la brea y del carbón se generan al tiempo que ocurre la pirólisis
y nunca alcanzan un estado de equilibrio. El sistema es
dinámicamente activo y es la variación en la química de la
pirólisis de los alquitranes la que dicta las propiedades finales
del coque o los carbonos formados.
Alrededor de los 473 K las energías de transición de los
alquitranes exceden las energías de cohesión, tornándose el
fluido en Newtoniano e isotrópico. Alrededor y por encima de
673 K, dado que la química de la pirólisis es predominantemente
polimerización deshidrogenativa, los pesos moleculares
aumentan conforme la energía de cohesión sobrepasa la energía
de transición. Las moléculas que aún quedan pegadas
entre sí, debido principalmente a fuerzas de cohesión son, en
términos generales, producto de alguna colisión. Éstas conjuntan
un mayor número de moléculas mesógenas de tamaño y
forma similares, hasta que los conglomerados pueden ser
observados por el microscopio óptico en forma de esferas con
reflexión anisotrópica de cerca de 1 µm de diámetro. La química
de la pirólisis en los fondos continúa jugando un papel
importante dado que las propiedades termotrópicas de los cristales
líquidos “clásicos” no se observan usualmente. Esto se
debe, entre otros factores, a que la polimerización continúa en
cierto grado con la mesofase, tal que las energías de cohesión
se mantienen por encima de las de traslación. Los enlazamientos
químicos cruzados entre constituyentes mesógenos de los
cúmulos estabilizan térmicamente los cúmulos contra la disociación.
Cuando las esférulas se encuentran, ocurre coalescencia
para producir esferas más grandes, lo que lleva eventualmente
a la formación de mesofase másica. Cuando se piroliza aún
más la mesofase coalescida, la deformación plástica produce
dos tipos de texturas finas: la tipo fibra y la tipo mosaico.
Las reacciones químicas que acompañan el desarrollo de
la mesofase en los alquitranes involucra condensaciones deshidrogenativas
de aromáticos. Los componentes de la mesofase
son generalmente mayores en cuanto a peso molecular y
menores en contenido de hidrógeno que los componentes de la
fase precursora isotrópica [10]. Los resultados obtenidos por
Lewis y Jackson en estos experimentos apoyan el rol de las
reacciones de condensación de aromáticos planos en la formación
de mesofase.
La mayoría de las referencias bibliográficas concuerdan
en que el tamaño de las esferas depende del origen del petróleo
de alimentación. En base a tales hechos hay principios generales
que dirigen la formación de la mesofase de acuerdo en
el origen del fondo original:

Microscopía in situ aplicada al estudio de la formación de coque durante el procesamiento del petróleo pesado 9
I. Los tamaños más grandes de texturas ópticas de coque
(> 200 µm) provienen de material altamente aromático
II.
La transición de las texturas más largas (dominios) a las
menores (mosaicos) está asociada con un aumento de la
reactividad intermolecular que resulta de
A.Cargas de alimentación con menos aromáticos
B. La presencia de cadenas laterales de radicales alquilo
C. La presencia de grupos funcionales reactivos (hidroxilo,
carboxilo, etc.)
D.La presencia de heteroátomos entre las moléculas
reactivas
III. Conforme la reactividad intermolecular aumenta, la transición
hacia carbón isotrópico continua al disminuir el
tamaño de la textura óptica hasta ya no ser detectables por
microscopía óptica.
IV. La transición a un tamaño decreciente de textura óptica
está asociada a un aumento en la actividad de los radicales
libres. Si éstos pueden ser estabilizados para promover
estabilidad intermolecular los tamaños resultantes de la
textura óptica pueden ser mejorados. El concepto de hidrógeno
transferible aplicado al crecimiento de mesofase
ha probado ser adecuado y ha dado un medio de mejora
de la alimentación a base de aceites de alquitrán para la
producción de coque. De hecho, el papel que las reacciones
de transferencia de hidrógeno y la disponibilidad
de hidrógeno transferible domina la química de la pirólisis
para formar la mesofase.
Ejemplos adecuados de estos casos se muestran en las figuras
1, 2 y 3. Las figuras 1 y 2 muestran mesofase como pequeños
mosaicos (“grano fino”) menores a 5 µm en petróleo pesado
obtenido de bítumen de Athabasca. La figura 3 muestra principalmente
dominios (“dominios fluidos”) mayores a 50 µm en
SRC (Solvent Refined Coal). Estas fotografías fueron tomadas
de acuerdo con la metodología de Rodríguez et al.[11].
Fig. 1. Mosaicos de grano fino de Bítumen de petróleo pesado de
Athabasca. Magnificación 200x en campo claro.
Fig. 2. Mosaico de grano fino de Bítumen de Athabasca. Magnificación
de 200x en luz polarizada.
Solubilidad de la mesofase
La solubilidad de la mesofase varía de acuerdo al solvente y
su fusión es función del calor aplicado durante el proceso dependiendo
del material original de cual proviene. El porcentaje
de mesofase no es necesariamente el mismo que el de compuestos
insolubles en quinolina (QI).
Las esférulas de mesofase pueden separarse de la matriz
de fondos por fraccionamiento con solventes. Las esférulas
que se separan como compuestos insolubles en quinolina (QI)
de los fondos de mesofase se denominan microcuentas de microcarbón
(MC).
Aun cuando nuevos hallazgos muestran que algunas mesofases
son solubles en algunos solventes, este mecanismo no
ha sido completamente entendido. Es un problema complejo
saber si la parte anisotrópico o la isotrópica es la soluble.
Fig. 3. Flujo de dominio de SRC. Magnificación de 100x con luz polarizada.

10 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999) Rafael Díaz Real
Factores que influyen en la formación de mesofase
Existen varios factores que influyen la formación de mesofase.
Los dos más importantes son el tipo de alquitrán o carbón
usado y el tipo de tratamiento térmico que sufre. Notablemente
la composición de la materia prima, la cantidad de contaminantes
y la mezcla con otros compuestos afectaría, de
hecho, el comportamiento de la masa carbónica durante la
reacción. Si la carga de alimentación ha sido alterada por algún
tratamiento previo, también se comportará diferente
durante el proceso de coquización.
Hay mucha evidencia que muestra que el umbral de temperatura
entre la mesofase fibrosa y la másica depende del
procesamiento térmico; específicamente, el tiempo de meseta
por encima del craqueo térmico y en la velocidad del calentamiento
durante la transformación de la mesofase [12-15].
El proceso de tratamiento térmico es la variable principal
que puede manipularse para efectuar cambios para la producción
de la mesofase. Factores tales como la temperatura final
de mojado y cuánto tiempo está la muestra expuesta al alquitrán
(tiempo de mojado) puede determinar el tipo de estructura
final. La velocidad de calentamiento puede modificar la transformación
de materia carbonífera en coque. Si la velocidad de
calentamiento es baja, es posible observar la formación de la
mesofase y pudiera ser más fácil modificarla.
La velocidad de mezclado e inyectado de gas afectan, aun
cuando en menor escala, la coquización. Sin embargo, algunos
investigadores afirman que su importancia no ha sido propiamente
estudiada. Si una mezcla contiene mesofase que no es
demasiado viscosa como para ser deformada a altas temperaturas,
al agitarse el recipiente puede producirse, ya sea una
emulsión conteniendo mesofase dispersa en una fase isotrópica,
o una emulsión con una fase isotrópica dispersa en mesofase
continua, o dependiendo de la cantidad de mesofase presente,
mezclas de los dos tipos de emulsiones. La naturaleza
“inestable” de estas emulsiones se muestra al parar la agitación;
la fase dispersa tiende a coalescer en regiones más grandes
hasta que, eventualmente, ocurre una separación de fases.
La velocidad y extensión de la separación de fase depende de
diferentes variables, tales como tiempo, temperatura y cantidad
y viscosidad de la mesofase [10].
Agitar reduce el tamaño y uniformidad en la orientación
de los dominios en la mesofase. Al experimentar se ve claramente
que conforme la temperatura aumenta, la viscosidad
de la mesofase disminuye. Se pueden encontrar datos en literatura
donde se asume que la viscosidad de la mesofase en
una muestra con dominios de tamaño pequeño es más alta
que aquella donde se tiene dominios de tamaños mayores
[12].
Finalmente, la presión del gas afecta la velocidad y el
tamaño con que se producen las esferas de mesofase. Sin
embargo, se requieren cambios grandes en presión para
claramente lograr dichas alteraciones en la formación de
mesofase [16]. Se sabe también que el tipo de gas usado
(inerte o no) modifica el crecimiento de la mesofase una vez
formada [17].
Antecedentes en el uso de ISM
Algunos de los primeros usos de la microscopía de alta presión
y alta temperatura fueron hechos en 1983 [13]. Los investigadores
fueron capaces de caracterizar los cambios estructurales
que ocurrieron durante la transición en atmósfera de hidrógeno
de pirita a pirrotita a presiones de 14 MPa y temperaturas
de 673 a 873 K. Los primeros resultados de experimentos
utilizando ISM para estudiar las mesofase de alquitranes
fueron presentados en 1975 [11]. Lewis utilizó un plato caliente
tipo Kafler para llevar a cabo dicha investigación y aun
cuando no indicó la presión de operación para los experimentos,
encontró que la cantidad y la composición de la mesofase
y de la fase isotrópica dependen de la temperatura en forma
más evidente para algunos alquitranes que para otros. Entre
los cambios realizados para estos experimentos estuvieron la
modificación de la cámara del plato caliente para insertar
equipo de medición; dicho mecanismo fue utilizado para
introducir un medio de agitación a las muestras mientras se
encontraban en forma fluida. Una vez calentado el material en
contacto con la cubierta de material espinel ® se observó con
luz polarizada cruzada.
Este sistema se ha usado para caracterizar mesofases de
fondos de barril y para observar la transformación de bitúmenes
y carbones totalmente isotrópicos a una fase casi completamente
anisotrópica a temperaturas de 723 K durante períodos
de muchas horas. La mayoría de estas observaciones han
sido hechas con objetivos 10x ya que lentes con amplificaciones
mayores son relativamente incómodos, dado que no
tienen la suficiente profundidad de foco ni amplitud de
campo.
Los resultados ya obtenidos indican que las muestras en
las cuales la mesofase es aparente a temperatura ambiente,
también contienen mesofase a temperaturas de 673 K en el
plato caliente. A altas temperaturas los flujos de mesofase
contienen dos fases líquidas inmiscibles, la fase isotrópica del
alquitrán y la mesofase anisotrópica. Al observar las conductas
en el proceso de fusión, se tiene que a una temperatura
dada, la fase isotrópica siempre tiene una viscosidad menor
que la mesofase.
Posteriormente se investigó el efecto de la presión en
alquitranes derivados de petróleo [18]. Perrota y sus colaboradores
llevaron a cabo varios experimentos utilizando N 2 ,
encontrando que conforme la presión de N 2 aumenta, también
aumenta la formación y crecimiento de la mesofase. Este
fenómeno ocurre a presiones tan bajas como 0.172 MPa. Sin
embargo, a presiones de 6.9 MPa la formación y crecimiento
de la mesofase parece haber alcanzado un nivel máximo,
dejando de ocurrir cambios al haber mayores incrementos de
presión. Al experimentar con H 2 se encontró que éste tiene un
efecto mayor que el N 2 a condiciones de operación similares.
Con el H 2 se produjeron esférulas más grandes y en mayor
número que con el N 2 , dicho efecto fue observado aún a presiones
cercanas a los 14 MPa. Perrota y su equipo creyeron
que este efecto era causado por una interacción química
aparente entre el H 2 y los alquitranes. Anteriormente se habían

Microscopía in situ aplicada al estudio de la formación de coque durante el procesamiento del petróleo pesado 11
realizado experimentos en fondos de petróleo pesado utilizando
técnicas de cinematografía [19] para estudiar el proceso
continuo en estos cambios de estructura. Cuando los fondos se
calentaban a 673 K la muestra se fluidizaba y formaba una superficie
relativamente plana. Esta fluidización era previa a la
aparición de cualquier tipo de formación de mesofase observable
por microscopía por pocos minutos. A 703 K el primer
gránulo de mesofase con tamaño inferior a un micrómetro
apareció después de 5 minutos. A los 15 minutos esferas de
cerca de 15 micrómetros se pudieron observar y conjuntos de
esférulas se empezaron a formar en los puntos de conjunción
de la muestra con la pared de la celda. Las esferas formadas
en estas zonas crecieron gradualmente al absorber las pequeñas
esferas formadas dentro de la celda. Programar los aumentos
de temperatura en ciclos parece tener un efecto en la formación
de mesofase, ya que cuando se varió el ciclo de la
temperatura entre 693 y 713 K hubo un diferencial apreciable
en su formación. Cuando se experimentó a diferentes presiones
se encontró una posible relación entre las altas presiones y
mejoramiento del tamaño de la textura óptica.
Desarrollos actuales
Rodríguez y colaboradores [3-7, 11] estudiaron los parámetros
cinéticos (formación de mesofase y períodos de coalescencia)
de algunos crudos venezolanos y relacionaron dichos parámetros
con la naturaleza constitutiva de diversos tipos de fracciones
(aromáticos, resinas y asfaltos). También confirmaron
que son sensitivos al mezclado y a los procesos de pretratamiento,
entre ellos la desulfurización y el craqueo térmico.
Igualmente se ha estudiado su efecto en la formación de fibras
de carbón grafitable.
Existen varias localidades en el mundo donde existen
instalaciones para microscopía in situ y donde se desarrollan
nuevas aplicaciones para procesos donde existe problemas de
coquización [15, 20, 21].
*
Los experimentos pueden ser fotografiados o grabados en
videocassette para análisis posterior en equipo de procesamiento
de imágenes.
* El costo es significativamente menor que los estudios
convencionales de evaluación de coquización.
Desafortunadamente, esta técnica, al igual que cualquier
otra, presenta algunas desventajas que deben considerarse
cuando se interpreten los resultados obtenidos.
• El efecto del mezclado de los gases (en hidrocraqueo)
presenta dificultades en su reproducción dado el tamaño
de la celda del reactor.
• El gas fluye en la superficie superior de la mezcla y puede
ser absorbido por difusión (considerando un espesor de la
muestra de 150 µm, esta suposición puede ser válida).
• Cuando se experimenta con alimentaciones que contienen
aditivos o partículas sólidas que pudieran actuar como catalizadores,
o aquellas alimentaciones con composiciones
muy heterogéneas, la cuestión de representatividad es un
punto importante a considerar. Dicho punto solo puede
ser resuelto llevando a cabo un número adecuado de réplicas
de los experimentos con la muestra en cuestión.
• Dado el tamaño de la muestra, algunos factores como el
efecto de la tensión superficial jugarán un papel más relevante
de los que lo harían en un autoclave a escala banco.
• Lo que se observa con la técnica de ISM es lo que ocurre
en la superficie de la muestra, los cambios que ocurren en
el seno de ésta tan solo pueden ser inferidos de lo observado
superficialmente [14]. Sin embargo, de acuerdo con
estudios hechos con muestras tomadas de autoclaves y
encapsuladas en resina se encuentras muchas similitudes
entre lo observado en el seno de la muestra con lo que
pasa en la superficie de ésta. Por lo que las observaciones
hechas por medio de la ISM pueden considerarse representativas
de lo que ocurre en el seno del fluido durante la
reacción.
Ventajas y desventajas
Los procesos de microscopía dinámica son actualmente un
método confiable y útil para el estudio de fenómenos in situ,
que puede proveer información valiosa respecto al proceso de
coquización. Algunas de las ventajas que tiene son:
* Los estudios realizados pueden llevarse a cabo in situ a
las condiciones de operación del proceso.
* Es posible hacer estudios dinámicos, como por ejemplo,
investigar el crecimiento y desarrollo de la mesofase con
respecto al tiempo, lo cual significa mayor eficiencia
(menor número de experimentos) cuando se compara con
la microscopía convencional.
* La muestra utilizada para el estudio es menor, su preparación
más rápida y no requiere ningún procedimiento especial.
Procedimiento experimental
Varias cargas de alimentación han sido estudiadas bajo las
mismas condiciones de operación; en este caso hidrocraqueo
con presiones de H 2 de cerca de 5.17 MPa. Las condiciones
térmicas para lograr la carbonización fueron las siguientes: del
punto de inicio a 313 K se aumentan 50 K/min hasta llegar a
723 K (el proceso toma 9 minutos), el sistema se mantiene a
dicha temperatura por 60 minutos, y después se deja enfriar.
Este programa se representa como: 313 K(0 min) –50 K/min-
723 K(60 min). El tiempo medido para la formación de la
mesofase durante el experimento se cuenta desde el inicio del
programa, es decir a T = 313 K, t = 0 min; cuando T alcanza
723 K, t = 9 min; cuando el sistema se empieza a enfriar, t = 1
h 9 min.
La variable nombrada “Tiempo de Formación de Mesofase”,
TFM, se cuenta de igual manera desde el inicio del pro-

12 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999) Rafael Díaz Real
grama. Cualquier TFM de menos de 9 minutos indica que la
formación inicial de la estructura de la mesofase empezó antes
de que la temperatura alcanzara 723 K.
Las cargas de alimentación estudiadas fueron de diferentes
orígenes: Arábigo, Maya, Boscan, Cold lake, Bítumen de
Athabasca, etc. Las tablas 1, 2 y 3 muestran los resultados de
los análisis cuantitativos hechos en estas cargas.
El sistema utilizado consta de un plato de calentamiento
modificado Leitz 1350 enfriado por agua para contener un
microrreactor de 5 µL equipado con una ventana transparente de
espinel o zafiro para realizar la observación del fenómeno. Tanto
el plato como el microrreactor están montados en un microscopio
óptico de reflexión Universal Axioplan marca Zeiss con
magnificaciones de 300x. Este microscopio utiliza luz polarizada
cruzada para detectar anisotropía en materiales, propiedad
como ya se dijo, característica de la mesofase. Al cruzar los polarizadores
del microscopio los materiales isotrópicos se muestran
siempre oscuros, al igual que algunas secciones anisotrópicas
en las que las estructuras laminares carbonáceas son paralelas
a la superfice de la muestra. Cualquier otro tipo de material
anisotrópico aparece alternativamente claro u obscuro conforme
el soporte del microscopio es rotado, pudiéndose dar el fenómeno
de extinción. La temperatura y el flujo de gases se controlaron
por medio de un controlador West 2052 multiprogramable
y un sistema de reguladores de presión y medidores de flujo. El
sistema se diseñó para operar a una temperatura máxima de 730
K y a una presión máxima recomendable de 14 MPa. Es posible
utilizar diferentes gases para la reacción tales como N 2 y H 2 . Las
muestras de alquitrán o petróleo pesado se corren como un sistema
por lotes, es decir, esta parte se mantiene estacionaria sin
añadir nueva carga, mientras que el gas fluye hasta a 50 cm 3 /min
(TPE). La formación y crecimiento de la mesofase se registran,
como ya se dijo, por fotomicrografía o en video.
Tabla 1. Propiedades de las cargas de alimentación (a).
Aceite de H/C Aromaticidad Gravedad
alquitrán 13C NMR API
% peso
Muestra 1 1.4356 30.56 6.28
Muestra 2 1.4366 30.49 4.95
Muestra 3 1.4257 31.26 7.36
Muestra 4 1.3854 34.11 6.82
Muestra 5 1.4071 32.58 7.36
Muestra 6 1.5072 25.50 10.43
Muestra 7 1.5588 21.86 15.89
Muestra 8 1.3391 37.38 8.74
Muestra 9 1.3724 35.03 0.99
Muestra 10 1.3791 34.55 2.12
Muestra 11 1.3148 38.84 2.88
Tabla 2. Propiedades de las cargas de alimentación (b).
Aceite de S C H N
Alquitrán (% peso) (% peso) (% peso) (% peso)
Muestra 1 4.97 83.02 10.00 0.59
Muestra 2 5.90 83.13 10.02 0.37
Muestra 3 4.34 85.02 10.17 0.29
Muestra 4 4.54 84.91 9.87 0.27
Muestra 5 2.45 86.40 10.20 0.47
Muestra 6 2.06 85.40 10.80 0.46
Muestra 7 0.34 86.40 11.30 0.38
Muestra 8 1.08 87.40 9.82 0.74
Muestra 9 6.98 81.20 9.35 0.70
Muestra 10 6.06 82.10 9.50 0.50
Muestra 11 5.18 84.07 9.30 0.65
Los experimentos fueron realizados en parte en la Universidad
de Pittsburgh y en la Universidad de Ottawa. Las muestras
fueron proporcionadas a la Universidad de Ottawa por
parte de los Laboratorios ERL-CANMET-EMR del Gobierno
Federal de Canadá.
Los experimentos fueron grabados en video, para que pudieran
ser recreados y analizados para mayor detalle. Las fotografías
fueron tomadas de las imágenes de video, ya que hubiera
sido muy inconveniente tomarlas directamente del
campo óptico.
Resultados
Al realizar estos experimentos es posible obtener información
importante sobre varios parámetros: Tiempo de Formación de
Mesofase (TFM), Tamaño de la Textura Óptica (TTO) y
Textura Óptica Final (TOF). El tamaño de textura óptica o
TTO se refiere al tamaño de la estructura anisotrópica a un
tiempo dado durante la reacción, lo cual es útil para registrar
el crecimiento de la estructura, dando información importante
sobre la velocidad de coquización de la carga de alimentación.
La textura óptica final o TOF, indica el último estado de la
muestra al terminar la reacción, que es lo observado generalmente
al retirar el cristal de la cámara de reacción; en otras palabras
la textura “congelada”. El tiempo de formación de mesofase
o TFM ya ha sido explicado anteriormente.
Es posible observar y registrar el tiempo de coalescencia
de la mesofase en algunas cargas. Sin embargo, esto requeriría
un mayor número de experimentos que los actuales y corridos
a velocidades de calentamiento más bajas. El objeto de haber
utilizado una programación de incrementos de temperatura relativamente
alta descansa en el hecho de obtener un estimado,
en la mayor parte de los casos con un error menor a un minuto,
del tiempo de formación de mesofase verdadero. Este es-

Microscopía in situ aplicada al estudio de la formación de coque durante el procesamiento del petróleo pesado 13
Tabla 3. Propiedades de la carga de alimentación (c).
Aceite de Cenizas Insolubles Contenido Insolubles
alquitrán (% peso) en pentano de alquitrán en tolueno
(% peso) (% peso) (% peso)
Muestra 1 0.800 18.40 58.20 0.63
Muestra 2 0.075 27.00 82.05 0.02
Muestra 3 0.030 16.80 98.28 0.01
Muestra 4 0.035 17.80 98.66 0.04
Muestra 5 0.040 20.20 98.78 0.70
Muestra 6 0.020 13.40 94.38 0.79
Muestra 7 0.050 5.30 36.80 0.14
Muestra 8 0.026 15.80 99.36 0.14
Muestra 9 1.900 32.70 92.70 2.60
Muestra 10 1.240 26.10 87.60 1.25
Muestra 11 0.140 34.10 86.75 0.22
quema es aconsejable cuando se desconoce por completo el
TFM. Para estudios posteriores o más detallados se deberá
modificar dicha programación.
La tabla 4 muestra las cargas de alimentación utilizadas,
el tiempo de formación de mesofase y el tipo de textura óptica
final. En la mayoría de los casos se obtuvieron TOF de diferentes
tamaños, así como una cantidad sustancial de material
isotrópico. La nomenclatura para identificarlos es la siguiente:
I (material isotrópico, sin actividad óptica), GF (mosaico de
grano fino, contiene estructuras anisotrópicas de menos de 5
µm), FA (mosaico de flujo áspero, contiene estructuras
anisotrópicas de hasta 50 µm), FD (flujo de dominio, contiene
estructuras anisotrópicas que pueden extenderse hasta 300
µm) y FDF (flujo de dominio fluido, donde la estructura
anisotrópica incluye no solamente la superficie sino el seno
másico mismo y la anisotropía es visible en todo lugar).
La mayoría de las muestras correlacionaron adecuadamente
la formación de estructuras anisotrópicas con los parámetros
que afectan su formación anteriormente mencionados [22].
Se puede observar que mientras mayor sea el contenido de alquitrán
en la muestra, mayor tiende a ser la estructura anisotrópica
(FD y FDF). Igualmente que la cantidad de elementos
insolubles en pentano, el por ciento de azufre y posiblemente la
aromaticidad de la muestra podrían afectar la formación de
mesofase, a menor cantidad, mayor la estructura anisotrópica,
como se puede inferir de la muestra 7; sin embargo, se requerirían
más experimentos en este sentido para una verificación de
la tendencia. Otros factores como el contenido de cenizas, compuestos
insolubles en tolueno, por ciento de nitrógeno, relación
H/C y gravedad API no parecen ser de gran influencia, además
de no variar sensiblemente de una muestra a otra. La muestra 9
fue la única en comportarse en forma inusual, ya que no correlacionó
la formación de mesofase con los parámetros indicados
que influencían su formación. De acuerdo con información
obtenida al caracterizar dicha muestra en planta piloto, se indica
que esta carga en particular fue difícil de tratar, lo cual explica
la incongruencia de sus resultados.
Al analizar varias muestras de petróleo pesado por ISM se
comprueba la correlación de formación de mesofase y estructuras
anisotrópicas con el contenido de alquitrán y en menor
medida con los demás parámetros, sin embargo, una combinación
alta de sustancias insolubles en tolueno, cenizas y baja
gravedad API pueden influir para que el factor de contenido
de alquitrán no sea el más importante en la formación de
mesofase. Se requiere llevar a cabo un mayor número de experimentos
con bitúmenes cuyas gravedades API sean menores
que 2, ya que generalmente son las que contienen mayor
cantidad de alquitranes.
Conclusiones
Los factores que en mayor medida influyen en la formación
de estructuras anisotrópicas son el contenido de alquitrán y el
porcentaje de compuestos insolubles en pentano. Factores
como la aromaticidad y el contenido de azufre podrían influir
en menor escala. Sin embargo, la complejidad de las mezclas
de propiedades y parámetros analizados logra que en algunos
casos la combinación de varios de estos sea de mayor importancia
como factor determinante en la formación de mesofase.
La importancia de la ISM se entiende mejor al usarse en
combinación con resultados obtenidos en planta piloto [22],
técnicas espectroscópicas [3-7, 11] y algunos otros análisis. El
uso de técnicas cinematográficas para el estudio de reacciones
químicas que tienen características visuales, nos da la oportunidad
de “recrear” el experimento las veces que sea necesario
para su análisis. La ISM es un medio poco explotado que
ayuda a entender mejor el proceso de coquización en el mejo-
Tabla 4. Parámetros de formación de mesofase de algunos
alquitranes.
Aceite de TFM (min:s) TOF
alquitrán
Muestra 1 8:23 GF
Muestra 2 18:00 GF
Muestra 3 15:40 FDF, FD, GF
Muestra 4 17:00 FD, FDF
Muestra 5 27:10 FA, GF, FD
Muestra 6 10:40 FD, FA
Muestra 7 11:30 FD, FDF
Muestra 8 — GF
Muestra 9 14:30 FD
Muestra 10 9:00 GF, FA
Muestra 11 — FA

14 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999) Rafael Díaz Real
ramiento de petróleo pesado, así como a explorar nuevas posibilidades
en la formación de carbonos de alto valor agregado,
como aquellos requeridos en varios procesos electroquímicos,
carbonos grafíticos anisotrópicos.
Bibliografía
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Marsh, Ed.), Butterworths Pub. Co., 1989, pp. 38-139.
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Revista de la Sociedad Química de México, Vol. 43, Núm. 1 (1999) 15-17
Investigación
Geles de pectina de bajo metoxilo modificadas enzimáticamente
Claudia Correa, Y. Garza, Jesús Rodríguez, Cristóbal Noé Aguilar* y Juan Contreras-Esquivel
Departamento de Investigación en Alimentos y Departamento de Biotecnología. Facultad de Ciencias Químicas.
Universidad Autónoma de Coahuila. Unidad Saltillo. Blvd. Venustiano Carranza e Ing. José Cárdenas s/n. Col. República.
Saltillo, Coahuila. C.P. 25 000, A.P. 252. (84) 15-9534 y 16-9213.
jcontrer@biol.unlp.edu.ar y cnoe@xanum.uam.mx
Resumen. Se obtuvieron pectinas de bajo metoxilo por modificación
enzimática de pectina de alto metoxilo usando como biocatalizador
de la reacción pectinesterasas de limón, higo y naranja. El control fue
pectina de bajo metoxilo obtenida por vía alcalina. Los geles obtenidos
fueron sometidos a la prueba de resistencia (del gel formado) en
un Texture Analyzer TA.XT2. Los resultados demostraron que los
geles modificados con las pectinesterasas de limón e higo fueron significativamente
más resistentes que los obtenidos químicamente o
con los que se usó la pectinesterasa de naranja. Se atribuye que el
modo de acción de las pectinesterasas de limón e higo sobre su sustrato
es totalmente al azar, mientras que la pectinesterasa de naranja
actúa en foma de bloques sobre la pectina.
Abstract. Low methoxylated pectins were obtained from highly
esterified pectins by enzymatic modification using the pectinesterases
as biocatalyst, obtained from whole prickly pears, lemon and orange
peels. The control was low methoxyl pectin modified by an alkaline
process. Strenght in the gels was analyzed in a Texture Analyzer
TA.XT2. Results showed that pectins obtained using pectinesterase
from lemon and pricky pear by enzymatic modification produced gels
that were more resistant than those obtained either by alkaline
process or those in which pectinesterase from orange peels was used.
The differences in the strenght of gels were attributed to the action
mode of enzymes on high methoxylated pectin. Enzymes from pricky
pears and lemon peels attack their substrates randomly, while alkaliobtained
and orange peel pectinesterase act in blocks on pectin molecules.
Introducción
Las pectinas de alto contenido de metoxilo (PAM) requieren
de grandes cantidades de azúcar y un pH bajo para formar el
gel. Por otro lado, las pectinas de bajo contenido de metoxilo
(PBM) pueden formar geles con o sin azúcar en presencia de
cationes divalentes [1]. Existen cuatro métodos para la obtención
de PBM: ácido, alcalino, enzimático y con amonio [2]. El
método enzimático utiliza pectinesterasa (PE, EC 3.1.1.11) o
pectinmetilesterasa, la cual convierte rápidamente a la PAM
en PBM bajo condiciones suaves, sin la despolimerización de
la molécula de pectina. Sin embargo, se acepta generalmente
que la mayoría de las PBM preparadas por PE de origen vegetal
forman geles débiles [3], mientras que las PBM preparadas
por PE de origen fúngico forman geles resistentes [4], como
las obtenidas por métodos químicos, debido al modo de desmetoxilación
de dichas enzimas.
Algunas PE de origen vegetal, como la de tomate y naranja
[4, 5], entre otras, y de microorganismos como Trichoderma
reesei [6], desesterifican a la pectina en forma de bloques, lo
que da un producto heterogéneo y de baja calidad de gelación
[5]; mientras que casi todas las PE de origen fúngico atacan
aleatoriamente los grupos metoxilo de la molécula de pectina
[2, 7], obteniéndose un producto homogéneo de buena calidad
de gelación, similar al obtenido por desesterificación por vía
química [5]. Se ha visto que la PE de higo da un producto de
buena calidad de gelación [8], siendo una excepción entre las
PE de origen vegetal. Para entender los modos de acción de
las PEs sobre la PAM, se recomienda revisar el trabajo presentado
por Contreras-Esquivel et al. [9].
El objetivo de la presente investigación fue obtener PBM
con distintas fuentes enzimáticas de origen vegetal y compararlas
con las PBM obtenidas por vía química, asimismo comparar
la calidad de los geles obtenidos.
Parte experimental
Extracción de la PE
La enzima PE de cáscaras de naranja se extrajo siguiendo la
metodología propuesta por Mottern et al. [4]. Para extraer la
PE de higo se usó la técnica de Komae y Misaki [8], mientras
que para la extracción de la PE de limón se siguió el método
de Contreras-Esquivel et al. [11].
Ensayo de la actividad PE
Se evaluó la actividad PE por el método de titulación potenciométrica
de Kertesz [10].
Obtención de PBM
Se prepararon PBM con un grado de esterificación aproximado
del 35% utilizando como fuente de enzima, las PE de cás-

16 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol, 43, Núm. 1 (1999) Claudia Correa et al.
caras de limón, higo y cáscaras de naranja extraídas anteriormente.
Después, con las pectinas obtenidas y un control
(preparación de PBM por vía alcalina), se prepararon los
geles con una solución al 1% de PBM, 30 % de sacarosa y se
llevó el pH a 3.5. Se adicionó una solución de cloruro de calcio
y se homogeneizó por agitación. Se midieron 40 ml de
solución en vasos de 50 ml y se dejaron a temperatura ambiente
por 24.
Fuerza del gel de PBM
Una vez obtenidos los geles, se les evaluó la resistencia a la
fuerza de rompimiento en un analizador de textura (TA.XT2)
por el método de Johnson [12]. Se hicieron cuatro réplicas por
tratamiento y los resultados se analizaron estadísticamente por
la prueba de rangos estudentizados de Tukey en el programa
estadístico SAS (V. 5).
Resultados y discusión
Es importante aclarar que el porcentaje de grupos metoxilos
tanto inicial como final se calculó en base al porciento de ácido
galacturónico y al grado de esterificación (GE), asumiendo
que el 100% de GE corresponde a 16.32% de grupos
metoxilos [13]. El grado de esterificación de la muestra de
PAM tomada como material a modificar tuvo un valor cercano
a 79%. La determinación de dicho valor permitió estimar
la cantidad de unidades enzimáticas a adicionar para la
desesterificación de la pectina, necesarias para alcanzar un
grado de esterificación inferior a 40% y someterse a pruebas
de gelación.
La fuerza máxima registrada en los geles preparados
con PBM fueron para aquellas pectinas obtenidas con la
utilización de pectinesterasas de fuentes vegetales, en comparación
con el control obtenido por vía alcalina. Los geles
más resistentes de los cuatro tratamientos fueron los obtenidos
para las PBM en las que se empleó como catalizador
la PE de higo, la cual no fue significativamente diferente
de aquellos obtenidos para las PBM en los que se utilizó la
PE de limón, pero ambos tratamientos fueron significativamente
diferentes (α= 0.05) con los resultados obtenidos en
los geles preparados utilizando la PE de naranja. La tabla 1
presenta los resultados obtenidos en las pruebas de gelación.
La diferencia en la calidad de gelación de las PBM obtenidas
con PE de higo [8], y con PE de naranja [5] ya ha sido
reportada, no así la obtenida con PE de limón, la cual presenta
una calidad de gelación similar a la de higo, es decir, geles
muy fuertes, lo que es una característica deseable en este tipo
de pectinas.
De igual forma, los geles preparados con PBM obtenida
por vía química fueron fuertes, pero según reportes anteriores,
confirmados con los resultados de esta investigación, fueron
aproximadamente 3 veces más fuertes que los de naranja y 5
veces más débiles que los de limón e higo, lo que supone una
mejor calidad de gelación para estos últimos.
Tabla 1. Resultados de la prueba de gelación en PBM
obtenidas por modificación enzimática y química vía alcalina.
Fuente vegetal de PE
Cáscaras de limón
Higo
Cáscaras de naranja
Control
Es importante mencionar que en relación a los geles formados
con la pectina modificada por PE de cáscaras de naranja,
los resultados obtenidos en la presente comunicación son
comparables con los reportados en la literatura [9, 14], los
cuales nos indican una deficiente gelificación de la pectina
modificada con PE de naranja; considerando que los geles no
fueron preparados bajo las condiciones antes probadas, sino
bajo las condiciones reportadas por Komae y Misaki [8] para
PE extraída de higo.
Muchos factores pueden influir en los resultados obtenidos,
pero aquellos que tienen mayor influencia son el modo de
acción que tiene el agente modificante sobre la PAM, pues se
sabe que con desesterificaciones al azar, los geles que se obtienen
son más fuertes que aquellos preparados con PBM modificadas
en bloques [9, 13-15]. Asimismo, otros factores que
influyen sobre la calidad de los geles son la concentración de
cloruro de calcio en la solución de pectina, el tiempo y temperatura
de modificación y el pH. En este estudio dichos factores
se mantuvieron constantes.
Finalmente, podemos remarcar que el uso de extractos enzimáticos
crudos de PE a partir de cáscaras de limón permite
la obtención de pectinas de bajo metoxilo caracterizadas por la
formación de geles resistentes, siendo la fuerza de éstos, igual
a aquellos obtenidos con PBM obtenidas por PE de higo;
ambos superiores a las PBM obtenidas de forma industrial
(vía alcalina).
Además, la modificación enzimática representa un proceso
más atractivo que aquel en el que agentes químicos son utilizados
para disminuir el grado de metoxilación de las pectinas,
además de ser altamente específico y llevado a cabo bajo
condiciones menos severas de reacción como las utilizadas en
la modificación química.
Agradecimientos
Fuerza del gel (Newtons)
6.2 a
5.6 a
0.67 c
1.5 b
Nota: letras minúsculas iguales no representan diferencia significativa
(α= 0.05)
EL presente estudio fue parcialmente financiado por el Departamento
de Biotecnología de la U.A de C. Los autores agradecen
al Dr. Antonio Anzaldúa Morales (UACH) por las facilidades
otorgadas para el uso del Texture Analyzer TA.XT2, al
Dr. B. Johnson (Texture Technologies Corp.) por el apoyo
técnico ofrecido y al Dr.Octavio Loera Corral (UAM-I) por
sus críticos comentarios.

Geles de pectina de bajo metoxilo modificadas enzimáticamente 17
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Revista de la Sociedad Química de México, Vol. 43, Núm. 1 (1999) 18-23
Investigación
Recubrimiento de quitosán en aguacate
Leticia Salvador, Susana P. Miranda*, Nidia Aragón y Virginia Lara
Sección de Biotecnología, Coordinación General de Estudios de Posgrado, Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán,
Universidad Nacional Autónoma de México, Av.Quetzalcóatl s/n, Campo 1, Cuautitlán Izcalli, Estado de México, C.P.54740,
Tel.(01) 56232057
Resumen. El aguacate (Persea americana Mills c.v. Hass) es susceptible
de perder su calidad al verse alterado por el ataque de microorganismos
y por las condiciones postcosecha a las que se ve sujeto.
Teniendo como antecedentes las características antifúngicas del
quitosán, en el desarrollo del trabajo se probó dicha actividad, para lo
cual, se aislaron e identificaron de aguacates enfermos Colletrotrichum
sp. y Diplodia sp., causantes de la antracnosis y pudrición del
pedúnculo respectivamente. Al ser usada la refrigeración 3°C-10°C
en combinación con la película de quitosán se obtuvieron 24 días de
vida útil del fruto y un porcentaje de afección menor que en el testigo.
A diferencia de 27°C-29°C 6 días de vida.
Abstract. Avocado fruits (Persea americana Mill c.v. Hass) are susceptible
to fungal infection during storage, this represents a major
problem; reduces marketability and consumer acceptance of avocado
fruits after harvest. The antimycotic effects of chitosan have also
been documented. The effects of these coatings were followed by
measurements in vitro and in vivo Colletrotrichum sp. and Diplodia
sp. isolated from avocado fruit. The specific objetive was to coat avocado
fruit with several type of chitosan coating and investigate their
effects on quality and external appearance and thus improve avocado
storage life for 24 days at 3°C-10°C and 6 days at 27°C-29°C.
Introducción
El lugar predominante que México ocupa en la producción
mundial de aguacate revela su importancia en el ámbito
nacional. Entre las especies frutícolas que se consumieron
durante el período de 1990-1994 [1-3], el aguacate ocupó
el cuarto lugar en lo que se refiere a superficie cosechada,
el sexto en producción y un sitio relevante en exportación
[4-6].
El aguacate mexicano var. Hass (Persea americana),
tiene una calidad reconocida dado su elevado valor nutritivo,
contenido de grasa y presentación por estas razones, es una de
las variedades que se cultiva con mayor intensidad [4, 5].
Es un fruto de tipo climatérico, es decir, experimenta
cambios bioquímicos denotados en apariencia y composición
según transcurre su maduración. Es deseable que sea firme y
brillante en el momento de ser cosechado, de aspecto sano y
libre de microorganismos [6-9]. Estas características pueden
mantenerse por períodos prolongados en condiciones específicas
vía la tecnología postcosecha de frutos, permitiendo la
aplicación de operaciones que garanticen el mantenimiento de
los atributos de calidad comercia [9-11].
En este trabajo se usó el biopolímero quitina el cual fue
modificado a quitosán [12, 13] para formular una película cubriente
[14-18].
Metodología
Aislamiento e identificación
El aislamiento de los microorganismos se realizó a partir de
aguacates de la variedad Hass, obtenidos en la Central de Abasto
de Tultitlán, cuyo origen se especificó de Uruapan Mich.; los
frutos presentaban signos de enfermedad (antracnosis y pudrición
del pedúnculo), la primera se caracteriza externamente por
manchas circulares negruzcas llegando a formar pequeñas depresiones
y en la segunda los signos son parecidos pero localizados
principalmente en el área cercana al pedúnculo [19, 20]. Se
tomaron muestras de las lesiones y se sembraron en agar papa
dextrosa, agar nutritivo y agar Sabouraud manteniéndolos en
incubación a 28°C ± 2°C monitoreados cada 24 h, hasta observar
el crecimiento de la colonia. De cada uno de los medios se hicieron
resiembras subsecuentes a fin de purificar las cepas.
Con éstas se procedió a la verificación de la patogenicidad,
la cual se llevó a cabo en aguacates sanos de la misma
variedad y procedentes de Michoacán, a los que se inocularon
las cepas obtenidas y fueron mantenidos en cámaras húmedas,
hasta la aparición de los signos de enfermedad tales como:
cambios de coloración y de textura, hasta llegar a pudriciones.
En la identificación de los microorganismos se emplearon
claves micológicas [21].

Recubrimiento de quitosán en aguacate 19
Preparación de la película cubriente
Se obtuvo el quitosán a partir de quitina comercial grado práctico,
proveniente de caparazones de cangrejo (Sigma Chemical
Co. St Louis Mo. U.S.A.) usando una solución de hidróxido
de sodio al 50 %, en una relación 1:10 (quitina: reactante),
a temperatura de ebullición, por 30 min seguido de un lavado
con agua destilada hasta pH 7.
Posteriormente se prepararon dos bloques de películas; en
el primero se formularon lo que se denominaron películas sencillas
usando como disolvente ácido acético, ascórbico, láctico
y cítrico (cuadro 1). En el cuadro 2, se pueden ver las formulaciones
de quitosán un ácido orgánico, con un ácido graso,
tween 80 y llevadas a pH 5.6; así mismo se centrifugaron a
10,000 g por 15 min a 24°C [14-18]. Se experimentó con la
película comercial “Brillabekam” [22] como testigo, ya que se
especifíca que tiene incorporado un antifúngico y dado que la
actividad del quitosán a probar es también de esta naturaleza.
En ambos bloques se consideró una valoración cualitativa
de solubilidad del quitosán.
Valoración de la actividad antifúngica del quitosán
in vitro
La valoración antifúngica del quitosán se llevó a cabo a las
concentraciones 0,5, 0,2 y 0,1 % p/v previamente disuelto en
agua acidulada y posteriormente mezclado con el agar papa
dextrosa, en cajas petri, donde se sembró cada una de las
cepas puras e identificadas, manteniéndolas en incubación a
26°C ± 2°C valorando su crecimiento cada 24 h [23, 24].
Cuadro 1. Películas sencillas.
Película Concentración Disolvente
de quitosán
1% V/V
% P/V
1 0,25 y 0,50 ácido acético-agua
2 0,25 y 0,50 ácido ascórbico-agua
3 0,25 y 0,50 ácido láctico-agua
4 0,25 y 0,50 ácido cítrico-agua
Cuadro 2. Películas reformuladas.
Película Formulación PH
% P/V
1 quitosán 0.25, ác.acético 1, 5.6
2 quitosán 1, ác. fórmico 1 5.6
3 quitosán 2, HCl 0.25N 5.6
4 quitosán 1, ác. fórmico 1, ác. láurico 1, tween 80 5.6
5 quitosán 2, HCl 0.25N, ác. láurico 1, tween 80 0.1 5.6
6* Acetato de vinilo - ester acrílico más fungicida 5.6
Grado alimenticio
* Es un recubrimiento comercial BRILLABEKAM (Alimentaria Mexicana Bekarem ,
S.A. de C.V.) recomendado su uso en la industria Cárnica y Alimentaria. No se especifica
el fungicida.
Resultados y Discusión
Aislamiento e identificación de patógenos del aguacate
Valoración in vivode las películas de quitosán
La valoración in vivo de las películas se efectuó mediante
cinco experimentos considerando como variables independientes:
película, temperatura y
estado de madurez (sazón, ½).
Y como variables dependientes:
vida de almacenamiento, pérdida
fisiológica de peso, afección
por microorganismos y apariencia
definida como aceptable o
no aceptable.
Las películas fueron aplicadas
manualmente con brocha
procurando uniformidad.
Se valoró en cinco experimentos
la acción antifúngica
de las películas a temperatura
de 27 ± 2°C; en el cuarto y
quinto experimento se utilizaron
temperaturas de refrigeración
3-10°C. La humedad relativa
se mantuvo por abajo del
50% a temperatura ambiente
(cuadro 3).
Los microorganismos aislados y purificados fueron identificados
como Colletrotrichum sp. y Diplodia sp. En aguacates
sanos 1/2 sazón fueron inoculados subcutáneamente con estos
hongos evidenciándose los primeros signos de enfermedad a
Cuadro 3.Condiciones en las que se llevó a cabo la valoración in vivode las películas de quitosán.
Variables
Experimento
A B C D E
Estado de madurez Sazón Sazón ½ sazón ½ sazón ½ sazón
HR -50% -50% -50% 75-80 % 75-80 %
Temperatura 27 ± 2°C 27 ± 2°C 27 ± 2°C 27 ± 2°C 27 ± 2°C
3 a 7°C 10°C
Película aplicada 1 1 a la 6 1 a la 6 4 y 5 4 y 5
cuadro 1 cuadro 2 cuadro 2 cuadro 2 cuadro 2
Duración del 6 días 6 días 6 días 6 días ambiente 6 días
experimento 19 días en 15 días en
refrigeración refrigeración
Unidad 3 lotes de 7 lotes de 7 lotes de 4 lotes de 6 lotes de
experimental 61 frutos c/u 3 frutos c/u 3 frutos c/u 27 frutos c/u 4 frutos c/u
2 lotes de
10 frutos c/u
como testigos

20 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999) Leticia Salvador et al.
los 2 días, confirmando de esta manera la patogenicidad de los
microorganismos.
Colletrotrichum sp. causante de la antracnosis; el aspecto
colonial es de anillos concéntricos, de micelios blancos al
principio tornándose color naranja o salmón, con espículas
obscuras entre los conidióforos; conidias ovoides ligeramente
curveadas [9, 21].
Diplodia sp. produce la pudrición de pedúnculo, son cepas
planas de textura algodonosa gris obscuro con formación
de picnidios inmersos, elipsoidales y conidias obscuras o casi
negras. Su incidencia y signos coinciden con lo establecido en
la bibliografía [9, 21].
En el medio de cultivo agar papa dextrosa (PDA), las
cepas de Colletrotrichum sp. crecieron de 6-8 cm. en 72 h;
en agar Sabouraud se desarrollaron colonias de 3-5 cm. En el
mismo tiempo, en agar nutritivo el crecimiento fue lento y
limitado. Con respecto a las cepas de Diplodia sp. el diámetro
en 72 h, fue de 5-7 cm. en agar Sabouraud; y nutritivo;
se puede establecer que de los tres medios utilizados como
sustrato, el agar papa dextrosa es el adecuado para estos hongos.
Preparación de las películas
Para la preparación de las películas sencillas (cuadro 1), se
utilizaron varios ácidos resultando en orden descendente la
solubilidad del quitosán como sigue: acético, ascórbico, láctico
y cítrico. En este último, la solubilidad se vió restringida;
esto fue realizado experimentalmente con el objeto de obtener
una solución de quitosán cristalina con alta solubilidad y un
pH cercano al del fruto.
En las películas reformuladas también se utilizaron diferentes
ácidos (cuadro 2) con estos ácidos la solubilidad del
quitosán fue buena, pero con características diferentes. Con
ácido fórmico la solución fue más viscosa en comparación con
el acético y clorhídrico. Por lo tanto existe una diferencia
entre ambos bloques de películas, las llamadas sencillas, las
cuales son exclusivamente de quitosán, y el segundo bloque
designadas películas reformuladas, a las cuales se les incorporó
el ácido graso (láurico) y tween con el fin de modificar
tanto las características de hidrofobicidad y surfactación [15,
17, 18].
Valoración de la actividad antifúngica del quitosán
in vitro
Las pruebas para demostrar la actividad antifúngica del
quitosán mostraron inhibición de 100% para ambas cepas aisladas,
en las concentraciones 0,50, 0,25, y 0,10% p/v, en agar
papa dextrosa y mantenidas a 28 ± 2°C. De acuerdo a lo anterior,
el quitosán tiene un efecto antifúngico como lo reportado
por El Graouth 1992 [14-16].
La comparación de estos resultados con los reportados en
la literatura es difícil, ya que existen diferencias en la concentración
utilizada de quitosán así como en los géneros de hongos
manejados y en las especies frutícolas utilizadas; consecuentemente
son de esperarse respuestas diferentes en el
grado de suceptibilidad al quitosán [16].
Valoración de la actividad antifúngica del quitosán in vivo
En las pruebas hechas para valorar los dos bloques de películas,
se consideró en orden de importancia, la aparición de signos
de ataque por microorganismos, pérdida fisiológica de
peso (P.F.P.) y como consecuencia, la calidad final del fruto
tratado con las diferentes películas de quitosán. Debido a que
las lesiones por hongos catalogadas como latentes representan
el mayor problema postcosecha en aguacate [9, 19], la aplicación
de una película con actividad antifúngica en el fruto
fresco, como técnica de conservación, tendrá efecto durante el
proceso de maduración del fruto y por lo tanto se considera
que la pérdida fisiológica de peso es importante, así como la
apariencia. En investigaciones realizadas con los hongos B.
cinerea y R. stolonifer, que afectan a fresa, el quitosán se ha
utilizado con el fin de inhibirlos, además de evaluar su efecto
en los atributos de calidad del fruto [14-16].
Los resultados por afección de microorganismos se valoraron
a través del porcentaje de aguacates dañados de acuerdo
a los signos que se presentaron en el fruto. A temperatura
ambiente son evidentes los efectos de las películas sencillas,
ya que al compararse los frutos tratados con el testigo, éstos
presentaron un 100% de afección comparado con un 60% de
los tratados a la concentración 0,25% de quitosán y 34% a la
concentración 0,5% de quitosán en estado sazón (gráfica 1).
Gráfica 1.
Al aplicar las películas reformuladas (gráfica 2) a temperatura
ambiente en estado sazón, también resulta relevante la
acción antifúngica, ya que las películas 5 y 6 manifiestan 0%
de afección por microorganismos comparado con un 66% que
se obtiene con las películas 2, 3 y testigo; sin embargo, se presentaron
alteraciones fisiológicas como maduración anormal,
lo cual repercute considerablemente en los atributos de calidad;
situación similar se presentó en el experimento D y E,
por lo que no se pudo evaluar el porcentaje de afección como
en los demás experimentos. En el experimento C en el que se
emplea aguacate ½ sazón, la afección mas alta en las películas
aplicadas es de 33% en la película 6, en contraste al 0% en la
película 5 y 20% en el testigo.

Recubrimiento de quitosán en aguacate 21
Gráfica 2.
A temperatura ambiente la vida de almacenamiento es de 6
días, independientemente del estado de madurez. La pérdida
fisiológica de peso (P.F.P.) fue valorada en cinco experimentos
considerando como variables independientes: película,
temperatura y estado de madurez. En primer lugar, se aplicaron
las películas sencillas a temperatura ambiente en frutos
½ sazón y sazón, resultando 6,55% y 4,82%, respectivamente,
de P.F.P. a la concentración 0,5% de quitosán, con el primer
estado de madurez, a la concentración 0,25% de quitosán,
8,04% y 6,49% en sazón, y finalmente 7,85% en el testigo en
estado sazón (gráfica 4). Con esto se establece que el porcentaje
de P.F.P. a la concentración 0,5% de quitosán es relativamente
menor con respecto a la concentración 0,25% para
ambos estados de madurez, con relación al testigo.
Cuando la temperatura de almacenamiento es de 3-7°C la
afección por microorganismos en el experimento D (gráfica
3), fue de 32,43%, 22,22% y 100% para la película 4, 5 y testigo,
respectivamente. En el experimento E a temperatura de
10°C se tienen porcentajes de afección del 80% en la película
4; mientras que 60% en la 5 y en el testigo.
Gráfica 4.
Gráfica 3.
Esto indica que a temperatura de refrigeración (3-7°C) el
porcentaje de afección es menor en las dos películas aplicadas
y se puede decir, que el estado de madurez es determinante
para evaluar el efecto de la película, debido a que los microrganismos
que se inhiben son del tipo latente. Sin embargo,
algunos autores establecen el uso de técnicas de atmósferas
modificadas combinadas con refrigeración con el objeto de
controlar el proceso de maduración y consecuentemente el
desarrollo de estos patógenos [9-11].
Todos los resultados fueron tratados con la técnica estadistica
de ji cuadrada basándose en el número de frutos sanos
y dañados en cada uno de los experimentos. Resultando diferencias
significativas en el experimento D, en donde se evidencian
diferencias entre las películas.
Los resultados de la P.F.P. con las películas reformuladas
a temperatura ambiente, se pueden ver en la gráfica 5 en el
experimento B utilizando aguacates en estado sazón el porcentaje
más alto de P.F.P. es de 8,64% cuando se aplicó la
película 1 y de 3,25% en la película 6 y 8,22% en el testigo.
En estado ½ sazón (experimentos C, D y E), en el primero (C)
la P.F.P. se tiene el menor valor en la película 6 ó comercial
de 5,48% y en las reformuladas con quitosán 5,95% para la
película 1 y 6,65% para la 4, siendo el valor de P.F.P. de
9,71% en la película 2 y 10% para el testigo.
En los dos últimos experimentos (D y E) donde se aplicaron
las películas 4 y 5 los porcentajes extremos son de
7,58% y de 10,42% para frutos tratados, comparado con
7,97% y 11,44% para los testigos.
Efecto de las películas en la pérdida fisiológica de peso (P.F.P.)
Gráfica 5.

22 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999) Leticia Salvador et al.
Con lo anterior se establece que la P.F.P. y el tiempo de
almacenamiento varían dependiendo del estado de madurez,
de la película y la temperatura.
Conclusiones
Gráfica 6.
Con respecto al porcentaje de P.F.P. a temperatura ambiente
fue menor al 10% en la mayoría de las películas, excepto
en el experimento E, donde la P.F.P. para la película 5 fue de
10,42%, mientras que en los experimentos C y E los testigos
son de 10% y 11,44% respectivamente.
Los resultados de P.F.P. en el experimento D, (gráfica 6)
cuando la variable independiente temperatura es de 3 a 7°C, a
los seis días se tienen P.F.P. similares tanto en frutos tratados
como en el testigo; al finalizar el experimento a los 19 días se
tienen P.F.P. menores al 5%. En el experimento E, a 10°C en
seis días la P.F.P. está entre 2 a 3% y a los 15 días la P.F.P.
está por debajo del 7%, excepto para el testigo con 7,12%.
Sin embargo, al comparar el comportamiento de los frutos
en temperaturas de refrigeración a los seis días y a un
mismo estado de madurez esta variable (P.F.P.) a temperatura
de 3 a 7°C fue menor que a 10°C siendo la diferencia menor
al 2%.
Se aplicó el tratamiento estadístico de anova para experimentos
con observaciones repetidas [25] vía el paquete STA-
TISTICA de los experimentos B al E, para determinar las diferencias
entre los valores medios de P.F.P. con un nivel de significancia
de 0,05 (tabla 1), resultando que la variable tiempo es
significativa a temperatura ambiente y de refrigeración en todos
los experimentos y no así la interacción de las variables película
y tiempo pero, significativa para el experimento D tanto a temperatura
ambiente como de refrigeración, siendo la tendencia de
las curvas de P.F.P. descendente conforme al tiempo.
Tabla 1. Resultados de anova.
Experimento Temperatura Significativo Significativo
Tiempo Película/Tiempo
B Ambiente Sí no
C Ambiente Sí no
D Ambiente Sí Sí
Refrigeración Sí Sí
E Ambiente Sí no
Refrigeración Sí no
• Los microrganismos que afectan la calidad del aguacate
variedad Hass corresponden a los géneros Colletotrichum
spy Diplodia sp.
• El quitosán como inhibidor del crecimiento de los microorganismos
que causan la antracnosis y la pudrición del
pedúnculo, se manifiesta desde la concentración de 0,25%
hasta 2%.
• Las películas simples a base de quitosán aplicadas a los
frutos y almacenados a temperatura ambiente 27 ± 2°C, se
alcanza una vida útil de 6 días; con pérdidas fisiológicas
de peso de menos del 10 %, y de una calidad aceptable.
• El quitosán como molécula básica al 1 y 2 % p/v y combinada
con ácidos grasos, con surfactantes y ajustando el pH
a 5.6, se constituye una película cubriente que responde
inhibiendo el crecimiento de los microorganismos, manteniendose
a temperatura ambiente 27 ± 2°C por 6 días.
• Cuando la temperatura de almacenamiento es de 3-7°C
con las mismas consideraciones que la conclusión anterior,
la calidad del producto es superior, en términos del
grado de afección, vida útil en promedio 24 días y con
pérdidas fisiológicas de peso alrededor del 10%.
Recomendaciones
– El recubrimiento de quitosán se le debe dar al fruto en un
estado de madurez ½ sazón (verde-duro) para obtener una
inhibición adecuada.
– Las concentraciones base para formular las películas debe
ser mínimo del 1% de quitosán y usando como disolvente el
ácido acético.
– Considerar en las formulaciones subsecuentes el uso de ácidos
grasos y de otros componentes que permitan modificar
las características físicas y de permeabilidad.
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Revista de la Sociedad Química de México, Vol. 43, Núm. 1 (1999) 24-29
Revisión
An Integrated, Holistic Experimental and Theoretical Approach
Applied to the Derivation of the 3D Structure of Bovine Amelogenin
implicated in Amelogenesis imperfecta, a Molecular Disease
Characterized by a Single Point Mutation
V. Renugopalakrishnan l, 2 *, R. Garduño-Juárez 3 , Juan Carlos Hernández Guerrero 4 ,
Patricia N. Casillas Lavín 4 and K. Ilangovan 5
1 Harvard Medical School, Harvard University, 423 Av., Boston, MA 02115, USA, Fax +1.617.738.4960; 2 Instituto de Química,
Universidad Nacional Autónoma de México, Circuito Exterior, Ciudad Universitaria, Coyoacán, 04510 México DF, México. Fax
+52-5616-2217, email: renu@servidor.unam.mx; 3 Centro de Ciencias Físicas, Universidad Nacional Autónoma de México,
62210 Cuernavaca, Morelos, México; 4 Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510 México DF,
México; 5 Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510 México DF, México.
Resumen. La amelogenina, una fosfoproteína de 170 residuos, de
~19kDa, extracelular e hidrofóbica, con una estructura elipsoidal,
secretada por los ameloblastes dentales bovinos, contiene una estructura
primaria única comparada con otras proteínas de mamíferos de
estructura primaria conocida. Se caracteriza por una proporción alta
de Leu, His, Met, Gln, y Pro, y también contiene un residuo de Ser 16
fosforilado. Se revisan los estudios de ingeniería genética combinados
con investigación en biología estructural. La estructura tridimensional
de la amelogenina dental de bovinos ha sido el tema de investigación
del autor principal en la Escuela Médica de Harvard desde
1984, empleando aproximaciones teóricas y experimentales
integradas. Estas aproximaciones se describen mediante un diagrama
de flujo. Su estructura tridimensional contiene numerosos giros β-,
una estructura espiral β-, segmentos de hojas β-aislados, y tiene un
contenido bajo α-helicoidal. Los mutantes de la amelogenina y
algunos fragmentos sintéticos tienen potencial clínico en el tratamiento
de la Amelogenesis imperfecta, una enfermedad dental prevalente
en México.
Palabras clave: RMN 3D, IR-TF, Raman, DC, Flourescencia, Síntesis
de polipéptidos, Enfermedad molecular, Dinámica molecular, Canal de
iones, M179 resíduo recombinante, amelogenina, estructura secundaria.
Introduction
Abstract. Bovine Amelogenin, a 170-residue, ~19 kDa extracellular,
hydrophobic, phosphoprotein with an overall ellipsoidal shape,
secreted by ameloblasts from bovine tooth enamel, contains a primary
structure which is unique in comparison to other known primary
structures of mammalian proteins. lt is characterized by a large proportion
of Leu, His, Met, Gln, and Pro residues and also contains a
single phosphorylated Ser16 residue. Genetic engineering studies
combined with structural biological research are discussed in this
review. 3D structure of bovine tooth amelogenin has been the focus
of research by the principal author at Harvard Medical School since
1984 using an integrated experimental and theoretical approach. A
flow sheet describes the general strategy for such an integrated
approach. Its 3D structure contains numerous β-turns, a β-spiral
structure, isolated β-sheet segments, and is low in α-helical content.
Amelogenin mutants and synthetic fragments have potencial clinical
use in fighting amelogenesis imperfecta, a dental disease which is
prevalent in Mexico.
Key Words: 3D NMR, FT-IR, Raman, CD, Time-resolved
Fluorescence, Polypeptide synthesis, Molecular Disease, Molecular
Dynamics, Ion Channel, Ml79-a 179 residue recombinant mouse
amelogenin, Secondary Structure.
Structural biology of proteins has made significant advances
in the last two decades, propelled by multi-nuclear 2D and 3D
NMR spectroscopy [l], X-ray and Neutron diffraction Fourier
transform infrared (FT-IR) [2], laser Raman spectroscopy
(LRS), small angle neutron scattering.(SANS), time-resolved
flurorescence spectroscopy, molecular mechanics-dynamics
approach [3], solid-phase peptide synthesis and the capability
to produce monoclonally pure proteins by expression of
appropriate cDNA’s in a bacterial cell e.g. E. coli and site-specific
mutagenesis to synthesize mutant proteins. Structural
biology and molecular biology have therefore become interdependent.
Despite all these impressive technical developments,
the solution-phase structure of proteins with M r > 30
kDa by heteronuclear multi-dimensional NMR [1] continues
to pose formidable challenges especially in the assignment of
proton resonances. FT-IR and LRS have no limitations on the
M r of proteins which can be investigated using these two
methods. The development of 2D Heterospectral IR-Raman
[4], is a significant advance of immense value to protein structural
biology. In terms of the structural information content,
NMR spectroscopy rivals with X-ray and neutron diffraction.
In the case of membrane proteins and proteins that are stubborn
to crystallization due to their mobility of the glycosamino
glycan (GAG) and lipid side chains [1] e.g. glycoproteins, pro-

State-of-the-art Protein Structural Biology 25
and its modification using molecular dynamics to yield a class
of rationally modified mutant proteins which is followed by
site-specific mutagenesis to synthesize the mutant proteins. In
our research on the structural biology of proteins we have successfully
exploited such an integrated, hollistic approach
which draws upon the salient features of both methodologíes
and its symbiosis in order to derive the 3D structures of proteins
and hence is able to maximize the structural information
content. The approach is illustrated schematically in the flow
sheet, shown in Fig. l.
A number of polypeptide and protein structures upto M r =
~21 kDa have been solved using such an integrated approach.
The structure of a Ca ++ sequestering protein, amelogenin,
which plays a critical role in developmental biology of mammalian
tooth is illustrated here as an example. The method
outlined is generic and is applicable to other protein systems.
2. Bovine Amelogenin
Fig. 1. Flow sheet illustrating a hollistic, integrated approach for
deriving the 3D structure of a protein.
teoglycans, lipoproteins, NMR remains the only avenue to
determine the 3D structure in solution. The gap between
known primary structures of proteins and their 3D structures
is continuously increasing and hence there is an urgent need to
reduce the time span in the derivation of the 3D structures of
proteins. There has been a phenomenal increase in the knowledge
of the protein primary structures i.e. the amino acid
sequences, due to rapid advances in the gas-phase microsequencing
and the derivation of the primary structure from
their cDNA sequences. The secondary and tertiary structures
of a few thousand proteins are known presently from X-ray
and nuclear magnetic resonance (NMR) studies (Protein Data
Bank, Brookhaven, New York, NY and European Molecular
Biology Laboratory, Heidelberg, Germany) and therefore the
gap between the two continues to increase significantly.
A multi-pronged approach in the elucidation of the 3D
structures offers much promise than any one method. We have
recognized from the beginning that no one single physical
method in structural biology can provide a complete picture of
protein structure and dynamics. Our ultimate goal is to develop
rationally modified mutant proteins with enhanced function
and explore their potential applications in biomedical, material
science, electronics (Renugopalakrishnan et al., a series of
US Patents pending) and in technological areas. A rational
modification of a protein begins with the experimentally
derived 3D structure of the wild-type protein as the first step
Amelogenin, a ~19 kD extracellular hydrophobic, phosphoprotein
with an overall ellipsoidal shape (laser light seaterring
studies from the author’s Harvard laboratory, unpublished),
secreted by ameloblasts, from bovine tooth enamel contains a
primary sequence which is unique in comparison to other
known primary structures of mammalian proteins (Personal
Communication, Hunt, 1989). It is characterized by a large
proportion of Leu, His, Met, and Pro residues and contains a
Fig. 2. A Comparison of the primary structure of bovine amelogenin
(Takagi et al., 1983) with the primary structures of mouse, rat, pig,
and human.

26 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999) V. Renugopalakrishnan et al.
single phosphorylated Ser l6 residue. A comparison of the
amino acid sequence, i.e. the primary structure, of bovine
amelogenin [5], with amelogenins from different species is
shown in Fig. 2.
Amelogenin structure function studies have been the
focus of research at our Harvard Laboratory since 1984 [6].
Amelogein mutants and synthetic fragments have potential
clinical use in fighting Amelogenisis imperfecta (AI), a dental
disease prevalent in Mexico.
3. Commonly Occurring Secondary Structural
Motifs in Proteins
When the structural studies began in 1984, its primary structure
was not known. Early structural studies of amelogenin
were frustrating since the CD (Circular Dichroism) spectral
features were not reminscent of proteins containing α-helical
and/or β-sheet patterns [7]. The primary structure of calf
amelogenin was derived by Edman degradation gas phase
sequencing [5] and later from its cDNA sequence. The agreement
between the two methods are excellent. Under normal
circumstances, amelogenin would have been labelled a protein
with a “random” structure e.g. lacking recognizable order. The
intrepretation of its spectral features took an unexpected and
surprising turn when its primary structure became availabIe
[5] and it was found to contain unusual tandem repeats, especially
starting from residues Gln 112 and extending upto Leu l38
and the repetitive tandem template being a tripeptide
sequence, (Gin-Pro-X) and such contiguous triplets occurred
scattered throughout its primary structure. Amelognin is not
the only protein in nature to contain such tandem repeats,
albeit, the triplet template occurring nine times consecutively
suggested that repeating polypeptide segment is probably
composed of a helical array of repetitive β-turns, hairpin or U-
turns wound around a common helical axis. Similar tandem
repeats, have also been found to occur in elastin, RNA
Polymerase II and it remains to be determined whether tandem
repeats serve important structural and hence functional
roles. The tandem repeats in elastin, [8, 9], have been ascribed
a role in its elastomeric property, like in connective tissues in
lungs, where the increase in volume during respiratory cycle
requires a protein framework that can quite easily expand and
contract while the tandem repeats in other proteins may have
other important biological functions
In the case of amelogenin, the major functional role is
triggering Ca ++ ion accumulation in the process of building
hydroxyapatite e.g. octacalcium phosphate crystals in enamel.
The well organizad mineral associated with enamel has been
strikingly demonstrated by recent atomic force microscopic
studies of normal and Amelogenesis imperfecta afflicted
human tooth enamel from our laboratories [10]. When one
examines the amelogenin primary structure, it is rather surprising
that such a primary structural entity will ever be implicated
in a hydroxyapatite build up process on a bewildering
time scale e.g. the entire process of mineral accumulation is
complete in the very early phase of mammalian tooth development
and amelogenin is rapidly degraded enzymatically after
initiating mineralízation of enamel.
4. Time-Resolved Picosecond Fluorescence
Studies of Bovine Amelogenin
We have inferred from the three different decay times, τ,
observed from pico-second fluorescene spectroscopic studies
of bovine amelogenin in solution [11], that either amelogenin
manifests three conformers equilibrating rapidly in aqueous
solution or the three Trp residues present in its primary structure
(Fig. 2) are on the surface of amelogenin, contributing to
the three different decay times, τ.
5. Circular Dichroism (CD) Spectroscopic
Studies of Bovine Amelogenin
Initial CD studies were indicative of a pattern similar to “random
coil” proteins, [12] CD spectroscopy provides qualitative
information on the secondary structure of a protein. CD bands
arise from n – π and π – π* transitions in the electronic structure
of a peptide moiety. CD spectral features of multiplet β-
turn structures remain obscure even today. Furthermore, CD
patterns of a β-sheet and β-turn protein with a large β-turn
contribution are not available in the literature with the exception
of tandem repeating segments in cereal storage proteins,
tropoelastin, and RNAse polymerase II. The CD spectra of
mouse amelogenin, a 179 residue hydrophobic protein a
recombinant manifests a temperature sensitive CD spectra in
10 mM phosphate buffer which resembles the CD spectra of
tropoelastin polypeptides [11].
6. Infrared Red (IR) and Raman Spectroscopic
Studies of Bovine Amelogenin
Neverthless, CD studies were contradicted by FT-IR studies
[12], and laser Raman studies from our Harvard laboratory
[13], which were suggestive of a β-turn and low β-sheet segments
with a low α-helical content. Amide I mode usually
occurs between 1600 and 1690 cm –1 and is largely C=O
stretching frequency, amide II mode consists of C–N stretching
and NH bending, occurring between 1480 and 1575 cm –1 ,
and amide III mode, occurring between 1229 and 1301 cm –1 is
similar to amide II mode. Amide II mode is sometimes, not
always, absent in the Raman spectra of proteins. The amide I
region of the FT-IR spectra of amelogenin as a function of pH
[12] was subjected to Fourier self-deconvolution which
revealed the sub-structures contributing to the broad amide I
band. Fourier self-deconvolution of amide I band showed that
the conformation features present in amelogenín were dominated
by β-sheet and β-turn segments. Raman spectrum of
amelogenin in aqueous solution [l3] revealed a quadruplet

State-of-the-art Protein Structural Biology 27
amide I band and H D exchange studies revealed bands originating
from polypeptide backbone conforination. The conclusions
of FT-IR and laser Raman studies therefore were in concurrence.
are progressing rnuch more rapidly. A set of proton-proton
NOE contact distances were derived and used as an input in
molecular dynamics simulation of amelogenin structure
described below.
7. 2D and 3D NMR Spectroscopic Studies
of Bovine Amelogenin
2D and 3D [1] H NMR [1] spectroscopy provides a blue print
of the proton resonances and their spatial disposition through
nuclear Overhauser enhancement (NOE) phenomenon which
arises from spatial proximity of protons in a protein which
give rise to a NOE cross-peak in 2D NOESY spectra, with an
intensity proportional to the inverse sixth power of the distance
between the two protons (l/r 6 ).Usually NOE’s are classified
into strong, intermediate, and weak, which implies that
the inter-proton distances are < 2.5 Å, < 3.5 Å, or < 5 Å. NOE
data of bovine amelogenin is what led to the derivation of the
3D structure of bovine amelogenin. Recently 2D NMR studies
of bovine amelogenin [l4] were focused on the elucidation of
amelogenin secondary structure in solution. The complex task
of assigment of proton resonances using 2D COSY, selected
NOE experiments, aided by automated assigment computer
routines (FELIX, XEASY) has now been completed and will
appear in the literature in 1999 [l4]. The hydrophobicity of
bovine amelogenin presents formidable challenge in 1D and
2D NMR studies due to its poor solubility, whereas the 179-
residue mouse amelogenin is more soluble in aqueous buffers
and therefore 2D and 3D NMR studies of the mouse variant
Fig. 3. Polypeptide Backbone Structure of the 170 residue bovine
tooth amelogenin from NMR and Molecular Dynamics Simulations
(Prabhakaran et al., 1991).
8. Theoretical Derivation of the Secondary
Structure of Bovine Amelogenin from 2D NMR
Studies
Recent advances have made it possible to explore the multidimensional
energy surface of a protein by the calculation of the
elassical energy of a complex system like protein. The energy
surfaces so obtained forrn the basis of molecular dynamics
and Monte Carlo studies [15] Another important method for
exploring the energy surfaces is to find configurations for
which the energy is a minimum at which point the molecular
system is assumed to exist in a stable conformation. By
adding external forces to the molecule in the form of restraints
and constraints, a wide range of modeling strategies can be
developed using minimization techniques as the foundation to
answer specific questions. The pursuit of a global minumum
for a protein is riddled with difficulties. Neverthless, the minimized
structure provides complimentary information to physical
methods in structural biology e.g. NMR. In Monte Carlo
or Dynamic minimization, ensembles of structures can be generated
to estimate thermodynarnic averages. A sirnple but
powerful restraint is to add a term restraining the distance
between two atoms e.g. two protons, an estimate of which is
obtainable from 2D NOESY experiments. Inclusion of NOE
distance restraint with the energy function can yield a family
of representative structures and constitutes a powerful method
for solving structures of proteins in solution. Most application
of NOE distance restraints to solving protein structures use
either distance geometry algorithms or molecular dynamics
method. Minimization is resorted to only in the final stages of
the refinement of the 3D structure of a protein. Molecular
dynamics method is linked to the solution of Newton equations
of motion for all atoms in a protein, care should be exercised
in establishing the initial conditions of thermodynamic
equilibrium. In such a process many conformations of a protein
may be obtained wich are close in energy. To further
explore the fluctuations of such structures at any given temperature,
it is required that the simulations should explore a
time window of the order of several picoseconds. An alternative
approach is a search for the global minimum in energy of
a protein. The search sometimes may end in a local minimum
trap. A number of stochastic methods e.g. simulated annealing,
threshold accepting, genetic algorithms TABU search
[16] have been developed to circumvent the stalling of the
search for a global minimum in a local minimum trap. The
application of the methods described here to amelogenin is
described below.
A combination of both approaches have been applied to
amelogenin structure prediction. Amelogenin is a protein rich
in β-sheet: β-turn segments [17]. Extensive protein secondary

28 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999) V. Renugopalakrishnan et al.
structure prediction schemes and secondary structure prediction
algorithms have predicted short α-helical segments occuring
between residues: 22-29; 42-49; 6065; and a N-terminal
segment involving 163-170. The absence of polar amino acid
residues and the presence of a single phosphorylated Ser
residue at position 16 argue that the β-spiral functional
domain must derive its Ca ++ sequestering capability from neutral
carbonyl groups of the amino acid residues present in
bovine amelogenin. Simílar proposals for calcification of
tropoelastin have been advanced where the neutral C = 0
groups are supposedly involved in Ca ++ binding by charge
neutralization hypothesis. A cluster of C = 0 groups aligned
on the inner surface of stairease like structure formed by
repetitive β-turns occuring contiguously from Gln 112 through
Leu 138 , Gln 112 -Pro-His-Gln-Pro-Leu-Gln-Pro-His 120 -Gln-Pro-
Leu-Gln-Pro-Met-(Gln-Pro-Leu) 3 -Gln-Pro-Leu l38 offers as an
ideal but novel candidate for Ca ++ binding. The uniqueness of
this structure, labelled as β-spiral, and its putative role as Ca ++
binding domain occuring between Gln 112 through Leu 138 , was
the basis for selecting it for detailed molecular mechanics and
dynamics studies from our Harvard laboratories [18].
Molecular mechanics and dynamícs studies revelaed a
class of dynamic structure for β-spiral region which could be
broadly categorized into β-spiral structure with a ~ 1 A diameter
pore and one where the pore was blocked by Gln side
chains. The ~ 1 A diameter pore fits into it nearly an unhydrated
Ca ++ ion. The above class of structures are stabilized by
1→ 4 β-turn H-bonds and Gln side chain to Gln side chain H-
bonds. The hydrophobic side chains are radially projecting
outwards with the C = O groups lining the interior symmetrically.
While the phosphorylated Ser 16 may play a facilitating
role in the passage of Ca ++ ions, the major functional role is
believed to reside in the β-spiral segment [18]. Obviously
such a structural entity like β-spiral must be encapsulated by
the rest of the protein framework to stabilize the radially projecting
hydrophobic side chains. The 3D structure of amelogenin
with the β-spiral segment, acting as a template or nucleus,
contained in the interior, is shown in Fig.3.
In deriving the 3D structure of bovine amelogenin in
Fig.3, we have used the information gleaned from different
physical methods.
9. Solid-Phase Synthesis of Calcium Binding
Domain of Bovine Amelogenin
We have also obtained by solid-phase synthesis 27-residue β-
spiral polypetide and demonstrated by CD studies that the
above polypeptide assumes a β-spiral structure in triflouro
ethanol [19]. We have synthesized analogs where one or more
Gln residuos have been substituted to prevent formation of the
side chain-side chain hydrogen bonds and their structure-activity
relationships are under investigation in our laboratory.
Protein engineering studies involving the chemical modification
of Gln residues is expected to result in a reduced channellike
activity manifested by the 27 residue polypeptide or in
some extreme cases obliteration of the channel-like activity
altogether. Site-specific mutagenesis experiments to produce in
E. coli and yeast Pichia pastoris mutant bovine amelogenin
with substitutions in the β-spiral segment are also in progress
in our laboratory. In addition, the synthetic polypeptide will
serve as a model for investigating the channel dynamics and
experiments are planned for its use as a novel Ca ++ delivery
system. Further p rotein engineering studies are planned to
design channels on similar concepts for other cations with
potential physiological and technological applications. The
Ca ++ conducting and non-conducting states exhibited by amelogenin,
orchestrated by the phosphorylation-dephosphorylation
of Ser l6 has paved the way for their possible uses as molecular
switches (Renugopalakrishnan, US Patents to be submitted).
10. Potential Clinical Applications of the
Calcium Binding Domain of Bovine Amelogenin
Synthetic 27 residue polypeptide doped in a lipid is expected
to be useful in inducing formation of enamel in certain types
of dental diseases i.e, Amelogenesis imperfecta / hypoplasia
where enamel formation is impaired. Amelogenesis imperfecta
(AI) has been shown to arise from an impairment of the amelogenin
gene, a single-point mutation of a conserved Pro at
position 21 to Thr [20]. Enamel deformities have been found
to be prevalent in certain geographical regions in central and
northern Mexico, due to flouride in drinking water arising
from flouridation and heavy metal contamínation, especially
lead of underground sources of water, and therefore constitutes
a threat to oral health. Lead is one of the heavy metals
known from ancient times and it is found in many parts of
Mexico. The consumption of lead has risen dramatically
mainly due to automobile and petrochemical industry as the
principal use of lead is in the lead accumulator battery and as
an additive to petrol almost from mid-20’s to increase the
octane rating of the fuel. However, its contamination of water,
waste water [21] and air is continuously increasing due to
mining and other industrial activities. Environmental impact
of Pb contamination reflect in food chain and literature reports
of 6-100 mg Pb/g in deciduous teeth, 10-500 mg Pb/g in permanent
teeth, and 0.1-80 mg Pb/g in ancient teeth exist. In
Mexico, due to steel (16,000 to 39,600 mg/l) and fertilzer
(200-300 mg/l) manufacturing, fluoride contamination in
waste water streams is unavoidable and of common occurrence.
Fluoride is known to cause flurosis and enamel defects.
The term Amelogenesis imperfecta indicates defective
enamel formation, but it is usually used to designate a particular
hereditary defect of enamel formation [22] indicate that the disease
ís rare e.g. incidence 1 in 700 to 1 in 14,000-16,000 children.
Three major types of amelogenesis imperfecta: hyoplastic,
hypocalcified, and hypomaturation, each with a number of subtypes
based on clinical, genetic, and histological differences can
he distinguished. lt has been reported that systemic disturbances
can influence ameloblastic activity and depending on the severeity,
nature, and duration, can affect enamel formation.

State-of-the-art Protein Structural Biology 29
11. We are at the present time initiated an ongoing research
project to obtain the DNA sequence of the genomic DNA
from blood samples of patients afflicted with Amelogenesis
imperfecta in Mexico and subsequently clone the defective
protein for structural biological research.
Acknowledgements
VR expresses his indebtedness to Prof. Melvin J. Glimcher,
Harriet Peabody Professor of Orthopaedic Surgery, Harvard
Medical School, Harvard University, Boston, MA for initiating
him into the field of biomineralization in early 80’s. Much
of the research has been supported through research grants
(RO1’s) from National Institutes of Health since 1985 to V. R,
Harvard Medical School, Harvard University, Cambridge,
MA, A Program Project Grant to the Laboratory for the
Skeletal Disorders and Rehabilitation, Dept. of Orthopaedic
Research, Harvard Medical School, NIH, NSF, and Harvard
University provided generous support for the purchase of 500
and 600 MHz NMR spectrometers used in this study. The 750
MHz NMR studies on recombinant mouse amelogenin were
performed at the Battelle Northwest Laboratories, Richland,
WA. Mr. Jose Trinidad Vivas Cortes, Institute of Chemistry,
UNAM and Mr. Masahiro Tanikawa Ishiwara, Mexico City,
Mexico rendered valuble help in the preparation of the art
work which is sincerely acknowledged.
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Revista de la Sociedad Química de México, Vol. 43, Núm. 1 (1999) 30-35
Revisión
Espiro-2(1H)quinolinas: síntesis y propiedades
Vladimir Kouznetsov
Laboratorio de Síntesis Orgánica Fina, Escuela de Química, Universidad Industrial de Santander, A. A. 678,
Bucaramanga, Colombia
e-mail: kouznet@uis.edu.co
Resumen. Se analiza el sistema de Espiro-2(1H)quinolina. Se describen
los métodos de síntesis a partir de derivados de quinolina y a partir
de presursores acíclicos. Se enfatizan las espiro-2(1H)quinolinas
que poseen propiedades farmacológicas.
Palabras cl;ave: quinolinas, compuestos espiro, espiroquinolinas.
Abstract. Spiro-2(1H)quinoline system is analysed. Synthetic methods
of its preparation from quinoline derivatives as well as from
acyclic precursors are described. Attention was paid to spiro-2(1H)-
quinolines which display pharmacological properties.
Key words: Quinolines, spirocompounds, spiroquinolines.
Introducción
Los derivados quinolínicos y sus formas reducidas [1] poseen
una amplia gama de bioactividades. Algunos de ellos actúan
como analgésicos [2], hipertensores [3, 4], amebicidas [5], virucidas
[6], etc. Se han encontrado derivados tetrahidroquinolínicos
con poderosas actividades insecticida [7] y fungicida [8-11].
El esqueleto de quinolina forma parte de la estructura molecular
de múltiples productos naturales, como por ejemplo, los alcaloides
Chimaninas [12, 13] y el alcaloide Cuspareina [14], con alta
actividad antileishmanial, aislados de la corteza de árboles del
género Galipea; el metabolito antiviral Virantmicina [15] aislado
de Streptomyces nitrosporeus y el alcaloide tóxico Pumiliotoxina
C [16, 17] encontrado en la epidermis de las ranitas “veneno
de flecha” Dendrobates pumilio y Dendrobates auratus.
Sin embargo, la información relacionada con las estructuras de
la quinolina parcialmente reducida espiroanelada con cicloalcanos
u otros heterociclos es muy escasa [18, 19], debido a la
ausencia de métodos generales para su preparación. No obstante,
se sabe que algunas quinolinas espirocíclicas poseen actividad
antibacterial [20], antiinflamatoria [21] o herbicida [22, 23].
Otros derivados de este tipo han sido patentados como posibles
agentes anticorrosivos [24] o como intermediarios en la síntesis
de colorantes especiales [25].
La espiroanelación de las 1H-quinolinas con ciloalcanos u
otros heterociclos de diferente tamaño podría dar origen a nuevas
propiedades biológicas, podría cambiar la ruta metabólica
de tales compuestos y con ello suavizar o eliminar los efectos
secundarios. En el presente trabajo se describen los ejemplos de
síntesis y propiedades de las espiroquinolinas que tienen carboo
heterociclos espiranelados en posición C-2 de la quinolina.
Los métodos clásicos de Skraup, Döebner-von Miller,
Friedländer, Pfitzinger, Conrad-Limpach-Knorr, Combes o
Gagan-Lloyd son los más usados en la construcción del anillo
quinolínico a partir de precursores acíclicos vía ciclaciones
intramoleculares y ciclocondensaciones [26]. En algunas de
estas síntesis las dehidroquinolinas sustituidas son intermediarios
que generalmente no son aislados. Todos estos métodos
son poco usados en la preparación de las espiroquinolinas
citadas. Heterociclos de este tipo pueden ser preparados a partir
de las quinolinas sustituidas o bien a partir de precursores
acíclicos, en su mayoría, aminas o iminas de cetonas cíclicas.
Precursores quinolínicos
Se han reportado sólo tres ejemplos de quinolinas espiroenlazadas
con un carbo- o heterociclo de tres eslabones en la posición
C-2 de la 1H-quinolina. Al estudiar la interacción de la quinaldina
(2-metilquinolina) (1) con el diclorocarbeno generado en
condiciones de catálisis entre fases (CHCl 3 /NaOH) Hamada y
Sugiura demostraron [27, 28] que en la primera estapa de esta
reacción se forma la 2’,2’-dicloro-2-formilespiro[ciclopropano-
1’,2(1H)quinolina] (2) (esquema 1). Posteriormente, en presencia
de exceso del diclorocarbeno, esta espiroquinolina puede ser
transformada con alta eficiencia en el derivado 3 vía la adición
[2 + 1] del diclorocarbeno al doble enlace C = C endocíclico.
La síntesis de las 1,3,3’-trimetil-1’-R-espiro[aziridina-
2’,2(1H)quinolinas] (5) a partir del derivado quinolínico (4) es
Esquema 1.

Espiro-2(1H)quinolinas: síntesis y propiedades 31
otro ejemplo de la adición [2 + 1]. Los nitrenos, al igual que
los carbenos, se adicionan sobre el doble enlace C = C, en este
caso exocíclico, dando lugar a los espiroderivados (5) con rendimiento
del 60-74% [29, 30] (esquema 2). Los autores no observaron
la formación de productos de la adición posterior del
nitreno al doble enlace C = C endocíclico.
Esquema 2.
Uno de los pocos ejemplos de la preparación de la 1Hquinolina
espiroanelada en la posición C-2 con un heterociclo
azufrado lo describió Kobayashi [31]. La reacción del éster dimetílico
del ácido acetilendiocarboxílico con la quinolina (6)
en dioxano a reflujo condujo a un compuesto aceitoso al cual
los autores le asignaron, según los datos de RMN, la estructura
del espirano (7) (esquema 3). La formación del producto se
realiza en este caso a través de la cicloadición [4 + 2].
Esquema 3.
La preparación de las 4-oxoespiro[tiazolidina-2’,2(1H)-
quinolinas] a partir de la 3,4-dihidro-1H-quinolin-2-tiona por
una ruta simple y efectiva fue descrita por Walter en 1995
[32] (esquema 4).
Esquema 5.
Como se puede observar en los ejemplos citados, las síntesis
de espiro-2(1H)quinolinas a partir de precursores quinolínicos
no son generales y no ofrecen la posibilidad de variar
el espirofragmento y los sustituyentes en el anillo, lo que es
muy importante para los estudios farmacológicos.
Precursores acíclicos
Las espiro[cicloalcano-1’,2(1H)quinolinas] se preparan en su
mayoría a partir de precursores acíclicos. En esta ruta uno de
los componentes es la anilina. Por ejemplo, al calentar la anilina
con dos equivalentes de ciclohexanona en presencia de
yodo, se pudo sintetizar la espiro[ciclohexano-1’,2(1H)ciclohexano(c)quinolina]
(13a) [34, 35] (esquema 6). Por lo visto,
el espirano final se forma a partir de anilina y del producto de
condensación crotónica de la ciclohexanona. Su análogo, el
compuesto (13b) se aisló con muy baja eficiencia al realizar la
condensación entre la anilina y la N-(2-cloro-1ciclopentil)piperidina
[36]. Los autores suponen que los itnermediarios
en esta reacción son la N-(1-ciclopentenil)piperidina y el N-feniliminociclopentano.
Esquema 6.
Esquema 4.
Tratada primero con el hidruro de sodio en THF y α-bromoacetamidas,
la quinolintiona se transformó en las espiroquinolinas
(10) con altos rendimientos. En la primera etapa se
forma el anión (8); éste reacciona enseguida con la α-bromoacetamida
conduciendo vía S-alquilación a los intermediarios
(9) que, a su vez, se convierten en los espiranos correspondientes
en presencia de otro mol del anión (8).
Se reportó la obtención de la espiroquinolinona (11) mediante
interacción de la 1-metil-1H-quinolin-4-ona con el 2-
(o-metilbenzoato)-1,3-ditiano en presencia de LDA y HMPA
[33]. La quinolina espiroanelada se aisló por cromatografía en
columna con rendimiento del 37% junto con la quinolin-4-ona
2-sustituida (12) que se formó en cantidades considerables
(esquema 5).
Mediante la condensación de las anilinas sustituidas con
las ciclohexilidenmetilalquilcetonas se prepararon las 4-
alquilespiro[ciclohexano-10,2(1H)quinolinas], que han sido
patentadas como semiproductos en la síntesis de sustancias
biológicamente activas [21]. El análogo de estos compuestos,
la 8-metoxiespiro[ciclohexano-1’,2(1H)quinolina], se preparó
también por otra ruta, mediante la ciclación intramolecular del
1-etinil-1-(o-metoxifenil)ciclohexano en presencia de cloruro
de cobre (I) a 70°C con rendimiento del 56% [37].
La interacción de la o-isopropenilanilina con la 3-metilciclohexanona
en tolueno (120°C) en presencia de ácido p-toluensulfónico,
dió lugar a la formación de una mezcla de cuatro
estereoisómeros de la 3’,4-dimetilespiro[ciclohexano-1’,2-
(1H)quinolina] (14) [38] (esquema 7).
Esquema 7.

32 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999) Vladimir Kouznetsov
En el mismo trabajo se reportó que la condensación de las
anilinas sustituidas con la (+)-R-pulegona en condiciones similares,
conduce a las espiro[ciclohexano-1’2(1H)quinolinas]
en forma de dos diastereoisómeros: (1'S,3'R)-(15) y (1'R,3'R)-
(16) (esquema 8). Los compuestos (15, 16) se forman casi en
igual proporción, con una pequeña predominancia del isómero
16 y pudieron ser separados por cromatografía en columna. Es
de notar que la ciclación de las anilinas m-sustituidas ocurre
de manera regioselectiva llevando a las espiroquinolinas 7-
sustituidas (15, 16).
Esquema 8.
El desarrollo de esta investigación condujo a la síntesis de
espiro[tetralino-1’,2(1H)quinolinas] y espiro[cromano-
4’,2(1H)quinolinas] a partir de las 2-(1-fenilvinil)anilinas y α-
tetralona o croman-4-ona respectivamente [39]. Los productos
finales (19) se forman vía la transposición electrocíclica 6π de
la cetimina 17, generada en la primera etapa, en los derivados
18 que sufren un rápido desplazamiento [1, 5] del hidrógeno
(esquema 9).
Esquema 10.
con alta eficiencia [43]. Estos compuestos han econtrado aplicación
como inhibidores de la oxidación de compuestos orgánicos
y también como “contadores” de radicales activos.
Otra modificación de la cicloadición [4 + 2] que conduce a
las 3,4-dihidroespiro[ciclohexano-1’,2(1H)quinolinas], es la “autocondensación”
de los o-iminoquinonmetiluros (23), que actúan
al mismo tiempo tanto en calidad de 1-azadienos como de dienóficos
con su doble enlace C = C exocíclico. Estos intermediarios
se pueden formar a partir de diferentes compuestos. Así, por
ejemplo, en condiciones de fotólisis, a partir de la N-fenilindolinona-2
(22) se obtuvo la 3,4-dihidro-1-fenil-2’-fenilminoespiro[ciclohexa-3’,5’-dieno-1’,2(1H)quinolina]
(26a) (rendimiento
del 98%) [44] (esquema 11). Saegasa demostró [45] que
el bromuro de N,N,N-trimetil-N-o-(N-metil-N-trimetilsilil)
aminobencil amonio (24) también puede servir como precursor
del o-iminoquinonmetiluro. En presencia de iones flúor en
condiciones suaves, esta sal se transformó en el espirocompuesto
(26b) con rendimiento del 78%. El compuesto (26c) se preparó
también a partir de la dibenzo[cd]-1,2-diazocina (25) en presencia
de fenil litio con posterior hidrólisis ácida [46]. La espiroquinolina
así formada se convirtió en la 3,4-dihidroespiro[ciclohexano-1’,2(1H)quinolina]
(27) por varias etapas secuenciales
(hidrogenación catalítica del anillo ciclohexadiénico, hidrólisis
del grupo imino y reducción del grupo ceto).
Esquema 9.
En los esquemas citados los intermediarios formados
fueron las cetiminas correspondientes, que posteriormente se
ciclaron en espiranos. Como las iminas de cetonas cíclicas son
sustancias estables y de fácil acceso, se usaron con éxito en síntesis
de espirocompuestos de este tipo permitiendo aumentar la
eficiencia y reducir la formación de productos colaterales. La
reacción de Diels-Alder en la que se usa una base de Schiff
como dieno, es aplicada exitosamente en la síntesis de varios
productos naturales con el esqueleto quinolínico [40, 41].
Las Bases de Schiff derivadas de la ciclohexanona resultaron
ser los sintones más versátiles en la síntesis de los
derivados de la 3,4-dihidroespiro[ciclohexano-1’,2(1H)quinolina].
La condensación de la N-ciclohexilidenanilina (20) con
el 2,3-dihidro-5-metilfurano ó 3,4-dihidro-6-metil-2H-pirano,
realizada en presencia de trifluoruro de boro, llevó a la formación,
respectivamente, de la furano [3,2-c]quinolina (21a) y
pirano[3,2-c]quinolina (21b) espiroaneladas con el ciclohexano
[42] (esquema 10).
En reacciones análogas se usaron también las N-ciclohexiliden-α-
ó -β-naftiliminas. Su condensación con el 2,3-
dihidro-5-metilfurano condujo a los espiroderivados de la
furano(c)benzo(h)quinolinas o furano(c)benzo(f)quinolinas
Esquema 11.
Estos son los pocos ejemplos de reacciones conocidas
para obtener las 1H-quinolinas C-2 espiroaneladas con carbociclos.
Investigando varios años los métodos nuevos de preparación
de sistemas (espiro)heterocíclicos a partir de los sintones
imínicos [47, 48], se pensó utilizar las cetiminas en un esquema
de transformaciones simples que permitiera llegar a las
diversas espiro-2(1H)-quinolinas (esquema 12).
Cetiminas → gem-Alilarilaminociclanos → Espiro-2(1H)quinolinas
Esquema 12.

Espiro-2(1H)quinolinas: síntesis y propiedades 33
Los resultados generalizados de esta investigación se dan a
continuación. Como productos de partida de fácil acceso se
escogieron las iminas de cetonas cíclicas (C 5 , C 6 , C 7 , C 8 y γ-piperidonas).
Estas iminas se obtienen con altos rendimientos
mediante la condensación de las aminas primarias y las cetonas
correspondientes en tolueno a reflujo en presencia de ácido acético
glacial. Al reaccionar con el bromuro de alil magnesio en
éter, estas cetiminas sufren adición nucleofílica del alilo al doble
enlace C = N y se transforman con alta eficiencia en los gemalil-N-arilaminociclanos.
La presencia en estas moléculas del
anillo aromático y del potencial fragmento electrofílico (el alilo)
permite realizar su ciclación intramolecular (la reacción de
alquilación intramolecular), con la formación de diferentes 1Hquinolinas
C-2 espiroaneladas. Por ejemplo, a partir de las cetiminas
(28) se obtuvieron los cicloalcanos (29) gem-disustituidos
que contienen como los fragmentos arílicos los radicales orto- o
para- tolilo (anisilo, cloro(fluoro, bromo)fenilo) etc. Su ciclación
ocurre de manera regioselectiva con la formación de las 3,4-dihidro-4-metilespiro[cicloalcano-1’,2(1H)quinolinas]
(30) 6- ú 8-
sustituidas (rendimientos del 22-80%)[49-53] (esquema 13). Los
bajos rendimientos de los metoxi- o fluoroderivados (30) (20-
33%) se deben, al parecer, al fuerte efecto +M del grupo metoxilo
y al efecto -I del átomo de flúor, respectivamente.
Esquema 13.
Como cabía esperar, mediante la ciclación de los cicloalcanos
(31) que contienen el fenilo m-sustituido, se observa el
ataque de igual probabilidad a ambas o-posiciones libres, lo
que da lugar a la formación de dos productos (en relación
1:1): espiroquinolinas 5,6- (32) y 6,7- (33) disustituidas
(esquema 14). Los compuestos 32a,b y 33a,b fueron separados
usando cromatografía en columna.
La formación de los productos (36-38), con el átomo de
bromo en diferente posición en el anillo bencénico, se debe al
ataque ipso, lo que se comprobó realizando las ciclaciones
cruzadas [50].
Las posibilidades sintéticas del presente método se amplían
considerablemente variando las estructuras tanto de los componentes
amínicos como cetónicos de los iminociclanos iniciales.
Se demostró que usando en el mismo esquema los α- y
β-naftiliminociclohexanos se pueden obtener los análogos benzoanelados
de los espirocompuestos (39)[54] Así, los 3,4-
dihidro-4-metilespiro [benzo(h)- y benzo(f)-1H-quinolina-2,1’-
ciclohexanos] (40) y (41) se prepararon a partir de los 1-alil-1-
N-α-naftilamino- (39a) o -β-naftilamin- (39b) ciclohexanos con
altos rendimientos (esquema 16). Estos compuestos pueden ser
considerados como “azaespiroanálogos” de los homoesteroides.
Esquema 16.
Las propiedades químicas más interesantes de los espiroheterociclos
obtenidos (30), se relacionan con las transformaciones
de sus N-alquil- y N-acilderivados (42, 43) en presencia
de reactivos ácidos [49, 55, 56] (esquema 17). Las transposiciones
ácidas de estos derivados permitieron preparar compuestos
de estructuras alcaloidales con interesantes actividades
biológicas. Así, la amino-transposición de Claisen (en presencia
de trifluoruro de boro) de los espiranos N-alilsustituidos
(42) condujo a las dihidroquinolinas 8-alilderivadas (44) que
son precursores útiles en la obtención de varios alcaloides. La
ciclación intramolecular (en presencia de tricloruro de aluminio)
de los N-α-halogenoacilespiranos (43) llevó a la formación
de los espiroanálogos de alcaloides lilolidínicos: 4H-2-
oxo-tetrahidroespiro[pirrolo(3,2,1-ij)quinolina-4,1’-ciclohexanos
(45). Los derivados de las pirrolo[3,2,1-ij]quinolinas
poseen una amplia gama de actividades fisiológicas [57-59].
Esquema 14.
Se descubrió que la ciclación del compuesto (34) con el
radial o-bromofenilo conduce a una mezcla inesperada de varios
bromoderivados: la espiro-2(1H)quinolina 8-bromosustituida
(35) y los derivados 6-, 5- y 7-bromosustituidos (36-38)
[50] (esquema 15).
Esquema 15.
Esquema 17.

34 Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999) Vladimir Kouznetsov
La reciclación (en presencia de ácido fosfórico o ácido
polifosfórico) de las 3,4-dihidro-1H-quinolinas N-acilsustituidas
(43) es un camino fácil y nuevo para la síntesis de los 3-
metilespiro[indano-1,1’-cicloalcanos] 4-amido- (46) o amino-
(47) sustituidos, que pueden servir como productos de partida
en la preparación de los análogos de las Trikentinas, alcaloides
marinos aislados de las esponjas Trikentrion flabelliforme[60]
y Axinella [61].
Cambiando la cetona de la serie cicloalcánica por la fluorenona
o γ-piperidona se logró sintetizar los derivados de dos
nuevos espiroheterosistemas: espiro[flureno-9’,2(1H)quinolina]
y espiro[piperidina-4’,2(1H)quinolina]. Así, por ejemplo,
la ciclación del 9-alil-9-fenilaminofluoreno (48) en presencia
de eterato de trifluoruro de boro condujo al espiroheterociclo
(50) con rendimiento del 65% [62] (esquema 18).
Esquema 18.
Por otro lado, las 3,4-dihidro-2’,4,5’-trimetilespiro[piperidina-4’,2(1H)
quinolinas] 6- ú 8-sustituidas (51) se prepararon
a partir de las 4-alil-4-N-arilaminopiperidinas (49) [63-65] en
condiciones ácidas (ácido sulfúrico) [66, 67] con el fin de estudiar
su posible efecto biológico (esquema 18).
Entre los compuestos preparados por este método se encontraron
sustancias que poseen propiedades inhibidoras de la
lipoperoxidación (antioxidantes), bloqueadores de los canales
de calcio y reguladores del crecimiento. Todo esto demuestra
la actualidad e importancia del método desarrollado.
Conclusiones
Los ejemplos analizados en este trabajo hacen llegar a la conclusión
de que el mejor método práctico y versátil para preparar
espiro-2(1H)quinolinas conocido hasta ahora es la ciclación
electrofílica intramolecular de los gem-alil-N-arilaminociclanos
apropiados. Este método permite preparar con altos rendimientos
diferentes tipos de heterociclos nitrogenados similares a productos
naturales con diversas actividades biológicas.
Agradecimientos
Mi profundo agradecimiento a mi hijo, a mis alumnos y a mis
amigos por el apoyo en los momentos difíciles de mi enfermedad.
A COLCIENCIAS (proyectos No 102-05-024-95 y
1115-05-353-06) y al Centro de Investigación de la Universidad
Industrial de Santander por el apoyo constante a nuestra
investigación.
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59. Nippon Kagaku Co., Ltd. Jap. Pat. 59,134,792 (1984), Chem.
Abstr. 1984, 102, 6222.
60. Capon, R.J.; McLeod, J.K.; Scammels, P.J. Tetrahedron 1986,
42, 6545.
61. Herb, R.; Carroll, A.R.; Yoshida, W.Y.; Scheuer, P.J.; Paul, V.J.
Tetrahedron 1990, 46, 3089.
62. Palma, A.R. Ph D Thesis, RUDN, Moscow, 1992.
63. Kuznetsov, V.V.; Gayvoronskaya, L.A.; Romero, R.M.; Stashenko,
E.E.; Zakharov, P.I.; Prostakov, N.S. Khim Geterotsikl. Soed.
1987, 954; Chem. Abstr. 1988, 108, 131537.
64. Kuznetsov, V.V.; Aliev, A.E.; Lantsetov, S.V.; Dvuzhilov, A.S.;
Prostakov, N.S. Khim. Geterotsikl. Soed. 1991, 942; Chem.
Abstr. 1992, 116, 106049.
65. Kuznetsov, V.V.; Lantsetov, S.V.; Andreeva, E.I.; Prostakov, N.S.
Khim.-Farm. Zh. 1994, 28, 21; Chem. Abstr. 1995, 122, 55872.
66. Prostakov, N.S.; Kuznetsov, V.V.; Stashenko, E.E. Khim.
Geterotsikl. Soed. 1989, 1514, Chem. Abstr. 1990, 113, 40424.
67. Kouznetsov, V.V. Rev. Latinoam. Quím. 1997, 25, 132.

Revista de la Sociedad Química de México, Vol. 43, Núm. 1 (1999) 36-37
Comentarios
El Doctor Eusebio Juaristi Cosío: Premio Nacional de Ciencias y Artes 1998
en el área de Ciencias Fisicomatemáticas y Naturales
En noviembre de 1998 fueron dados a conocer los acreedores
del Premio Nacional de Ciencias y Artes de ese año. Fueron
galardonados con esta distinción el Doctor Eusebio Juaristi
Cosío (del Departamento de Química del CINVESTAV), en
Ciencias Fisicomatemáticas y Naturales, el escritor Antonio
Alatorre (catedrático del Colegio de México), en Lingüística y
Literatura, el pintor Francisco Toledo (pintor y grabador oaxaqueño),
en Bellas Artes, y la Banda de Tlayacapan (Estado de
Morelos) compartió con el artesano Antonio López Hernández
(tallador de madera del Centro Cultural de Chiapa de Corzo,
Chiapas) el Premio de Artes y Tradiciones Populares.
Una reseña sucinta de la trayectoria académica del Dr.
Eusebio Juaristi, quien es miembro del Consejo Editorial de la
Revista de la Sociedad Química de México, fue publicado
recientemente: Ordóñez, M. Rev. Soc. Quím. Méx. 1998, 42,
89-93. La Sociedad Química de México hace partícipe su
reconocimiento y felicitación a tan distinguido miembro de
nuestra comunidad química.
La Ceremonia de entrega de las distinciones se llevó a
cabo el 15 de diciembre de 1998 en el Palacio Nacional, y fue
presidida por el Dr. Ernesto Zedillo, Presidente de la República.
A nombre de los galardonados, el Dr. Eusebio Juaristi dirigió
unas palabras al auditorio, las cuales transcribimos a continuación.
Señor Presidente, Dr. Ernesto Zedillo Ponce de León:
Señor Secretario de Educación Pública,
Lic. Miguel Limón Rojas:
Señor Director del Centro de Investigación y de Estudios
Avanzados del Instituto Politécnico Nacional,
Dr. Adolfo Martínez Palomo:
Distinguidos Miembros del Presidium:
Amigos, Señoras y Señores:
Es un honor para mí dirigir a ustedes estas palabras de agradecimiento
y de reflexión en este día especial, inolvidable para
muchos de nosotros. De agradecimiento señor Presidente,
porque con actos como el que nos reúne en esta ceremonia, refrenda
su gobierno el reconocimiento y apoyo continuado a la
educación, a la ciencia y a la cultura nacionales.
Desde el punto de vista político y social, sabemos todos
que el desarrollo científico original es indispensable para alcanzar
la independencia económica y cultural esencial para
nuestro país. Sabemos todos que sólo mediante la educación,
la ciencia y la tecnología propias podrá México competir favorablemente
ante la creciente agresividad de un mundo globalizado.
Proporcionando una capacitación y educación moderna
a los millones de jóvenes mexicanos, se incrementará su confianza,
sus perspectivas de un futuro prometedor, al mismo
tiempo que disminuyen las posibilidades de que nuestros jóvenes
cedan ante las tentaciones de las drogas y de los actos ilícitos.
Reconocemos que diversas iniciativas llevadas a cabo durante
las últimas décadas, como son la creación del Consejo
Nacional de Ciencia y Tecnología, del Sistema Nacional de
Investigadores y del Sistema Nacional de Creadores, han sido
de gran importancia para formar y apoyar a los líderes científicos
y artísticos que permiten en este momento el fortalecimiento
de las áreas prioritarias para el desarrollo de México.
Es por supuesto deseable la canalización de recursos crecientes
a la Secretaría de Educación Pública. Esperamos que las
dificultades e incertidumbres actuales se puedan superar lo
antes posible. Es indispensable también que el sector productivo
privado contribuya de manera mucho más decidida al financiamiento
de la ciencia y de las artes.
El Premio que hoy recibe un servidor es también un reconocimiento
a la Química, ciencia que desafortunadamente no
siempre cuenta con el prestigio que merece. La Química es
una ciencia creativa, esencial para aumentar la productividad
de México y para mejorar la calidad de vida de los mexicanos.
En este contexto, la Química jugará un papel social relevante
durante el Siglo XXI. Ayudará a resolver los problemas derivados
de una producción insuficiente de alimentos, así como a
continuar el esfuerzo por reducir el crecimiento elevado de la
población. En el área de salud, desarrollaremos otros productos
que contribuyan a superar la fase de transición epidemioló-

El Doctor Eusebio Juaristi Cosío, Premio Nacional de Ciencias y Artes 1998 37
gica que hoy vivimos y produciremos fármacos más baratos y
efectivos para que todo mexicano disfrute de una vida que ya
es más larga, pero que debe ser más sana y más satisfactoria.
Deberemos encontrar fuentes alternas de energía viables, baratas
y limpias, ya que el petróleo seguramente se agotará antes
del fin del siglo XXI. La tecnología química coadyuvará a aliviar
la contaminación ambiental y el deterioro ecológico, tan
graves en nuestro país. La Química tiene pues aún mucho que
proporcionar a México. Para ello requerimos apoyo y esquemas
de trabajo que hagan de la Química una disciplina más
atractiva para los jóvenes, que permitan mejorar la preparación
de los estudiantes de la especialidad, que faciliten el diálogo
y la colaboración entre la academia y la industria, y que
eleven el nivel y diversidad de las actividades de investigación
en el área de la química.
A nivel personal, me permito expresar mi agradecimiento
a los doctores Xorge A. Domínguez, Ernest L. Eliel, Andrew
Streitwieser y Dieter Seebach, por sus enseñanzas y por su
ejemplo. A los doctores Manuel Ortega, Héctor Nava, Feliciano
Sánchez y Adolfo Martínez Palomo, por su respaldo como
directores del CINVESTAV en el transcurso de los últimos 20
años. Gracias también a mi estudiantes y colaboradores, pues
son su trabajo y su contribución intelectual los que hacen posible
este reconocimiento. Finalmente deseo hacer constar que
la solidaridad y ayuda de mi esposa, hijos y familiares han
sido fundamentales para lograr la estabilidad, dedicación y
constancia que se asocian a nuestro trabajo.
A usted, señor Presidente, mi agradecimiento reiterado
por su presencia y su apoyo a las actividades que realizamos
los hoy premiados. Recibimos el premio no sólo como un reconocimiento
a nuestra labor, sino sobre todo, como un compromiso
por redoblar esfuerzo, energía y creatividad para la
superación científica, tecnológica y cultural de nuestro país.
Muchas gracias.

Revista de la Sociedad Química de México, Vol. 43, Núm. 1 (1999)
Instrucciones para los Autores
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Quím. Méx.) es la revista oficial de la Sociedad Química de
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Se publicarán preferentemente contribuciones originales
de investigación en todas las ramas de la teoría y práctica de la
química en su más amplio contexto. También se publicarán revisiones,
artículos especiales, notas técnicas y comentarios
sobre los avances recientes en las áreas activas de la investigación
química. Los idiomas preferidos son español e inglés. Los
artículos son sometidos bajo la premisa de que no han sido publicados
o enviados a otra revista y los autores aceptan la completa
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del manuscrito. Los nombres de los evaluadores no se
dan a conocer, pero sus comentarios se envían a los autores.
Los autores que envían un trabajo para publicación lo hacen
bajo la premisa de que si es aceptado, los derechos de reproducción
serán cedidos a la Sociedad Química de México.
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Los manuscritos deben ser preparados con un procesador de palabras,
impreso a doble espacio en una impresora láser, y enviados
por cuadruplicado al Dr. Guillermo Delgado, Editor de la
Revista de la Sociedad Química de México, a la dirección de la
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deberá contener la versión final con el texto y las gráficas almacenadas
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La página 1 contendrá el título del artículo (breve e informativo),
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autor a quien se dirige la correspondencia). La página 2 deberá
contener el resumen del trabajo (en español e inglés, de cerca
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Se sugiere la siguiente organización de un artículo: Introducción,
Resultados y Discusión, Parte Experimental, Agradecimientos
y Referencias. Todas las secciones del artículo
deben presentarse de una manera clara y concisa. Las medidas
y los datos deben expresarse en el sistema internacional de
unidades y las abreviaturas deben ser usadas de manera consistente
en el texto. Evite reiteración de información. La discusión
deberá presentar los resultados novedosos y relacionarlos con
el conocimiento existente en el campo. Los datos completos de
rayos X deberán depositarse en una institución internacional
apropiada, la cual se cita como referencia. Si se incluye una representación
de una estructura cristalina, deberán incluirse los
datos cristalográficos pertinentes, el método de colección, y los
métodos de resolución de la estructura y refinamiento. La parte
experimental deberá contener toda la información necesaria
para repetición de los experimentos. Las substancias novedosas
deberán ser caracterizadas mediante los datos espectroscópicos
y analíticos relevantes. Los datos físicos y espectroscópicos
deben presentarse en el siguiente formato:
(3S)-7-Hidroxi-2’,3’,4’,5’,8-pentametoxi-isoflavano (1).
Polvo amorfo: pf 125-126ºC; [α] D + 3.12 (c 0.320, MeOH);
UV (MeOH) λ max (log ε) 218 (3.91); 284 (2.89) nm; DC (c
0.0136, MeOH): [θ] 210 –2.699, [θ] 226 0.4130, [θ] 256 –0.8567,
[θ] 265.5 –0.6865; IR (CHCl 3 ) ν max 3530, 2939, 2840, 1603,
1494, 1193, 1040 cm –1 ; RMN 1 H (CDCl 3 , 500 MHz) δ 6.72
(1H, dd, J 5,6 = 8.5, J 4α,5 = 1.0 Hz, H-5), 6.53 (1H, dd, J 5,6 = 8.5
Hz, H-6), 6.40 (1H, s, H-6’), 5.80 (1H, brs, OH), 4.39 (1H,
ddd, J 2β,2α = 10.5, J 2β,3β = 3.5, J 2β,4β = 1.0 Hz, H-2β), 4.05

Instrucciones para los Autores
(1H, dd, J 2β,2α = J 2α,3β 10.5 Hz, H-2α), 3.95 (3H, s, CH 3 O-C-
3’), 3.92 (3H, s, CH3O-C-8), 3.89 (3H, s, CH 3 O-C-4’), 3.83
(3H, s, CH 3 O-C-2’), 3.79 (3H, s, CH3O-C-5’), 3.61 (1H,
dddd, J = 10.5, 3.5, 5.5, 10.5 Hz, H-3), 2.96 (1H, ddd, J 4α,4β =
16.0, J 4α,3β = 10.5, J 4α,5 = 1.0 Hz, H-4α), 2.90 (1H, ddd, J =
16.0, J 3β,4β = 5.5, J 2β,4β = 1.0 Hz, H-4β); RMN 13 C (CDCl 3 ,
125 MHz, asignaciones por APT y HMQC) δ 149.67 (C-5’),
147.60 (C-7), 147.15 (C-3’), 147.12 (C-8a), 145.50 (C-2’),
141.95 (C-4’), 134.80 (C-8), 128.90 (C-1’), 124.20 (C-5),
115.00 (C-4a), 107.10 (C-6), 70.28 (C-2), 61.89 (OCH 3 -C-4’),
61.51 (OCH 3 -C-2’), 61.00 (OCH 3 -C-3’), 60.90 (OCH 3 -C-8),
56.25 (OCH 3 -C-5’), 31.84 (C-3), 31.32 (C-4); EMIE m/z (int.
rel.): 376 [M] + (73), 224 (100), 209 (42), 152 (16), 151 (38),
121 (14). Anal. C 63.65%, H 6.68%, calcd para C 20 H 24 O 7 , C
63.82%, H 6.43%.;
Las referencias deberán ser enumeradas en orden de
aparición en el manuscrito, entre corchetes y antes del signo
de puntuación, y deben representar citas adecuadas de otros
trabajos en el área. A continuación se ejemplifica el formato
para las referencias:
1. Clark, T. D.; Buriak, J. M.; Kobayashi, K.; Isler, M. P.;
McRee, D. E.; Reza Ghadiri, M. J. Am. Chem. Soc. 1998,
120, 8949-8962.
2. Vanden Berghe, D. A.; Vlietinck, A. J., in: Methods in
Plant Biochemistry, Vol. 6, Hostettmann, K., Ed., Academic
Press, London, 1991, 47-70.
3. Lehn, J.-M. Supramolecular Chemistry. VCH, Weinheim,
1995.
Se emplearán las abreviaturas de las revistas, los términos
técnicos y la nomenclatura adoptadas por Chemical Abstracts.
Las figuras y las tablas no deben incluirse en el texto principal.
Las tablas con su título, la lista de títulos de las figuras, y
las figuras, cada una en páginas diferentes, deberán incluirse
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should be used consistently through the text. Avoid reiteration
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and relate them to existing knowledge in the field. Complete
X-ray data should be deposited at an appropiate international
data Institute, which is then cited in a reference. If a representation
of the crystal structure is to be included, it should be
accompanied by pertinent crystallographic data, method of
collection, and methods of structure solution and refinement.
The experimental section must contain all the information
necessary for reproducibility. All new compounds should be
fully characterized with relevant spectroscopic data. For physical
and spectroscopic data, the following general style must
be used:

Rev. Soc. Quím. Méx. Vol. 43, Núm. 1 (1999)
(3S)-7-Hidroxy-2’,3’,4’,5’,8-pentamethoxyisoflavan (1).
Amorphous powder: mp 125-126ºC; [α] D + 3.12 (c 0.320,
MeOH); UV (MeOH) λ max (log ε) 218 (3.91); 284 (2.89) nm;
CD (c 0.0136, MeOH): [θ] 210 –2.699, [θ] 226 0.4130, [θ] 256
–0.8567, [θ] 265.5 –0.6865; IR (CHCl 3 ) ν max 3530, 2939, 2840,
1603, 1494, 1193, 1040 cm –1 ; 1 H NMR (CDCl 3 , 500 MHz) δ
6.72 (1H, dd, J 5,6 = 8.5, J 4α,5 = 1.0 Hz, H-5), 6.53 (1H, dd, J 5,6
= 8.5 Hz, H-6), 6.40 (1H, s, H-6’), 5.80 (1H, brs, OH), 4.39
(1H, ddd, J 2β,2α = 10.5, J 2β,3β = 3.5, J 2β,4β = 1.0 Hz, H-2β),
4.05 (1H, dd, J 2β,2α = J 2α,3β 10.5 Hz, H-2α), 3.95 (3H, s,
CH 3 O-C-3’), 3.92 (3H, s, CH3O-C-8), 3.89 (3H, s, CH 3 O-C-
4’), 3.83 (3H, s, CH 3 O-C-2’), 3.79 (3H, s, CH3O-C-5’), 3.61
(1H, dddd, J = 10.5, 3.5, 5.5, 10.5 Hz, H-3), 2.96 (1H, ddd,
J 4α,4β = 16.0, J 4α,3β = 10.5, J 4α,5 = 1.0 Hz, H-4α), 2.90 (1H,
ddd, J = 16.0, J 3β,4β = 5.5, J 2β,4β = 1.0 Hz, H-4β); 13 C NMR
(CDCl 3 , 125 MHz, assignments by APT and HMQC) δ
149.67 (C-5’), 147.60 (C-7), 147.15 (C-3’), 147.12 (C-8a),
145.50 (C-2’), 141.95 (C-4’), 134.80 (C-8), 128.90 (C-1’),
124.20 (C-5), 115.00 (C-4a), 107.10 (C-6), 70.28 (C-2), 61.89
(OCH 3 -C-4’), 61.51 (OCH 3 -C-2’), 61.00 (OCH 3 -C-3’), 60.90
(OCH 3 -C-8), 56.25 (OCH 3 -C-5’), 31.84 (C-3), 31.32 (C-4);
EIMS m/z (rel. int.): 376 [M] + (73), 224 (100), 209 (42), 152
(16), 151 (38), 121 (14). Anal. C 63.65%, H 6.68%, calcd for
C 20 H 24 O 7 , C 63.82%, H 6.43%.;
References to the literature should be noted in order of
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before punctuation mark. They represent adequate citation of
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to the following examples:
1. Clark, T. D.; Buriak, J. M.; Kobayashi, K.; Isler, M. P.;
McRee, D. E.; Reza Ghadiri, M. J. Am. Chem. Soc. 1998,
120, 8949-8962.
2. Vanden Berghe, D. A.; Vlietinck, A. J., in: Methods in Plant
Biochemistry, Vol. 6, Hostettmann, K., Ed., Academic Press,
London, 1991, 47-70.
3. Lehn, J.-M. Supramolecular Chemistry. VCH, Weinheim, 1995.
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