universidad politécnica de valencia departamento de química centro de ecología química agrícola

252 Pages·2017·6.27 MB·Spanish

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

CENTRO DE ECOLOGÍA QUÍMICA AGRÍCOLA (CEQA)
INSTITUTO AGROFORESTAL DEL MEDITERRÁNEO (IAM)

TESIS DOCTORAL:

DESARROLLO DE UNA RUTA SINTÉTICA PARA LA OBTENCIÓN
DE LA FEROMONA SEXUAL DEL PIOJO BLANCO DEL LIMÓN
(Aspidiotus nerii)

Presentada por

Mary Cecilia Montaño Castañeda

Directores

Dr. Ismael Navarro Fuertes
Dra. Nuria Cabedo Escrig

Tutor

Prof. Jaime Primo Millo

Valencia, Octubre 2017

“El hombre nunca sabe de lo que
es capaz hasta que lo intenta”
Charles Dickens

A mis padres Nelson y Cecilia, mis
hermanos, mis cuñadas, mis tíos y
tías, mis primos, mis sobrinos Jesús
David, Daniel José e Isaac, por
llenarme de alegría, fuerza y
levantar mi ánimo para continuar,
aún desde la distancia.
A la memoria de Clemencia Isabel,
“mi abue querida”, cuánto me
gustaría que estuvieras aquí para
celebrar esto.

Para ustedes, el fruto de mi esfuerzo.

AGRADECIMIENTOS

La vida está llena de etapas y experiencias que nos ayudan a
crecer y aprender cada día, y ahora culmina una de las más
importantes para mí. Aunque ha sido una montaña rusa de
emociones, el sacrificio y el empeño han traído su recompensa.
Tengo tanto que agradecer de estos años en Valencia, en este
camino he conocido personas maravillosas que han hecho mejor
este tiempo y en las que he encontrado un gran apoyo para llegar
a esta meta.

Quiero agradecer en primer lugar al Dr. Jaime Primo Millo,
por abrirme las puertas de su grupo y permitirme aprender de
todos. Gracias por su valiosa asesoría en este trabajo. A mis
directores, Dr. Ismael Navarro y Dra. Nuria Cabedo por todos sus
consejos, las enseñanzas y la supervisión en el desarrollo de este
trabajo. En especial a Ismael, mil gracias por esos “lab meeting”
improvisados, las discusiones sobre sintésis, las ideas plasmadas
en cada papel, he aprendido mucho contigo. Gracias por contribuir
a mi formación científica y profesional.

A mi familia del CEQA, Sandra, Vicente, Ilde, Juan, Pilar, Eva,
Guillermo y Aitor, definitivamente no pude llegar a un mejor
grupo. Gracias por toda la ayuda y compartir conmigo tantos
momentos, por esas discusiones y las noticias extraordinarias a la
hora de la comida, y por mantenerme al tanto de la cultura,
farándula y política española. A Raúl, Merche y especialmente a
Javi (el mejor becario del mundo), gracias por su ayuda y llenar
todas esas horas de trabajo en el laboratorio de locuras y risas. ¡Da
gusto trabajar así!.

Al grupo de Ecología y Protección Agrícola (EPA) por su
interés y colaboración en el desarrollo de esta tesis. A Estrella
Mateos (ITQ) por los espectros de RMN, y sobretodo por su
amabilidad, su colaboración y por estar siempre con una gran
sonrisa. Eres una gran persona.

Al Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e
Innovación (COLCIENCIAS) por la concesión de la beca para
estudios en el exterior, convocatoria 512.

A Thomas, gracias por los buenos momentos y gratos
recuerdos en estos últimos años. Danke schön!

A mis amigos desde el Máster que aún me acompañan en
este camino, Sora (mi gran amiga, mi compi), Néstor, Jorge, Faber
y Bruno, gracias por todos los planes y las cenitas italo-colombo-
españo-venezolanas. Espero que podamos encontrarnos otra vez,
repetir todo esto y reírnos como siempre.

A mis amigas María y Patri por estar pendientes de mí y
hacerme saber que siempre cuento con ustedes, por esas terapias
antiestrés con unas buenas cervezas, una buena charla y por
nuestros intercambios gastronómicos.

A Diana (mi querida hermanita, mi compi), sabes que no me
alcanza una página para escribir por todas las cosas que te
agradezco, gracias por ser incondicional. A mi “combo”
colombiano de grandes amigas: Karen (mi querida muski), Caro,
Lina y Dalgi, gracias por hacer más llevadero este tiempo y por
brindarme su ayuda en los momentos más difíciles. Gracias a
todas ustedes por esas tardes de “tertulia” en la bodega donde
nuestro amigo Pedro (gracias a ti también), gracias por estar aquí,
definitivamente “los amigos son la familia que uno escoge”.

Siempre agradecida.
RESUMEN

El uso de las feromonas sexuales de insectos para la
detección, seguimiento y control de plagas ha ido creciendo de
manera constante en los últimos años, convirtiendo a estas
sustancias en una de las herramientas más importantes en la
lucha contra poblaciones de insectos dentro del Manejo Integrado
de Plagas, ayudando así a reducir la cantidad y el uso de
plaguicidas convencionales. La aplicación de estas técnicas hace
necesaria la obtención de estas sustancias mediante síntesis
orgánica.

El piojo blanco del limón Aspidiotus nerii Bouché, 1833,
también conocido como piojo de la adelfa (Oleander scale), es una
plaga cosmopolita y polífaga que ataca a más de 100 familias de
plantas. En España constituye una plaga de cóccidos de
importancia media en el cultivo de cítricos después del piojo rojo
de California (Aonidiella aurantii Maskell), el piojo gris (Parlatoria
pergandei Comstock) y serpeta gruesa (Lepidosaphes beckii
Newman). Su tratamiento mediante plaguicidas tradicionales es
en ocasiones poco efectivo debido a la biología de la plaga y a las
crecientes restricciones en cuanto al número de plaguicidas
disponibles, por lo que un posible tratamiento de esta plaga
basado en su feromona sexual tendría un alto interés.

Hasta el momento la síntesis de la feromona sexual de A.
nerii, identificada por Einhorn et al. en 1998 como acetato de 2-
[(1R,2S)-cis-2-isopropenil-1-(4´-metil-4´-pentenil)-
ciclobutano]etilo, ha sido llevada a cabo por diversos autores pero
las rutas sintéticas descritas para obtener esta feromona,
presentan un elevado número de etapas sintéticas y un
rendimiento global bajo, no resultando adecuadas para llevarlas a
escala multigramo. Se puede destacar la síntesis de Einhorn et al.,
en 1998, que involucra 17 etapas y un rendimiento global de
0.40% o la síntesis total desarrollada por ese mismo año por
Guerrero et al. con 15 etapas y un rendimiento global de 5.6%. Por
estas razones, en la presente tesis se aborda el desarrollo de una
ruta sintética que mejore las existentes para obtener la feromona
sexual del piojo blanco del limón (A. nerii) a escala multigramo.

La ruta sintética desarrollada en este trabajo parte de
sustratos comerciales de bajo coste como el 3-
hidroxipropanonitrilo, el cual puede ser transformado en la
feromona de interés empleando únicamente 10 etapas y con un
rendimiento global de 10.3%, con procedimientos de purificación
sencillos y mediante diversas reacciones que incluyen como
reacciones clave una reacción de tipo Blaise y una fotocicloadición
de tipo [2+2]. Asimismo, algunos de los intermedios sintéticos
obtenidos en esta ruta propuesta son de alto interés para mejorar
las síntesis de las feromonas de agregación de Diaprepes
abbreviatus Linnaeus y de Trypodendron lineatum Olivier, las
cuales representan plagas importantes en diferentes países.

La posibilidad de obtener cantidad suficiente de la feromona
sexual de A. nerii, ha permitido la realización de ensayos en
campo, y se espera generar un aporte significativo en el desarrollo
de técnicas alternativas para el control de esta plaga en cultivos de
interés en España y en otros países.
ABSTRACT

In recent decades, insect sex pheromones are playing an
increasingly important role in the detection, monitoring and
control of pests, becoming part of Integrated Management
strategies and helping to reduce the amount and use of
conventional pesticides. The implementation of control
techniques based on pheromones makes it necessary to obtain
these substances through organic synthesis.

Oleander Scale, Aspidiotus nerii Bouché, 1833, is a
cosmopolitan and polyphagous pest that attacks more than 100
plant families. In Spain, it is a coccoid pest of medium-importance
for citrus crops, after California red scale (Aonidiella aurantii
Maskell), Chaff scale (Parlatoria pergandii Comstock) and Purple
scale (Lepidosaphes beckii Newman). Conventional chemical
control against Oleander scale is sometimes ineffective due to the
biology of the pest and the increasing restrictions on the number
of available pesticides; thus, a possible treatment of this pest
based on its sex pheromone would be highly valuable.

The sex pheromone of A. nerii was identified by Einhorn et
al. in 1998 as (1R,2S)-cis-2-isopropenyl-1-(4′-methyl-4′-penten-
1′-yl)cyclobutaneethanol acetate. Its synthesis has been
approached by various authors but the synthetic routes described
until now have a high number of synthetic stages and a low
overall yield, which makes it not suitable for a multigram scale
synthesis. It can be highlighted the synthesis of Einhorn et al., in
1998, involving 17 steps and an overall yield of 0.40% or the total
synthesis developed in the same year by Guerrero et al., with 15
steps and an overall yield of 5.6%. For these reasons, this thesis
addresses the development of a synthetic route that improves the
existing ones to obtain the sex pheromone of A. nerii at a
multigram scale.
The synthetic route developed in this work is based on low
cost commercial substrates such as 3-hydroxypropanenitrile,
which can be transformed into the pheromone of interest using
only 10 steps and with an overall yield of 10.3%. The proposed
route employs simple purification procedures and several
reactions including a Blaise reaction and a [2 + 2]
photocycloaddition as key reactions. In addition, some of the
synthetic intermediates obtained in this proposed route have high
interest to improve the synthesis of the aggregation pheromones
of Diaprepes abbreviatus Linnaeus and Trypodendron lineatum
Olivier, which represent important pests in different countries.

The possibility of obtaining a sufficient amount of A. nerii
sex pheromone has allowed the realization of field trials, which
are expected to contribute significantly to the development of
alternative techniques for the control of this pest in crops of
interest in Spain and other countries.