A investigação fitoquímica das partes aéreas de Centaurea omphalotricha levou ao isolamento de três lactonas sesquiterpênicas novas, 4'-acetilcinaropicrina, 4'-acetilcebelina F e 15-acetil desidromelitensina, juntamente com doze compostos conhecidos, sendo sete lactonas sesquiterpênicas, dois isoprenóides e três flavonóides. As estruturas dos novos compostos foram elucidadas por meio de RMN 1D e 2D, e espectrometria de massas, e por comparação com os dados descritos na literatura. O efeito de lactonas sesquiterpênicas sobre a viabilidade das células tumorais humanas, linhagens HL-60 e U937, também foi investigado e 3-acetilcinaropicrina e 4'-acetilcinaropicrina foram os compostos mais citotóxicos contra células de leucemia humana com valores de IC 50 de 2,0 ± 0,9 e 5,1 ± 0,4 µmol L-1 , respectivamente. Phytochemical research of the aerial parts of Centaurea omphalotricha led to the isolation of three new sesquiterpene lactones, 4'-acetyl cynaropicrin, 4'-acetyl cebellin F and 15-acetyl dehydromelitensin, together with twelve known compounds, seven sesquiterpene lactones, two isoprenoids and three flavonoids. The structures of the new compounds were elucidated by means of extensive 1D and 2D NMR, and MS, and by comparison with reported data in the literature. The effect of sesquiterpene lactones on the viability of the human tumor cell lines HL-60 and U937 was also investigated and 3-acetyl cynaropicrin, and 4'-acetyl cynaropicrin were found to be the most cytotoxic compounds against human leukemia cells with an IC 50 values of 2.0 ± 0.9 and 5.1 ± 0.4 µmol L-1 , respectively.