Lacido L-ascorbico (L-AA), acido ascorbico, principio antiscorbutico o semplicemente vitamina C, è un composto chimico di formula C6H8O6 che in condizioni normali si presenta come una polvere cristallina di colore tra il bianco e il giallo pallido dal gradevole gusto acido e quasi completamente inodore.
Storia
La sua storia si riallaccia a quella dello scorbuto, una patologia legata a una carenza di questo composto nella dieta. Questa malattia era già descritta nella medicina greca attorno al V secolo a.C. Nel XVI secolo, soprattutto tra le popolazioni marinare, era noto come lo scorbuto potesse essere curato e prevenuto dall'assunzione di verdure e frutta fresca, o dall'estratto di aghi di pino.
Tuttavia la prima prova di ciò venne nel maggio del 1747 da parte di James Lind, un chirurgo della marina reale inglese. Lind sottopose a un esperimento 12 membri dell'equipaggio affetti da scorbuto, dividendoli in sei gruppi da due persone ciascuno. A ogni gruppo fece assumere, oltre alle normali razioni alimentari, un composto particolare: sidro, acido solforico, aceto, spezie ed erbe, acqua di mare, arance e limoni. I risultati ottenuti permisero di dimostrare che effettivamente quest'ultima aggiunta permetteva di prevenire l'insorgere dello scorbuto. Lind pubblicò i risultati di questo studio nel 1753. Nel 1795 la marina inglese stabilì di aggiungere succo di limone o di lime alla dieta dei marinai.
Nel XVIII e XIX secolo venne usato il termine di antiscorbutico per tutti quei cibi che erano in grado di prevenire la comparsa dello scorbuto. Tra essi, oltre ai limoni, alle arance e ai lime, vi sono: i crauti, il cavolo salato, il malto e la gelatina di carne. Pare che James Cook per il suo primo famoso viaggio d'esplorazione nel Pacifico abbia utilizzato i crauti. che cita i Minutes of the Royal Navy Victualling Board del 15 giugno 1768.
Nel 1912 Casimir Funk, da studi su malattie carenziali, ipotizzò la presenza di composti che denominò vitamine. Sebbene avesse studiato soprattutto il beri-beri, ipotizzò che anche altre malattie, tra cui lo scorbuto, dipendessero da mancanza di specifiche vitamine.
Nel 1921 il composto antiscorbutico venne denominato vitamina C e tra il 1928 e 1933 fu isolato e cristallizzato da Joseph Svirbely e dall'ungherese Albert Szent-Györgyi e, in modo indipendente, da Charles Glen King. Nel 1934 Sir Walter Norman Haworth e Tadeusz Reichstein, in maniera indipendente, riuscirono a sintetizzare la vitamina C. Nel 1937 Szent-Gyorgyi ricevette il Premio Nobel per la medicina per le sue scoperte sui processi biologici di combustione, con particolare riguardo alla vitamina C, e alla catalisi dell'acido fumarico. Lo stesso anno Haworth venne insignito del Premio Nobel per la chimica.
Nel 1955 J.J. Burns scoprì che il motivo per cui alcuni mammiferi, compresa la specie umana, non riescono a produrre autonomamente la vitamina C risiede nella mancanza dell'ultimo enzima della catena metabolica responsabile della sintesi di tale molecola: la L-gulonolattone ossidasi.
Caratteristiche strutturali e fisiche Dal punto di vista strutturale l'acido l-ascorbico ricade nella classe dei lattoni, si tratta dell'enantiomero L dell'acido ascorbico e l'acido coniugato dell'L-ascorbato. In particolare si tratta di un composto a sei atomi di carbonio correlato al glucosio. Il composto risulta solubile in acqua, insolubile in etere, cloroformio, benzene, etere di petrolio, oli, grassi, solventi grassi, etanolo, glicerolo e propanolo. +Caratteristiche strutturaliN. donatori di legami a idrogeno4N. accettori di legami a idrogeno6N. atomi pesanti12N. elementi stereogenici2N. legami ruotabili2Superficie polare107 ŲSezione d'urto[M+Na]+141,6 Ų[M-H]-127,7 Ų[M+H]+138,6 ŲMassa monoisotopica176,03208797 u +Caratteristiche fisicheDensità1,65 g/cm³ a 25 °CGravità specifica1,65Tensione superficiale4,039 × 10−2 N/mPotere rotatorio[α]D/20 tra + 20,5° e + 21,5° (10 % w/v soluzione acquosa)Punto di fusione191°CEntalpia di vaporizzazione1,487x10+8 J/kmol a 465,.15 KpH2,4 - 2,8
Abbondanza e disponibilità L'acido ascorbico viene sintetizzato dagli eucarioti, con l'eccezione nota dei primati (incluso l'uomo) e di alcuni altri gruppi animali che hanno perso la funzionalità dell'enzima gulonolattone ossidasi. L'incapacità di sintetizzare la vitamina C è dovuta a mutazioni casuali nel gene GULO, che codifica l'enzima omonimo responsabile della catalizzazione dell'ultimo passaggio della biosintesi della vitamina C. I procarioti non sintetizzano ascorbato e non necessitano di un apporto di questo composto che viene sostituito da altri.
Il percorso dell'acido uronico consente alla maggior parte delle piante e degli animali di sintetizzare l'ascorbato a partire da glucosio o galattosio attraverso l'azione della gluconolattone ossidasi. Il corpo umano ha sviluppato un efficace sistema di adattamento che mantiene le riserve organiche di vitamina C e ne previene la carenza a causa di un basso apporto dietetico. Questi adattamenti includono una maggiore capacità di assorbimento e riciclo della vitamina C rispetto ad altre specie animali (es. capra e rettili), che sono normalmente in grado di produrla.
L'acido ascorbico e l'acido deidroascorbico sono presenti in tutte le piante, ma il loro contenuto varia notevolmente tra le diverse piante e specie. La stabilità della vitamina C negli alimenti dipende da numerosi fattori, come la composizione del prodotto, il contenuto di ossigeno, il valore del pH e i metodi di lavorazione. Nei prodotti ortofrutticoli freschi, la quantità di DHAA è inferiore al 10%, ma tende ad aumentare durante la conservazione.
La degradazione della vitamina C può avvenire attraverso percorsi anaerobici e aerobici. La degradazione aerobica può verificarsi durante la lavorazione degli alimenti, mentre la degradazione anaerobica potrebbe verificarsi durante la conservazione. La cottura può comportarne perdita, in alcuni casi fino al 75%, che può essere ridotta adottando una cottura il più rapida possibile.
Sintesi del composto La sintesi dell'acido ascobico inizia dalla sintesi classica di Reichstein - Grüssner inizia con la riduzione del D-glucosio a D-sorbitolo mediante idrogenazione su un catalizzatore di nichel. Segue l'ossidazione microbiologica del D-sorbitolo a L-sorbosio effettuata con A. xylinum. Il trattamento del L-sorbosio con acetone a bassa temperatura in presenza di acido solforico porta alla formazione di 2,3:4,6-di-O-isopropilidene-alfa-L-sorbofuranosio.
La protezione del di-O-isopropilidenile dei gruppi ossidrilici in C-2, C-3 e C-4, C-6 consente un'ossidazione ad alta resa in acido di-O-isopropilidene-2-cheto-gulonico, evitando sovra-ossidazioni o altre reazioni indesiderate. L'ossidazione viene eseguita con permanganato di potassio in soluzione alcalina.
Segue il trattamento dell'acido di-O-isopropilidene-2-cheto-gulonico con acqua calda che produce acido 2-cheto-L-gulonico, il quale viene convertito in acido L-ascorbico mediante riscaldamento in acqua a 100 °C (resa del 20%) oppure per esterificazione e successivo trattamento con metossido di sodio in metanolo seguito da acidificazione con acido cloridrico, ottenendo circa il 70% di acido L-ascorbico. La resa complessiva di acido ascorbico a partire da D-glucosio è pari al 15-18%.
Reattività e caratteristiche chimiche Esistono due tipi di acido ascorbico suddivisi in forme ossidate e ridotte: l'ascorbato è la forma ridotta, mentre l'acido deidroascorbico (DHAA) è la forma ossidata.
Questa vitamina in condizioni fisiologiche e a pH 7 si trova in forma dissociata, cioè di riducente monoelettrico, questo perché il gruppo - OH enolico legato al C2 dell'anello lattonico, possiede una pKa di 4,2 che lo rende debolmente acido. La capacità dell'ascorbato di donare elettroni gli permette di agire come un agente di eliminazione dei radicali liberi e di ridurre stati di ossidazione più elevati del ferro a Fe²⁺. Queste reazioni costituiscono la base della sua attività biologica, insieme alla relativa stabilità del radicale monodeidroascorbato stabilizzato per risonanza.
L'acido ascorbico è facilmente ossidato da ossigeno, alcali e alte temperature. Reagisce come un agente riducente relativamente forte e decolora molti coloranti. Forma sali metallici stabili. Incompatibile con ossidanti, coloranti, alcali, ferro e rame. Incompatibile anche con sali ferrici e sali di metalli pesanti, in particolare rame, zinco e manganese.
Spettri analitici Ne sono disponibili i seguenti spettri analitici:
spettro NMR spettro 1H NMR spettro 13C NMR spettro GC-MS spettro MS-MS spettro LC-MS spettro UV spettro IR spettro FTIR spettro ATR-IR spettro Raman
Determinazione analitica Titolazione con diclorofenolindofenolo (DCPIP) Questo metodo sfrutta il potere riducente della vitamina C e utilizza il 2,6-diclorofenolindofenolo (DCIP) come indicatore redox per la determinazione dell'acido ascorbico. Il principio di questo metodo consiste in una titolazione dell'acido ascorbico con diclorofenolindofenolo. L'acido ascorbico reagisce con il DCPIP, cambiando colore da blu a incolore. I campioni alimentari vengono estratti utilizzando acido metafosforico (MPA) e il pH viene regolato a 1,2. L'estratto viene quindi titolato con 2,6-diclorofenolindofenolo.AOAC (Association of Official Analytical Chemists), 2012. Official Methods of Analysis. 19thedn. Association of Official Analytical Chemists, Gaithersburg.
Il punto finale di questa titolazione si raggiunge quando la soluzione assume una colorazione rosa dovuto all'eccesso di colorante non ridotto in soluzione acida. Nel caso di estratti intensamente colorati, si effettua un'estrazione ripetuta con etere per facilitare la rilevazione del punto finale.
Metodo iodometrico È possibile determinare la quantità di vitamina C in diverse sostanze attraverso l'utilizzo del reattivo di Lugol. la reazione che avviene tra i due composti è: C6H8O6 \ + \ I2 -> C6H6O6 \ + \ 2HI
Lo iodio ossida con facilità l'acido ascorbico convertendolo in acido deidroascorbico. Nelle analisi quantitative il campione di acido ascorbico viene trattato con una quantità nota di iodio superiore a quella necessaria a ossidare l'intero campione; l'eccesso di iodio non reagito viene quindi retrotitolato con una soluzione a concentrazione nota di tiosolfato di sodio. Questa tecnica può essere applicata a compresse di vitamina C, succhi di frutta freschi o confezionati, frutti solidi e verdure.
Spettrofotometria UV La spettrofotometria UV è il metodo prevalentemente utilizzato per determinare al concentrazione dell'acido ascorbico, poiché il composto è in grado di assorbire i raggi UV ed è un metodo semplice. Questa tecnica può essere applicata a compresse di vitamina C, succhi di frutta freschi o confezionati, frutti solidi e verdure.
Possono essere utilizzate tre metodiche:
il metodo della 2,4-dinitrofenilidrazina (2,4-DNPH) la valutazione della riduzione dell'assorbanza di una soluzione di permanganato di potassio quando reagisce con una soluzione di vitamina C in ambiente acido:
2KMnO4 + 5C6H8O6 + 3H2SO4 -> 2MnSO4 + 5C6H6O6 +K2SO4 + 8H2O
il metodo enzimatico: l'ascorbato ossidasi catalizza l'ossidazione dell'acido ascorbico in acido deidroascorbico. Il DHAA formato reagisce con o-fenilendiammina per produrre 2,2-anidrochinoxalina di cui si osserva l'assorbimento rispetto a un bianco appositamente preparato viene osservato a 358 nm. L'aumento dell'assorbanza della chinoxalina è un indicatore della quantità di acido ascorbico presente che ha reagito con l'ossigeno in presenza di ascorbato ossidasi.
HPLC