Vitamina B3: producción y usos

Vitamina B3, Niacina

Vitamin B3

La vitamina B3, también conocida como niacina, pertenece al complejo de vitaminas B. El ácido nicotínico y la nicotinamida son las dos formas principales de vitamina B3, y los términos niacina o vitamina B3 a menudo se usan indistintamente para describir cualquiera de estos dos compuestos.

El ácido piridina 3-carboxílico y la vitamina PP son otros nombres para el ácido nicotínico, mientras que la amida del ácido piridina 3-carboxílico, la piridina 3-carboxamida, la vitamina PP y la niacinamida se usan comúnmente para referirse a la nicotinamida.

El ácido nicotínico se sintetizó por primera vez en 1867 mediante la degradación oxidativa de la nicotina, mucho antes de que se descubriera su papel como nutriente esencial para prevenir la pelagra.

A principios del siglo XX, se descubrió que la pelagra era causada por una deficiencia de ácido nicotínico.

La niacina natural existe en dos formas: ácido nicotínico en alimentos de origen vegetal y nicotinamida en productos de origen animal. Sin embargo, no toda la niacina natural presente en los alimentos está biodisponible para los humanos y los animales.

Los cereales y las semillas oleaginosas contienen niacina en un complejo unido, y el contenido medio de niacina en los productos alimenticios oscila entre 10 y 200 mg/kg.

Tabla de contenido

1. Producción de vitamina B3

La producción industrial de ácido nicotínico y nicotinamida se basa en las materias primas 5-etil-2-metilpiridina y 3-metilpiridina (3-picolina).

Industrial production of nicotinic acid and nicotinamide

La 3-metilpiridina es un subproducto obtenido mediante una reacción catalítica en fase gaseosa de acetaldehído, formaldehído y amoníaco. Sin embargo, el producto principal es la piridina. El rendimiento de 3-metilpiridina es aproximadamente del 30-50%. La 5-etil-2-metilpiridina, por otro lado, se produce mediante la reacción de paraldehído con amoníaco.

El ácido nicotínico se obtiene directamente mediante la oxidación con ácido nítrico de 5-etil-2-metilpiridina o mediante la hidrólisis completa de 3-cianopiridina.

La nicotinamida, en cambio, puede obtenerse mediante amidación del ácido nicotínico o mediante hidrólisis parcial de 3-cianopiridina. Este último se obtiene mediante amoxidación de 3-metilpiridina.

1.1. Producción de ácido nicotínico mediante oxidación de 5-etil-2-metilpiridina

El proceso de oxidación de la 5-etil-2-metilpiridina se utiliza habitualmente para producir ácido nicotínico. La planta de fabricación de ácido nicotínico más grande del mundo está situada en Visp, Suiza, y es operada por Lonza.

production of nicotinic acid

En una solución acuosa, el ácido nicotínico se produce a partir de 5-etil-2-metilpiridina en un proceso de un solo paso que utiliza el exceso de ácido nítrico dentro de un reactor continuo a 230–270 °C y 6–8 MPa.

Durante este proceso, se genera ácido piridin-2,5-dicarboxílico como intermediario, pero es inestable en las condiciones de reacción y posteriormente sufre descarboxilación a nitrato de ácido nicotínico.

Luego se neutraliza el nitrato con 5-etil-2-metilpiridina para producir ácido nicotínico.

El dióxido de carbono y el agua formados durante la reacción se separan del producto, mientras que el óxido de nitrógeno producido se oxida con aire a dióxido de nitrógeno y posteriormente se absorbe en agua para obtener ácido nítrico, que se reutiliza en el proceso.

1.2. Producción de nicotinamida mediante amoxidación de 3-metilpiridina e hidrólisis de 3-cianopiridina

Production of nicotinamide

En un reactor multitubular, la 3-metilpiridina reacciona con aire, amoníaco e hidrógeno a aproximadamente 350 °C y una presión moderada para producir 3-cianopiridina.

Los catalizadores heterogéneos, que contienen óxidos de antimonio, vanadio y titanio, antimonio, vanadio y uranio, o catalizadores de antimonio-vanadio-titanio, presentan una alta eficiencia.

Por ejemplo, con un catalizador de vanadio, titanio, circonio y molibdeno, una temperatura del reactor de 340°C y una relación de alimentación molar de 3-metilpiridina:amoníaco:oxígeno de 1:1,3:40, se obtiene el 95% de 3-cianopiridina. .

La nicotinamida se produce por hidrólisis alcalina de 3-cianopiridina. Esta reacción tiene la ventaja de que la saponificación a la amida es más rápida que la hidrólisis total a ácido nicotínico.

La hidrólisis a la amida generalmente implica cantidades catalíticas de bases, principalmente hidróxido de sodio, a 130-150°C.

En el proceso Lonza, la 3-cianopiridina se convierte en nicotinamida utilizando un microorganismo inmovilizado del género Rhodococcus. También se mencionan catalizadores heterogéneos.

Un método alternativo es la hidrólisis de 3-cianopiridina a nicotinamida en fluidos acuosos a alta presión.

1.3. Producción de nicotinamida mediante conversión de 2-metilglutaronitrilo

El 2-metilglutaronitrilo, que se produce como subproducto durante la producción de adiponitrilo, se puede transformar en 2-metil-1,5-diaminopentano. Posteriormente, se puede emplear el proceso de hidrogenación cíclica para convertir este intermedio en 3-metilpiperidina.

Tras la deshidrogenación, la 3-metilpiperidina se transforma en 3-metilpiridina. A continuación, este último se somete a amoxidación e hidrólisis parcial para obtener nicotinamida.

production of nicotinamide from 2-Methylglutaronitrile

2. Funciones bioquímicas de la vitamina B3

La nicotinamida es un componente esencial de la dieta principalmente en forma de NAD y NADP, que se hidrolizan en el intestino, lo que da como resultado la liberación de nicotinamida. La nicotinamida se puede absorber tal cual o después de hidrolizarse a ácido nicotínico.

En los cereales, el ácido nicotínico existe como un glucósido que sufre sólo una hidrólisis parcial in vivo. Como resultado, su absorción en el tracto gastrointestinal es limitada y, por tanto, su biodisponibilidad es escasa.

El ácido nicotínico se absorbe rápidamente tanto en el estómago como en la parte superior del intestino delgado. La niacina también se biosintetiza a través de quinurenina y ácido quinolínico como intermediarios clave.

La niacina actúa como precursora de dos coenzimas cruciales, la nicotinamida adenina dinucleótido (NAD) y la nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP). Estas coenzimas desempeñan un papel fundamental en la transferencia de hidrógeno metabólico, un proceso fundamental en el metabolismo de grasas, carbohidratos y proteínas.

Esta función es necesaria tanto para la síntesis como para la degradación de aminoácidos, ácidos grasos y carbohidratos. Las coenzimas de niacina también desempeñan un papel fundamental en el ciclo del ácido cítrico. El ciclo del ácido cítrico incluye varios pasos en los que el acetato activado se oxida repetidamente.

Los compuestos de la degradación de aminoácidos, carbohidratos y ácidos grasos se descomponen primero en piruvato oxalacetato y luego ingresan al ciclo con acetato activo.

Los distintos pasos oxidativos del ciclo producen una cantidad significativa de energía que se almacena en trifosfato de adenosina (ATP).

Esta energía se libera al convertir ATP en difosfato de adenosina (ADP), que luego puede almacenar más energía. En consecuencia, la niacina juega un papel vital en la producción metabólica y la utilización de energía.

3. Usos de la vitamina B3

La pelagra, una enfermedad causada por una ingesta insuficiente de niacina, estaba anteriormente extendida en zonas donde el maíz era la principal fuente de nutrición.

Si bien los síntomas subclínicos de la deficiencia de niacina todavía aparecen en condiciones de desnutrición o nutrición unilateral, el enriquecimiento de productos de cereales con vitaminas B, particularmente con ácido nicotínico o nicotinamida, se ha convertido en una práctica estándar y requerida en algunos países desde principios de los años 1940.

Los cereales para el desayuno, las bebidas multivitamínicas y las tabletas multivitamínicas son ejemplos de productos ricos en niacina.

La Comisión Europea ha aprobado y publicado afirmaciones sobre los efectos beneficiosos de la niacina, incluidas sus contribuciones a la función psicológica normal, el metabolismo energético, el funcionamiento del sistema nervioso, el mantenimiento de las membranas mucosas y la piel normales y la reducción del cansancio y la fatiga.

La niacina también es esencial para la mayoría de los animales, pero la biosíntesis a partir del triptófano es relativamente insignificante y los piensos naturales suelen ser pobres en este aminoácido.

El ácido nicotínico es sintetizado por la microflora en el intestino grueso de los animales monogástricos y en el rumen de los rumiantes, pero la biosíntesis en los monogástricos es insignificante debido a su aparición en el intestino grueso, que se encuentra después de los principales sitios de absorción de niacina en el duodeno y Intestinos pequeños.

La mayor parte del ácido nicotínico sintetizado por la microflora se excreta por las heces.

La niacina es necesaria para la salud y el rendimiento óptimos de todos los animales domésticos y mascotas.

La biosíntesis de ácido nicotínico en el rumen es subóptima bajo un alto estrés de producción o cuando la microflora ruminal ha sido alterada. Por lo tanto, los niveles de niacina deben ser más altos que las recomendaciones del Consejo Nacional de Investigación (NRC) para satisfacer las necesidades de los animales.

Las dosis farmacológicas de ácido nicotínico generan numerosas respuestas farmacológicas, como efectos sobre el metabolismo de los lípidos, vasodilatación y activación de la fibrinólisis. Curiosamente, la nicotinamida comparte pocas o ninguna de estas actividades, a pesar de su estrecha relación con el ácido nicotínico.

Por ejemplo, las concentraciones plasmáticas de colesterol y triglicéridos disminuyen significativamente con dosis de 1 a 2 g/día de ácido nicotínico, que está disponible en diferentes productos como el ácido nicotínico o los ésteres de ácido nicotínico.

La niacina también se utiliza en baños de galvanoplastia, particularmente en el proceso de galvanoplastia de zinc, donde está presente en forma cuaternizada obtenida por la reacción de la niacina con cloruro de bencilo, lo que da como resultado superficies uniformes y brillantes.

Referencia