Production et utilisations de l’acide protocatéchique

3,4-dihydroxybenzoic acid structure

L’acide 3,4-dihydroxybenzoïque (acide protocatéchique) est un acide dihydroxybenzoïque naturel avec un large éventail d’utilisations potentielles. Il fait actuellement l’objet d’études en tant qu’additif alimentaire, agent pharmaceutique, ingrédient cosmétique et pesticide agricole. Il est généralement considéré comme sûr, mais des doses élevées doivent être évitées.

Table des matières

1. Propriétés physiques de l’acide 3,4-dihydroxybenzoïque

  • Formule moléculaire : C7H6O4
  • Masse molaire : 154,1 g/mol
  • Apparence : Solide brun clair
  • Point de fusion : 203 °C
  • Densité : 1,524 g/cm³ (à 4 °C)
  • Point de fusion : 202 °C (396 °F ; 475 K)
  • Solubilité dans l’eau : 18 g/L (à 14 °C), 271 g/L (à 80 °C)
  • Solubilité dans l’alcool et l’éther : soluble

2. Réactions chimiques de l’acide 3,4-dihydroxybenzoïque

L’acide 3,4-dihydroxybenzoïque (acide protocatéchique) est un type d’acide phénolique qui peut subir diverses réactions chimiques :

  • Décarboxylation pour produire du catéchol lorsqu’il est chauffé avec un alcali.
  • Étérification avec de l’halogène de méthyle ou du sulfate de diméthyle pour produire de l’acide vanillique.
Eterification of 3,4-dihydroxybenzoic acid to vanillic acid.
  • Réduction pour produire du protocatéchualdéhyde et du 4-(hydroxyméthyl)benzène-1,2-diol.
Reduction of 3,4-dihydroxybenzoic acid
  • L’acide 3,4-dihydroxybenzoïque peut former divers esters, tels que le 3,4-dihydroxybenzoate de méthyle et le 3,4-dihydroxybenzoate d’éthyle, par estérification avec du méthanol et de l’éthanol, respectivement.
  • Condensation avec d’autres composés pour produire des polymères et autres dérivés
  • L’acide protocatéchique peut subir d’autres réactions aromatiques telles que : la nitration, l’acylation et l’alkylation.

Biosynthèse

Dans les systèmes biologiques, l’acide 3,4-dihydroxybenzoïque est un produit de la voie du shikimate, une voie métabolique en sept étapes utilisée par les bactéries, les champignons, les algues, les parasites et les plantes pour la biosynthèse des acides aminés aromatiques.

3. Production d’acide protocatéchique

3.1. Production d’acide protocatéchique à partir de vanilline

Production of 3,4-dihydroxybenzoic acid from vanillin

La fusion alcaline de la vanilline est la méthode la plus pratique pour synthétiser l’acide protocatéchique. Cette réaction oxyde la vanilline en acide vanillique, avec libération d’hydrogène. La déméthylation de l’acide vanillique en acide protocatéchique se produit à un taux limité entre 210 et 235°C, mais une déméthylation complète ne se produit qu’à des températures supérieures à 240-245°C.

Pour synthétiser l’acide protocatéchique à partir de la vanilline, de l’hydroxyde de sodium, de l’hydroxyde de potassium et de l’eau sont mélangés dans un réacteur en acier inoxydable. Le fer ou le nickel peuvent également être utilisés. Le mélange est chauffé et agité jusqu’à ce qu’il atteigne 160°C.

La vanilline est ajoutée progressivement en maintenant la température entre 190 et 195°C. L’agitation et le chauffage continus sont maintenus jusqu’à ce que la température atteigne 240-245°C. Après 5 minutes de réaction, le chauffage est arrêté et le mélange est agité en refroidissant.

Une fois le mélange refroidi à 150-160°C, de l’eau est ajoutée et agitée jusqu’à ce que le mélange de fusion se dissolve complètement. Après avoir fait passer du dioxyde de soufre gazeux à travers le mélange pendant 2 minutes et acidifié complètement le mélange avec de l’acide chlorhydrique, le mélange acidifié est refroidi et le précipité cristallin est filtré et lavé à l’eau froide.

Les cristaux beiges de l’acide protocatéchique fondent à 196-198°C et le rendement en acide protocatéchique brut est de 89 %.

Le rapport de l’hydroxyde de sodium à l’hydroxyde de potassium n’est pas critique, tant que la quantité totale d’alcali est supérieure à 7 moles. Les mélanges contenant 10 à 60 % d’hydroxyde de sodium deviennent liquides à 120-130°C. Des pourcentages plus élevés d’hydroxyde de sodium peuvent produire un acide protocatéchique plus foncé, mais les rendements ne sont pas affectés de manière significative jusqu’à ce que la concentration d’hydroxyde de sodium atteigne 70 %.

Le dioxyde de soufre empêche la formation d’un produit de couleur foncée lorsque le mélange réactionnel est acidifié avec un acide fort.

Les cristaux bruts ont un bronzage clair et conviennent à la plupart des usages. Il peut être purifié davantage par recristallisation dans l’eau chaude, en utilisant le rapport 3:1 d’eau par acide et 1:10 de charbon actif par acide. L’acide recristallisé est de couleur crème et fond à 199-200°C.

3.2. Fermentation bactérienne

L’acide 3,4-dihydroxybenzoïque peut être produit par diverses souches de bactéries. Par exemple, des souches de Corynebacterium glutamicum ont été cultivées dans un milieu enrichi en glucose pour produire d’acide protocatéchique. De même, des souches d’Escherichia coli telles que DH5α, BL21 (DE3) et ATCC 321882 ont été propagées dans un milieu LB pour produire du l’acide 3,4-dihydroxybenzoïque.

Pour produire de l’acide protocatéchique, les souches de Brevibacterium ou de Corynebacterium qui ne peuvent pas utiliser l’acide protocatéchique comme seule source de carbone sont mutées. Les souches ont été cultivées sur milieu complet, puis répliquées sur un milieu gélosé minimum contenant du glucose et de l’acide protocatéchique comme seule source de carbone.

Une colonie capable de se développer sur du glucose mais pas sur de l’acide protocatéchique a été isolée pour obtenir Brevibacterium lactofermentum AJ12106 et Corynebacterium acetoacidophilum AJ12108. La culture aérobie de ces souches peut produire une grande quantité d’acide protocatéchique.

3.3. Extraction à partir de sources naturelles

En plus de la production bactérienne, l’acide 3,4-dihydroxybenzoïque peut également être isolé à partir de diverses sources naturelles. On le trouve dans l’écorce de la tige de Boswellia dalzielii et dans les feuilles de Diospyros melanoxylon.

C’est également un métabolite majeur des polyphénols antioxydants présents dans le thé vert. L’acide protocatéchique peut également être extrait d’une variété de plantes, notamment du thé vert, des feuilles de bambou et de divers fruits et légumes.

La production de l’acide protocatéchique est un processus complexe qui implique la décomposition de molécules plus grosses en molécules plus petites. Ce processus est facilité par des enzymes qui agissent comme des catalyseurs pour accélérer la réaction. l’acide protocatéchique résultant peut ensuite être extrait et purifié pour être utilisé dans diverses applications.

4. Utilisations de l’acide 3,4-dihydroxybenzoïque

L’acide 3,4-dihydroxybenzoïque a un large éventail d’utilisations en raison de ses divers effets biologiques1.

  • Industrie alimentaire et des boissons : L’acide protocatéchique peut être utilisé comme antioxydant et conservateur naturel dans les aliments et les boissons. Par exemple, l’acide protocatéchique est ajouté à certains thés et jus pour prolonger leur durée de conservation.
  • Industrie pharmaceutique : L’acide protocatéchique fait l’objet d’études en tant qu’agent thérapeutique potentiel pour diverses maladies, notamment le cancer, la maladie d’Alzheimer et les maladies inflammatoires de l’intestin. Des études précliniques ont montré que l’acide protocatéchique a des effets antitumoraux, protège contre la neurotoxicité et réduit l’inflammation. L’acide protocatéchique est également à l’étude comme traitement potentiel du COVID-19.
  • Industrie cosmétique : L’acide protocatéchique est utilisé dans certains produits cosmétiques pour ses propriétés antioxydantes et anti-âge. Par exemple, il est ajouté à certains écrans solaires et hydratants.
  • Industrie agricole : L’acide protocatéchique fait l’objet d’études en tant que pesticide et fongicide potentiel. Des études ont montré qu’il peut inhiber la croissance de certains agents pathogènes des plantes.

Recherche émergente

En plus des utilisations potentielles énumérées ci-dessus, l’acide protocatéchique fait également l’objet d’études pour son rôle potentiel dans le traitement d’autres maladies et affections, notamment :

Obésité : il a été démontré que l’acide protocatéchique réduit le poids corporel et la masse grasse dans des études animales.

Diabète : il a été démontré que l’acide protocatéchique améliore le contrôle de la glycémie et réduit la résistance à l’insuline dans des études animales.

Maladies cardiovasculaires : il a été démontré que l’acide protocatéchique réduit les taux de cholestérol et améliore la fonction des vaisseaux sanguins dans des études animales.

Maladies neurodégénératives : il a été démontré que l’acide protocatéchique protège contre la neurotoxicité et améliore la fonction cognitive dans des études animales.

L’acide protocatéchique est un composé prometteur offrant un large éventail d’avantages potentiels. Des essais cliniques sur l’homme sont nécessaires pour confirmer l’innocuité et l’efficacité d’acide protocatéchiquepour le traitement de diverses maladies et affections.

5. Toxicologie de l’acide 3,4-dihydroxybenzoïque

L’acide protocatéchique est généralement considéré comme sans danger pour la consommation. La DL50 d’acide protocatéchique chez le rat est de 5 000 mg/kg. Cependant, des doses élevées peuvent provoquer des troubles gastro-intestinaux et d’autres effets secondaires.

Il peut provoquer une grave irritation des yeux. Il peut également irriter les voies respiratoires et provoquer une irritation cutanée. Par conséquent, des précautions doivent être prises lors de la manipulation d’acide protocatéchique pour éviter tout contact direct avec les yeux, la peau et les voies respiratoires.

Références