Vitamine B1: réactions chimique, production et fonctions boichimiques

Vitamine B1 (Thiamine)

vitamin B1 (Thiamin)

Le chlorhydrate de chlorure de thiamine (vitamine B1) est un produit cristallin blanc. Il cristallise sous forme d’aiguilles monocliniques incolores. Il a une odeur caractéristique et un goût légèrement amer.

La vitamine B1 porte le nom IUPAC-IUB thiamine, bien que le terme thiamine soit utilisé dans de nombreux documents officiels et commerciaux.

Le squelette de base de la thiamine contient un cycle thiazole et un cycle pyrimidine. La nomenclature chimique exacte est le chlorure de 3-[(4-amino-2-méthylpyrimidin-5-yl)méthyl]-5-(2-hydroxyéthyl)-4-méthylthiazolium.

La thiamine est principalement utilisée sous forme de chlorure, de chlorhydrate et de nitrate.

La thiamine peut être trouvée dans les tissus animaux sous des formes phosphorylées, principalement sous forme de pyrophosphate, où elle est liée à une enzyme sous forme de complexe protéique.

Le cœur, le foie, les reins et le cerveau sont des organes avec une concentration élevée en thiamine d’env. 100mg/100g. Le sang humain normal contient ca. 90 ng de thiamine par litre, bien qu’il existe de fortes variations selon les individus.

Dans les produits végétaux, la thiamine libre est la forme la plus abondante. On le trouve dans le péricarpe et les graines de grains, de céréales, de levure, de légumes secs, de riz et de pommes de terre. Les huiles, les graisses et les aliments hautement transformés tels que les sucres raffinés sont essentiellement dépourvus de thiamine.

Table des matières

1. Production de vitamine B1

Plusieurs synthèses de thiamine ont été publiées, et essentiellement deux méthodes générales ont évolué au fil des ans.

1.1. Condensation des noyaux pyrimidine et thiazole

La première approche, dite approche convergente, consiste en des synthèses séparées du bromhydrate de 4-amino-5-bromométhyl-2-méthylpyrimidine et de la fraction thiazole ou de son acétate.

La condensation des deux hétérocycles intermédiaires donne le bromhydrate de bromure de thiamine, qui est converti en chlorhydrate de chlorure de thiamine par traitement avec du chlorure d’argent dans du méthanol ou avec une résine échangeuse d’ions.

La première synthèse industrielle de vitamine B1, développée par Merck-Rahway (États-Unis).

1.2. Construction du cycle thiazole sur une portion de pyrimidine préformée

La deuxième méthode générale construit linéairement le cycle thiazole sur l’intermédiaire pyrimidine préformé appelé diamine de Grewe. Leur approche a été industrialisée peu après le procédé Merck-Rahway par Hoffmann-La Roche.

Aujourd’hui, toute la production commerciale de vitamine B1 suit l’approche linéaire via la diamine de Grewe jusqu’à la thiothiamine.

1.2.1. Fraction pyrimidine

Le bloc de construction clé Grewe diamine est constitué soit d‘acrylonitrile d’unité C3, soit de malononitrile d’unité C3. L’acrylonitrile est fabriqué par ammonoxydation du propène.

La fabrication industriellement pertinente du malononitrile utilise un processus continu à haute température dans lequel l’acétonitrile et le chlorure de cyanogène sont mis à réagir dans un réacteur tubulaire au-dessus de 700 ° C.

D’autres procédés utilisent le β-aminopropionitrile obtenu par addition d’ammoniac sur l’acrylonitrile, qui est soumis à une déshydrogénation oxydative en phase gazeuse à haute température et en présence d’oxygène moléculaire et d’un catalyseur métallique.

Le malononitrile est transformé en l’unité C4 correspondante par addition d’un groupe carbonyle et en outre avec de l’ammoniac ou des alcools au 2-(aminométhylène)propanedinitrile.

L’éther acétimino de bloc de construction C2 requis est fabriqué à partir d’acétonitrile par dérivation avec HCl et méthanol pour condensation avec énamine conduisant à la 5-cyanopyrimidine.

Une hydrogénation supplémentaire sur des catalyseurs métalliques donne la diamine de Grewe.

1.2.2. Synthèse de thiamine

Après avoir obtenu Grewe, trois étapes chimiques sont encore nécessaires pour obtenir la thiamine (vitamine B1) : extension de la chaîne latérale aminométhyle en position 5, cyclisation en cycle thiazole et conversion en thiamine.

Tous les concurrents utilisent des approches similaires avec le 3-chloro-5-hydroxypentan-2-one ou le 3-chloro-4-oxopentylacétate comme élément principal pour l’allongement de la chaîne.

2. Reactions chimiques de la vitamine B1

2.1. Hydrolyse

Dans des conditions aqueuses légèrement alcalines (à pH 7,0 ou plus), la thiamine est convertie en forme thiol. L’étape limitant le débit semble être l’ouverture de l’anneau.

Dans des conditions normales, une solution aqueuse de thiamine est stable en dessous de pH 5,5, même à l’oxydation, mais se décompose en (4-amino-2-méthyl-5-pyrimidinyl)méthanol et 4-méthyl-5-(2-hydroxyéthyl)thiazole lorsque chauffé dans un tube scellé à 140°C.

Par traitement avec du sulfite dans des solutions faiblement acides, le chlorure de thiamine est divisé en dérivé de méthanesulfonate et en composé de thiazole.

Dans des conditions fortement acides, le chlorure de thiamine est converti en oxythiamine, qui n’a aucune activité vitaminique.

2.2. Aminolyse intramoléculaire

Dans des conditions fortement basiques, mais anhydres (2 moles d’éthylate de sodium dans l’éthanol), le groupe 4′-amino de la thiamine s’ajoute au cycle thiazole pour donner le dihydrothiochrome tricyclique, qui élimine ensuite un ion thiolate pour donner le sel de sodium de la forme jaune de thiamine.

L’addition d’acide le convertit en la forme thiol thermodynamiquement plus stable.

2.3. Oxydation

En présence d’un oxydant, le thiolate est irréversiblement transformé en thiochrome. Le thiochrome est un composé cristallin jaune qui a été isolé de la levure mais qui n’a aucune importance physiologique.

En solution, il présente une forte fluorescence bleue, propriété utilisée pour le dosage quantitatif de la thiamine. La réduction du thiochrome le reconvertit en thiamine.

2.4. Formation d’Ylide

Lors de l’abstraction de l’atome d’hydrogène de la position 2 du cycle thiazole, l’ylure de thiamine est formé, qui joue un rôle central à la fois dans la réaction coenzymatique de la vitamine B1 et dans les réactions non enzymatiques telles que la condensation de l’acyloïne.

La capacité de la thiamine à former un ylure peut être rationalisée en termes de théorie des orbitales moléculaires et de structures de résonance.

Il existe cependant un désaccord généralisé sur la question de savoir si le groupe 4′-amino agit comme un acide ou une base intramoléculaire dans la chimie ou l’enzymologie de la formation d’ylure à partir de la thiamine.

2.5. Réduction

La thiamine subit une réduction du cycle thiazole par une variété d’agents réducteurs (hydrure de lithium et d’aluminium, borohydrure de sodium, etc.) pour donner, via l’intermédiaire dihydrothiamine, la tétrahydrothiamine.

3. Fonctions biochimiques de la vitamine B1

La thiamine sert un certain nombre de fonctions métaboliques essentielles, et sa carence est associée à des déséquilibres dans l’état des glucides, avec des effets délétères conséquents sur les fonctions nerveuses.

Dans les systèmes vivants, la seule forme biologiquement active connue de thiamine est l’ester diphosphate autrement connu sous le nom de pyrophosphate de thiamine, TPP ou cocarboxylase – qui est formé par la réaction entre la thiamine et l’ATP dans les cellules hépatiques.

En tant que cofacteur d’enzymes du métabolisme intermédiaire, le TPP participe à la décarboxylation des acides α-céto (complexe pyruvate et α-cétoglutarate déshydrogénase) et aux réactions réversibles de transfert d’α-cétol catalysées par la transcétolase dans le cycle des pentoses phosphates.

La thiamine peut être une substance active dans le système nerveux. Il a été postulé que la thiamine, probablement sous forme de triphosphate de thiamine, pourrait jouer un rôle essentiel dans la stimulation des nerfs périphériques.

Références