Cos’è l’acido protocatecuico?
L’acido 3,4-diidrossibenzoico, noto anche come acido protocatecuico, è un acido organico naturale con formula C7H6O4. È un solido cristallino bianco o leggermente biancastro, solubile in alcuni solventi organici come etanolo ed etere, ma insolubile in acqua.
L’acido 3,4-diidrossibenzoico si trova naturalmente in varie piante, frutti e verdure, tra cui:
- Salvia miltiorrhiza (conosciuta come Danshen nella medicina tradizionale cinese)
- Camellia sinensis (foglie di tè verde)
- Frutta come mele, prugne e uva
L’acido protocatecuico è attualmente oggetto di studio come additivo alimentare, agente farmaceutico, ingrediente cosmetico e pesticida agricolo. È generalmente considerato sicuro, ma è opportuno evitarne dosi elevate.
Sommario
1. L’uomo che ha ucciso il figlio Proprietà fisiche dell’acido 3,4-diidrossibenzoico
- Formula molecolare: C7H6O4
- Massa molare: 154,1 g/mol
- Aspetto: solido marrone chiaro
- Punto di fusione: 203 °C
- Densità: 1,524 g/cm³ (a 4 °C)
- Punto di fusione: 202 °C (396 °F; 475 K)
- Solubilità in acqua: 18 g/L (a 14 °C), 271 g/L (a 80 °C)
- Solubilità in alcol ed etere: solubile
2. Reazioni chimiche dell’acido 3,4-diidrossibenzoico
L’acido 3,4-diidrossibenzoico (acido protocatecuico) è un tipo di acido fenolico che può subire varie reazioni chimiche:
- Decarbossilazione per produrre catecolo quando riscaldato con alcali.
- Eterificazione con metilalogeno o dimetilsolfato per produrre acido vanillico.
- Riduzione per produrre protocatecualdeide e 4-(idrossimetil)benzene-1,2-diolo.
- L’acido 3,4-diidrossibenzoico può formare vari esteri, come il metil 3,4-diidrossibenzoato e l’etil 3,4-diidrossibenzoato, tramite esterificazione con metanolo ed etanolo, rispettivamente.
- Condensazione con altri composti per produrre polimeri e altri derivati
- L’acido protocatecuico può subire altre reazioni aromatiche come: nitrazione, acilazione e alchilazione.
Biosintesi
Nei sistemi biologici, l’acido 3,4-diidrossibenzoico è un prodotto del percorso dello shikimato, che è un percorso metabolico in sette fasi utilizzato da batteri, funghi, alghe, parassiti e piante per la biosintesi degli amminoacidi aromatici.
3. Produzione di acido protocatecuico
3.1. Produzione di acido protocatecuico dalla vanillina
La fusione alcalina della vanillina è il metodo più pratico per sintetizzare l’acido protocatecuico. Questa reazione ossida la vanillina ad acido vanillico, con rilascio di idrogeno. La demetilazione dell’acido vanillico ad acido protocatecuico avviene a una velocità limitata a 210–235 °C, ma la demetilazione completa avviene solo a temperature superiori a 240–245 °C.
Per sintetizzare l’acido protocatecuico dalla vanillina, idrossido di sodio, idrossido di potassio e acqua vengono miscelati in un reattore in acciaio inossidabile. Possono essere utilizzati anche ferro o nichel. La miscela viene riscaldata e agitata fino a raggiungere 160 °C.
La vanillina viene aggiunta gradualmente, mantenendo la temperatura a 190–195 °C. L’agitazione e il riscaldamento continui vengono mantenuti fino a quando la temperatura raggiunge 240–245 °C. Dopo 5 minuti di reazione, il riscaldamento viene interrotto e la miscela viene agitata mentre si raffredda.
Una volta che la miscela si è raffreddata a 150-160 °C, si aggiunge acqua e si mescola fino a quando la miscela di fusione non si dissolve completamente. Dopo aver fatto passare il gas di anidride solforosa attraverso la miscela per 2 minuti e acidificato completamente la miscela con acido cloridrico, la miscela acidificata viene raffreddata e il precipitato cristallino viene filtrato e lavato con acqua fredda.
I cristalli marrone chiaro di acido protocatecuico fondono a 196-198 °C e la resa di acido protocatecuico grezzo è dell’89%.
Il rapporto tra idrossido di sodio e idrossido di potassio non è critico, purché la quantità totale di alcali sia superiore a 7 moli. Le miscele con idrossido di sodio al 10-60% diventano liquide a 120-130 °C. Percentuali più elevate di idrossido di sodio possono produrre un acido protocatecuico più scuro, ma le rese non sono significativamente influenzate finché la concentrazione di idrossido di sodio non raggiunge il 70%.
L’anidride solforosa impedisce la formazione di un prodotto di colore scuro quando la miscela di reazione viene acidificata con un acido forte.
I cristalli grezzi hanno un colore marrone chiaro e sono adatti alla maggior parte degli scopi. Può essere ulteriormente purificato mediante ricristallizzazione da acqua calda, utilizzando il rapporto 3:1 di acqua per acido e 1:10 di carbone attivo per acido. L’acido ricristallizzato è color crema e fonde a 199-200 °C.
3.2. Produzione di acido protocatecuico mediante fermentazione batterica
L’acido protocatecuico può essere prodotto da vari ceppi di batteri. Ad esempio, i ceppi di Corynebacterium glutamicum sono stati coltivati in un mezzo integrato con glucosio per produrlo. Allo stesso modo, i ceppi di Escherichia coli come DH5α, BL21 (DE3) e ATCC 321882 sono stati propagati in un mezzo LB per produrre acido 3,4-diidrossibenzoico.
Per produrre acido protocatecuico, i ceppi di Brevibacterium o Corynebacterium che non possono utilizzare l’acido protocatecuico come unica fonte di carbonio sono mutati. I ceppi sono stati coltivati su terreno completo, quindi replicati su terreno agar minimo contenente glucosio e acido protocatecuico come unica fonte di carbonio.
Una colonia che poteva crescere su glucosio ma non su acido protocatecuico è stata isolata per ottenere Brevibacterium lactofermentum AJ12106 e Corynebacterium acetoacidophilum AJ12108. La coltivazione aerobica di questi ceppi può produrre una grande quantità di acido protocatecuico.
3.3. Estrazione di acido protocatecuico da fonti naturali
Oltre alla produzione batterica, l’acido protocatecuico può anche essere isolato da varie fonti naturali. Può essere trovato nella corteccia del fusto di Boswellia dalzielii e nelle foglie di Diospyros melanoxylon. È anche un importante metabolita dei polifenoli antiossidanti presenti nel tè verde. L’acido protocatecuico può anche essere estratto da una varietà di piante, tra cui il tè verde, le foglie di bambù e vari frutti e verdure.
La produzione di acido 3,4-diidrossibenzoico è un processo complesso che comporta la scomposizione di molecole più grandi in molecole più piccole. Questo processo è facilitato dagli enzimi, che agiscono come catalizzatori per accelerare la reazione. L’acido 3,4-diidrossibenzoico risultante può quindi essere estratto e purificato per l’uso in varie applicazioni.
4. Usi dell’acido 3,4-diidrossibenzoico
L’acido 3,4-diidrossibenzoico ha una vasta gamma di usi grazie ai suoi vari effetti biologici1.
- Industria alimentare e delle bevande: può essere utilizzato come antiossidante naturale e conservante in alimenti e bevande. Ad esempio, viene aggiunto ad alcuni tè e succhi per prolungarne la durata di conservazione.
- Industria farmaceutica: l’acido protocatecuico è oggetto di studio come potenziale agente terapeutico per una varietà di malattie, tra cui cancro, morbo di Alzheimer e malattie infiammatorie intestinali. Studi preclinici hanno dimostrato che ha effetti antitumorali, protegge dalla neurotossicità e riduce l’infiammazione. È anche oggetto di studio come potenziale trattamento per il COVID-19.
- Industria cosmetica: l’acido protocatecuico è utilizzato in alcuni prodotti cosmetici per le sue proprietà antiossidanti e anti-invecchiamento. Ad esempio, viene aggiunto ad alcune creme solari e idratanti.
- Industria agricola: l’acido protocatecuico è oggetto di studio come potenziale pesticida e fungicida. Studi hanno dimostrato che può inibire la crescita di alcuni patogeni delle piante.
Ricerca emergente
Oltre ai potenziali usi elencati sopra, l’acido protocatecuico è anche oggetto di studio per il suo potenziale ruolo nel trattamento di altre malattie e condizioni, tra cui:
Obesità: è stato dimostrato che l’acido protocatecuico riduce il peso corporeo e la massa grassa in studi sugli animali.
Diabete: è stato dimostrato che l’acido protocatecuico migliora il controllo della glicemia e riduce la resistenza all’insulina in studi sugli animali.
Malattie cardiovascolari: è stato dimostrato che l’acido protocatecuico riduce i livelli di colesterolo e migliora la funzionalità dei vasi sanguigni in studi sugli animali.
Malattie neurodegenerative: è stato dimostrato che l’acido 3,4-diidrossibenzoico protegge dalla neurotossicità e migliora la funzione cognitiva in studi sugli animali.
L’acido protocatecuico è un composto promettente con un’ampia gamma di potenziali benefici.
5. Tossicologia dell’acido 3,4-diidrossibenzoico
L’acido protocatecuico è generalmente considerato sicuro per il consumo. La LD50 dell’acido protocatecuico nei ratti è di 5000 mg/kg. Tuttavia, dosi elevate di acido 3,4-diidrossibenzoico possono causare disturbi gastrointestinali e altri effetti collaterali.
L’acido 3,4-diidrossibenzoico può causare gravi irritazioni agli occhi. Può anche irritare le vie respiratorie e causare irritazioni cutanee. Pertanto, è necessario adottare precauzioni quando lo si maneggia per evitare il contatto diretto con occhi, pelle e vie respiratorie.
Riferimenti
- Hydroxycarboxylic Acids, Aromatic; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a13_519
- PROTOCATECHUIC ACID. – http://www.orgsyn.org/demo.aspx?prep=CV3P0745
- Production of protocatechuic acid by fermentatio. – https://patents.google.com/patent/JPS6098989A/en
- Production of protocatechuic acid by Corynebacterium glutamicum expressing chorismate-pyruvate lyase from Escherichia coli.
- https://en.wikipedia.org/wiki/Protocatechuic_acid
