Cos’è la tiamina?
Il cloruro di tiamina cloridrato, noto anche come vitamina B1, è una sostanza bianca cristallina che forma aghi monoclini incolori e presenta un sapore leggermente amaro e un odore caratteristico.
Il nome sistematico della tiamina è 3-[(4-ammino-2-metilpirimidin-5-il)metil]-5-(2-idrossietil)-4-metiltiazolio cloruro. Contiene un anello tiazolico e un anello pirimidinico come scheletro di base. Mentre il suo nome IUPAC–IUB è tiamina, il termine tiamina è spesso utilizzato nei documenti ufficiali e commerciali.
La tiamina è utilizzata principalmente sotto forma di cloruro cloridrato e nitrato. Nei tessuti animali, esiste principalmente in forme fosforilate, in particolare come pirofosfato, ed è legata a un enzima come complesso proteico.
Organi come fegato, cuore, reni e cervello hanno un’alta concentrazione di tiamina, circa 100 mg/100 g. D’altro canto, il sangue umano normale contiene circa 90 ng di tiamina per litro, con variazioni significative tra gli individui.
La tiamina libera è la forma più diffusa di tiamina presente nei prodotti vegetali, in particolare nel pericarpo e nei semi di cereali, lievito, riso, verdure essiccate e patate. Oli, grassi e alimenti altamente trasformati, come gli zuccheri raffinati, sono praticamente privi di tiamina.
Sommario
1. Produzione di vitamina B1
Sono state pubblicate diverse sintesi di tiamina e, nel corso degli anni, si sono evoluti fondamentalmente due metodi generali.
1.1. Condensazione degli anelli pirimidinici e tiazolici
Il processo iniziale, noto come approccio convergente, prevede sintesi distinte di bromidrato di 4-ammino-5-bromometil-2-metilpirimidina e della frazione tiazolica o del suo acetato.
La combinazione dei due eterocicli intermedi produce bromidrato di tiamina, che può essere trasformato in cloridrato di cloruro di tiamina utilizzando cloruro d’argento in metanolo o una resina a scambio ionico.
La prima produzione commerciale di vitamina B1 è stata avviata da Merck-Rahway negli Stati Uniti.
1.2. Costruzione dell’anello tiazolico su una porzione pirimidinica preformata
Il secondo metodo per sintetizzare la tiamina, denominato approccio lineare, prevede la formazione sequenziale dell’anello tiazolico su un intermedio pirimidinico preformato, la diammina di Grewe.
Hoffmann-La Roche ha industrializzato questo approccio poco dopo il processo Merck-Rahway.
Attualmente, tutta la produzione commerciale di vitamina B1 segue l’approccio lineare tramite la diammina di Grewe fino alla tiotiamina.
1.2.1. Gruppo pirimidinico
Il componente fondamentale, la diammina di Grewe, è costruito da acrilonitrile o malononitrile.
L’acrilonitrile viene prodotto tramite ammoniossidazione del propene, mentre il malononitrile viene prodotto utilizzando un processo continuo ad alta temperatura in cui acetonitrile e cloruro di cianogeno vengono fatti reagire in un reattore a tubo a una temperatura superiore a 700 °C.
Altri processi utilizzano il β-amminopropionitrile ottenuto aggiungendo ammoniaca all’acrilonitrile, che viene poi sottoposto a deidrogenazione ossidativa in fase gassosa ad alta temperatura e in presenza di ossigeno molecolare e di un catalizzatore metallico.
Il malononitrile viene trasformato nella corrispondente unità C4 aggiungendo un gruppo carbonilico e ulteriormente con ammoniaca o alcoli al 2-(amminometilene)propandinitrile. Il blocco di costruzione C2 richiesto, l’acetimino etere, viene prodotto dall’acetonitrile mediante derivatizzazione con HCl e metanolo per condensazione con enammina che porta alla 5-cianopirimidina.
La grewe diammina viene ottenuta mediante ulteriore idrogenazione su catalizzatori metallici.
1.2.2. Sintesi della tiamina
Dopo aver ottenuto la diammina di Grewe, sono necessari tre passaggi chimici per ottenere la tiamina (vitamina B1): estensione della catena laterale amminometilica in posizione 5, ciclizzazione all’anello tiazolico e conversione in tiamina.
Approcci simili con 3-cloro-5-idrossipentan-2-one o 3-cloro-4-ossopentilacetato come principale elemento costitutivo per l’allungamento della catena sono utilizzati da tutti i concorrenti.
2. Reazioni chimiche della vitamina B1
2.1. Idrolisi della tiamina
La tiamina può essere convertita nella forma tiolica in condizioni acquose leggermente alcaline, in particolare a pH 7,0 o superiore. La fase limitante sembra essere l’apertura dell’anello.
In condizioni normali, una soluzione acquosa di tiamina è stabile al di sotto di pH 5,5, anche all’ossidazione. Tuttavia, quando riscaldata in una provetta sigillata a 140 °C, si decompone in (4-ammino-2-metil-5-pirimidinil)metanolo e 4-metil-5-(2-idrossietil)tiazolo.
Trattando il cloruro di tiamina con solfito in soluzioni debolmente acide, si scinde nel derivato del metansolfonato e nel composto tiazolico.
Il cloruro di tiamina può essere convertito in ossitiamina, che non ha attività vitaminica, in condizioni fortemente acide.
2.2. Aminolisi intramolecolare
In condizioni fortemente basiche ma anidre (utilizzando 2 moli di etossido di sodio in etanolo), il gruppo amminico 4′ della tiamina può aggiungersi all’anello tiazolico, dando origine al diidrotiocromo triciclico, che quindi elimina uno ione tiolato per dare il sale di sodio della forma gialla della tiamina.
L’aggiunta di acido può convertirlo nella forma tiolica termodinamicamente più stabile.
2.3. Ossidazione
In presenza di un ossidante, il tiolato viene convertito irreversibilmente in tiocromo, che è un composto cristallino giallo isolato dal lievito ma non ha importanza fisiologica.
In soluzione, mostra una forte fluorescenza blu che può essere utilizzata per determinare quantitativamente la tiamina. La riduzione del tiocromo può riconvertirlo in tiamina.
2.4. Formazione di ylide
Dopo l’estrazione dell’atomo di idrogeno dalla posizione 2 dell’anello tiazolico, si forma l’ylide della tiamina, che svolge un ruolo centrale sia nella reazione coenzimatica della vitamina B1 sia in reazioni non enzimatiche come la condensazione dell’aciloina.
La capacità della tiamina di formare un’ylide può essere razionalizzata in termini di teoria degli orbitali molecolari e strutture di risonanza.
Tuttavia, c’è ancora un ampio disaccordo sul fatto che il gruppo 4′-ammino agisca come un acido o una base intramolecolare sia nella chimica che nell’enzimologia della formazione di ylide dalla tiamina.
2.5. Riduzione
La tiamina può subire la riduzione dell’anello tiazolico da vari agenti riducenti, come l’idruro di litio e alluminio, il boroidruro di sodio, per produrre tetraidrotiamina tramite l’intermedio diidrotiamina. 3. Funzioni biochimiche della vitamina B1
La tiamina è un nutriente indispensabile con diverse funzioni metaboliche vitali e la sua inadeguatezza è legata a disturbi nel metabolismo dei carboidrati, che portano a effetti dannosi sulle funzioni nervose.
Nei sistemi biologici, la tiamina pirofosfato, nota anche come TPP o cocarbossilasi, è l’unica forma biologicamente attiva nota di tiamina. Questo composto è generato dalla reazione tra tiamina e ATP all’interno delle cellule epatiche.
Come coenzima per gli enzimi coinvolti nel metabolismo intermedio, la TPP partecipa alla decarbossilazione degli α-chetoacidi (complesso piruvato e α-chetoglutarato deidrogenasi) e alle reazioni di trasferimento reversibili dell’α-chetolo catalizzate dalla transchetolasi nel ciclo del pentoso fosfato.
La tiamina potrebbe fungere da costituente attivo nel sistema nervoso. È stato ipotizzato che la tiamina, presumibilmente come tiamina trifosfato, potrebbe svolgere una funzione critica nella stimolazione dei nervi periferici.
Riferimento
- Vitamin, 6. Vitamin B1 (Thiamin); Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.o27_o09.pub2
