Química del ácido ascórbico

El ácido ascórbico es una lactona basada en furano del ácido 2-cetoglucónico . Contiene un enodiol adyacente al carbonilo . Este patrón estructural −C(OH)=C(OH)−C(=O)− es característico de las reductonas y aumenta la acidez de uno de los grupos hidroxilo del enol . La base conjugada desprotonada es el anión ascorbato , que se estabiliza por la deslocalización electrónica que resulta de la resonancia entre dos formas:

Por este motivo, el ácido ascórbico es mucho más ácido de lo que cabría esperar si el compuesto contuviera únicamente grupos hidroxilo aislados.

El anión ascorbato forma sales , como el ascorbato de sodio , el ascorbato de calcio , el ascorbato de litio y el ascorbato de potasio .

El ácido ascórbico también puede reaccionar con ácidos orgánicos como alcohol , formando ésteres como el palmitato de ascorbilo y el estearato de ascorbilo .

El ataque nucleofílico del ácido ascórbico sobre un protón da como resultado una 1,3-dicetona:

dehidroascorbato

El ion ascorbato es la especie predominante a valores típicos de pH biológico. Es un agente reductor suave y antioxidante , que reacciona típicamente con oxidantes de especies reactivas de oxígeno , como el radical hidroxilo .

Las especies reactivas de oxígeno son dañinas para animales y plantas a nivel molecular debido a su posible interacción con ácidos nucleicos , proteínas y lípidos. En ocasiones, estos radicales inician reacciones en cadena. El ascorbato puede detener estas reacciones radicalarias en cadena mediante la transferencia de electrones . Las formas oxidadas del ascorbato son relativamente poco reactivas y no causan daño celular.

El ácido ascórbico y sus sales de sodio, potasio y calcio se utilizan comúnmente como aditivos alimentarios antioxidantes . Estos compuestos son solubles en agua y, por lo tanto, no pueden proteger las grasas de la oxidación; para este fin, se pueden utilizar como aditivos alimentarios antioxidantes los ésteres liposolubles del ácido ascórbico con ácidos grasos de cadena larga (palmitato de ascorbilo y estearato de ascorbilo). El proceso de transporte activo dependiente del sodio permite la absorción del ácido ascórbico en el intestino. ^{[ 10 ]}

El ascorbato dona fácilmente un átomo de hidrógeno a los radicales libres , formando el anión radical semidehidroascorbato (también conocido como monodehidroascorbato), una semitriona estabilizada por resonancia : ^{[ 11 ]}

C ₆ H ₇ O − 6 + L• → C ₆ H ₆ O ₆ ^{• −} + LH

La pérdida de un electrón del semidehidroascorbato para producir el pseudodehidroascorbato 1,2,3-tricarbonilo es termodinámicamente desfavorable, lo que ayuda a prevenir la propagación de reacciones en cadena de radicales libres como la autooxidación : ^{[ 11 ]}

C ₆ H ₆ O ₆ ^{• −} + O ₂${\displaystyle \not \rightarrow }$C ₆ H ₆ O ₆ + O ₂ ^{• −}

Sin embargo, al ser un buen donador de electrones, el exceso de ascorbato en presencia de iones metálicos libres no solo puede promover sino también iniciar reacciones de radicales libres, lo que lo convierte en un compuesto prooxidante potencialmente peligroso en ciertos contextos metabólicos.

La oxidación del semidehidroascorbato ocurre en conjunto con la hidratación, produciendo el hemicetal bicíclico dehidroascorbato . En particular, el semidehidroascorbato sufre desproporción a ascorbato y dehidroascorbato: ^{[ 11 ]}

C ₆ H ₆ O ₆ ^{• −} + L• + H ₂ O + H ⁺ → C ₆ H ₈ O ₇ + LH

2 C ₆ H ₆ O ₆ ^{• −} + H ₂ O + H ⁺ → C ₆ H ₈ O ₇ + C ₆ H ₇ O − 6

Las soluciones acuosas de dehidroascorbato son inestables y sufren hidrólisis con una vida media de 5 a 15  minutos a 37 °C (99 °F) . Los productos de descomposición incluyen ácido dicetogulónico , ácido xilónico , ácido treónico y ácido oxálico . ^{[ 12 ] [ 13 ] : 14}  

Crea compuestos volátiles cuando se mezcla con glucosa y aminoácidos a 90  °C. ^{[ 14 ]}

Es un cofactor en la oxidación de la tirosina , aunque debido a que se utiliza un extracto crudo de hígado animal, no está claro qué reacción catalizada por qué enzima se ve favorecida en este caso. ^{[ 15 ]} Para conocer sus funciones en las reacciones enzimáticas, véase Vitamina C § Farmacodinámica . 

Debido a que reduce el hierro(III) y quelata los iones de hierro, mejora la absorción oral del hierro no hemo. ^{[ 16 ]} Esta propiedad también se aplica a su enantiómero. ^{[ 17 ]}

The main use of l-ascorbic acid and its salts is as food additives, mostly to combat oxidation and prevent discoloration of the product during storage.^[25] It is approved for this purpose in the EU with E number E300,^[26] the US,^[27] Australia, and New Zealand.^[28]

The "d" enantiomer (erythorbic acid) shares all of the non-biological chemical properties with the more common l enantiomer. As a result, it is an equally effective food antioxidant, and is also approved in processed foods.^[29]

Otro uso importante del ácido L -ascórbico es como suplemento dietético . Está en la Lista de Medicamentos Esenciales de la Organización Mundial de la Salud . ^{[ 30 ] [ 31 ]} Su deficiencia durante un período prolongado puede causar escorbuto, que se caracteriza por fatiga, debilidad generalizada en los tejidos conectivos y fragilidad capilar. ^{[ 32 ]} Afecta a múltiples sistemas orgánicos debido a su papel en las reacciones bioquímicas de la síntesis del tejido conectivo. ^{[ 33 ]} La deficiencia de ácido ascórbico inhibe la capacidad del cuerpo para sintetizar colágeno, lo que resulta en deterioro del cuerpo como la producción de articulaciones sensibles, debilidad y ruptura de vasos sanguíneos. ^{[ 3 ]}

• El ácido ascórbico se oxida fácilmente, por lo que se utiliza como reductor en soluciones reveladoras fotográficas (entre otras) y como conservante .
• En la microscopía de fluorescencia y técnicas relacionadas basadas en fluorescencia, el ácido ascórbico puede utilizarse como antioxidante para aumentar la señal fluorescente y retardar químicamente el fotoblanqueo del colorante . ^{[ 34 ]}
• También se utiliza habitualmente para eliminar manchas de metal disuelto, como el hierro, de las superficies de fibra de vidrio de las piscinas.
• En la fabricación de plásticos, el ácido ascórbico se puede utilizar para ensamblar cadenas moleculares más rápidamente y con menos residuos que los métodos de síntesis tradicionales. ^{[ 35 ]}
• Se sabe que los consumidores de heroína utilizan ácido ascórbico como medio para convertir la heroína base en una sal soluble en agua para poder inyectarla. ^{[ 36 ]}
• Como lo justifica su reacción con el yodo, se utiliza para neutralizar los efectos de las pastillas de yodo en la purificación del agua. Reacciona con el agua esterilizada, eliminando el sabor, el color y el olor del yodo. Por ello, suele venderse como un segundo paquete de pastillas en la mayoría de las tiendas de artículos deportivos, bajo el nombre de Pastillas Potables Neutralizantes de Agua, junto con las pastillas de yoduro de potasio.
• El ascorbato intravenoso en dosis altas se está utilizando como agente quimioterapéutico y modificador de la respuesta biológica . ^{[ 37 ]} Se encuentra en fase de ensayos clínicos. ^{[ 38 ]}
• A veces se utiliza como acidificante urinario para potenciar el efecto antiséptico de la metenamina . ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

El setenta por ciento del suministro mundial de ácido ascórbico se produce en China. ^{[ 42 ]} El ácido ascórbico se prepara en la industria a partir de glucosa en un método basado en el histórico proceso Reichstein . En el primero de un proceso de cinco pasos, la glucosa se hidrogena catalíticamente a sorbitol , que luego es oxidado por el microorganismo Acetobacter suboxydans a sorbosa . Solo uno de los seis grupos hidroxilo se oxida por esta reacción enzimática. A partir de este punto, hay dos rutas disponibles. El tratamiento del producto con acetona en presencia de un catalizador ácido convierte cuatro de los grupos hidroxilo restantes en acetales . El grupo hidroxilo no protegido se oxida al ácido carboxílico por reacción con el oxidante catalítico TEMPO (regenerado por hipoclorito de sodio – solución blanqueadora ). Históricamente, la preparación industrial a través del proceso Reichstein usaba permanganato de potasio como solución blanqueadora. La hidrólisis de este producto, catalizada por ácido, realiza la doble función de eliminar los dos grupos acetal y la lactonización de cierre de anillo . Este paso produce ácido ascórbico. Cada uno de los cinco pasos tiene un rendimiento superior al 90 %. ^{[ 43 ]} 

Un proceso biotecnológico, desarrollado inicialmente en China en la década de 1960 pero perfeccionado en la década de 1990, evita los grupos protectores de acetona. Una segunda especie microbiana modificada genéticamente , como la Erwinia mutante , entre otras, oxida la sorbosa a ácido 2-cetoglucónico (2-KGA), que luego puede sufrir lactonización de cierre de anillo mediante deshidratación. Este método se utiliza en el proceso predominante de la industria del ácido ascórbico. ^{[ 42 ]} Los investigadores están explorando métodos para la fermentación en un solo paso. ^{[ 44 ] [ 45 ]}

La forma tradicional de analizar el contenido de ácido ascórbico es mediante titulación con un agente oxidante , y se han desarrollado varios procedimientos.

El método popular de iodometría utiliza yodo en presencia de un indicador de almidón . El ácido ascórbico reduce el yodo, y cuando todo el ácido ascórbico ha reaccionado, el yodo se encuentra en exceso, formando un complejo azul oscuro con el indicador de almidón. Esto indica el punto final de la titulación.

Como alternativa, el ácido ascórbico puede tratarse con yodo en exceso, seguido de una retrotitulación con tiosulfato de sodio utilizando almidón como indicador. ^{[ 46 ]}

Este método yodométrico se ha revisado para aprovechar la reacción del ácido ascórbico con yodato y yoduro en solución ácida . La electrólisis de la solución de yoduro de potasio produce yodo, que reacciona con el ácido ascórbico. El final del proceso se determina mediante titulación potenciométrica, similar a la titulación de Karl Fischer . La cantidad de ácido ascórbico se puede calcular mediante la ley de Faraday .

Otra alternativa utiliza N -bromosuccinimida (NBS) como agente oxidante en presencia de yoduro de potasio y almidón. La NBS oxida primero el ácido ascórbico; cuando este se agota, la NBS libera el yodo del yoduro de potasio, que luego forma un complejo azul-negro con el almidón.