Acidi aldarici

Secondo la I.U.P.A.C. gli acidi aldarici sono acidi poliidrossidicarbossilici aventi formula generale HOC(=O)[CH(OH)]_nC(=O)OH , formalmente derivati ​​da un aldoso per ossidazione di entrambi gli atomi di carbonio terminali in gruppi carbossilici.

Gli acidi aldarici si differenziano quindi dagli acidi aldonici che hanno formula generale HOOC-(CHOH)_n-CH₂OH e derivano da un aldoso per ossidazione del solo gruppo gruppo aldeidico. Pertanto gli acidi aldarici possono essere ottenuti per ossidazione degli acidi aldonici.

Contrariamente agli acidi aldonici che prendono il nome dello zucchero da cui derivano cambiando il suffisso in -oico in sostituzione del suffisso -osio, gli acidi aldarici prendono il nome dello zucchero da cui derivano, al quale si aggiunge il suffisso -arico in sostituzione del suffisso -osio come, ad esempio l’acido aldarico derivante dal glucosio si chiama acido glucarico e quello derivante dallo xilosio si chiama acido xilarico

Attività ottica degli acidi aldarici

La conversione di un aldoso nel suo corrispondente acido aldarico, le cui estremità della catena sono identiche, può comportare la presenza di un piano di simmetria che rende tali composti otticamente inattivi. Pertanto, ribosio, xilosio, allosio e galattosio producono acidi aldarici achirali che, ovviamente, non sono otticamente attivi.

Le proprietà di simmetria degli acidi aldarici forniscono informazioni sulle possibili configurazioni dei gruppi idrossilici secondari. Se l’acido aldarico formato dall’ossidazione di un aldoso è otticamente inattivo, i gruppi idrossilici si presentano in una disposizione simmetrica.

Due zuccheri differenti possono produrre lo stesso acido aldarico come l’acido D-glucarico derivante dal glucosio e l’acido L-gularico derivante dal gulosio sono lo stesso composto. Inoltre, anche una coppia di enantiomeri genera un unico stesso composto pertanto alcuni acidi aldarici sono dei composti meso senza attività ottica, nonostante la presenza di centri chirali multipli. Questo di solito accade quando lo zucchero e il suo enantiomero vengono ossidati per formare lo stesso acido aldarico.

Il D-galattosio è un esempio poiché ha quattro centri chirali ma l’acido L-galattarico e l’acido D-galattarico contengono la configurazione opposta in ogni centro chirale. Quindi, l’acido galattarico può essere rappresentato come una forma meso achirale e non rientra nella categoria delle molecole otticamente attive.

Sintesi

Contrariamente agli acidi aldonici che possono essere ottenuti dagli aldosi per azione di un blando ossidante che converte la funzione aldeidica in funzione carbossilica e agli acidi uronici che derivano dall’ossidazione del gruppo terminale -CH₂OH degli aldosi, gli acidi aldarici sono ottenuti per azione di un energico ossidante.

L’ossidante tipicamente utilizzato per la sintesi degli acidi aldarici a partire dagli aldosi è l’acido nitrico il quale, tuttavia, dà problemi riguardanti la resa limitata a circa il 40% a causa delle reazioni collaterali, la sicurezza, il carico ambientale pertanto sono stati studiati nuovi metodi di sintesi.

Tra essi l’ossidazione catalitica con metalli di transizione come platino, oro, titanio e palladio e l’utilizzo di agenti ossidanti quali l’acqua ossigenata, oltre a metodi elettrochimici e fotochimici. Tuttavia a causa della loro importanza, sono stati studiati metodi biocatalitici per la sintesi degli acidi aldarici e, poiché l’ossidazione diretta dell’esoso nella posizione C6 è difficile, sono state utilizzate combinazioni di biocatalizzatori per produrre acidi aldarici.

Nell’ambito di ricerche sempre più avanzate, tenendo conto che in una reazione ossidativa, gli elettroni guadagnati dal substrato vengono solitamente trasferiti ad accettori di elettroni, come l’ossigeno molecolare, l’interesse degli scienziati si è rivolto alle celle a combustibile microbiologiche che sono dispositivi in grado di generare elettricità sfruttando l’attività metabolica dei microrganismi. Ciò è stato realizzato tramite una conversione ossidativa enzimatica sull’anodo che può essere combinata con la riduzione dell’ossigeno sul catodo per generare elettricità.

È stata quindi realizzata l’ossidazione elettrochimica dell’acido d -galatturonico e la produzione di acido meso -galattarico mediante un elettrodo modificato dalla glucosio deidrogenasi pirrolochinolina chinone-dipendente.

Usi

A causa della presenza di gruppi -OH e di due gruppi carbossilici, gli acidi aldarici possono essere utilizzati come prodotti chimici di base per sintetizzare agenti chelanti, strutture metallo-organiche, macromolecole, medicinali, idrogel reticolati, poliammidi, polimeri di coordinazione e come trasportatori durante il processo di somministrazione del farmaco.

Gli acidi aldarici possono essere utilizzati come monomeri per la produzione di polimeri biodegradabili, condensati, non tossici e idrofili rispetto ai polimeri costituiti da prodotti petrolchimici. La deidrossilazione catalitica degli acidi aldarici viene ampiamente studiata per la produzione di acido adipico sempre più richiesto dall’industria per le sue applicazioni.

Esso contiene infatti due gruppi funzionali e può essere utilizzato nelle reazioni di polimerizzazione per policondensazione e, in particolare, nella sintesi di poliammidi ottenute per policondensazione di una diammina e di un acido bicarbossilico. In particolare il nylon 6,6 è ottenuto dalla policondensazione della esametilendiammina e dell’acido adipico.