Sweet catrame #LegaNerd

Fame di risultati…


Constantin Fahlberg era nel suo laboratorio ed aveva fame. Stava da tempo lavorando ad un progetto sui composti derivati dal catrame al Johns Hopkins University senza risultati d’interesse e si era trattenuto oltre modo in laboratorio, la fame era tanta e lui non resistette e addentò il suo panino senza lavarsi le mani… il panino era dolce, troppo dolce! Inspiegabilmente dolce! Un po’ confuso si lavò la bocca per paura di aver ingerito qualcosa di “strano”, si asciugò i baffi con il suo fazzoletto e… un gusto ancora più dolce gli riempì la bocca. Incredulo si leccò i baffi e la loro dolcezza era sconvolgente. Rapidamente tornò al suo banco di laboratorio ed incautamente, ma fortunatamente, assaggiò tutti i prodotti delle sue ricerche… non morì (cioè morì…ma molto dopo), non si sentì male, anzi trovò che uno dei becker era pieno di una sostanza dolcissima. Era la sera del 27 febbraio 1878.
…ho un po’ romanzato, ma la sostanza è questa.

Dal casuale alla scoperta


Dopo molti studi, prove, sintesi e incauti assaggi, Constantin separò la sostanza e la analizzò, il suo nome è IUPAC 1,1-diosso-1,2-benzotiazol-3-one-1,2-benzenisotiazolin-3-one-1,1-diossido, nome comune sulfimide benzoica, o come la chiamò lui saccarina, nome con cui è ancora adesso famosa.
Quando pubblicò i risultati dei suoi studi (1879-80), in collaborazione con il professor Ira Remsen per cui lavorava all’Università, la comunità scientifica non diede peso alla scoperta e “derise” il Dott. Fahlberg (almeno noi diamogli un po’ di dignità), che però brevettò il prodotto ed il metodo per produrlo (1884). Quando il mondo dell’industria venne a conoscenza di questa molecola, nessuno lo prese più in giro… la saccarina divenne molto popolare durante la prima guerra mondiale (a causa del razionamento dello zucchero) e successivamente come dolcificante per diabetici e per le diete ipocaloriche (non viene metabolizzata dall’organismo quindi non altera il valore di insulina nel sangue, né apporta nuove calorie). Tra i primi grandi produttori vi era la Monsanto (azienda nota anche per il processo Monsanto per la produzione di acido acetico, per la produzione di acido salicilico, acido acetilsalicilico/aspirina e gomme) che la produceva esclusivamente per una piccola azienda di Atlanta, Georgia, che però da lì a poco avrebbe fatto il botto, la Coca Cola.

Sintesi


Diverse sono le vie di sintesi di questa molecola, quella “originale” (processo Remse-Fahlberg) prevedeva una solfonazione del toluene che porta ad una miscela di acidi p- e o-toluensolfonici, da questi si ottengono i corrispondenti solfocloruri per reazione con il pentacloruro di fosforo. L’isomero orto, liquido, si separa dall’isomero para, solido, e mediante reazione con ammoniaca lo si trasforma in ammide, dalla quale, per ossidazione con permanganato di potassio a 35 °C, si ottiene acido o-solfammidobenzoico; questo, infine, per riscaldamento perde una molecola di acqua e si trasforma in saccarina (nell’immagine seguente trovate un processo leggermente semplificato, ma equivalente).


Il secondo processo (reazione di Maumee, 1950) prevede di ottenere la saccarina partendo dall’acido antranilico attraverso la reazione prima con acido cloridrico e nitrito di sodio e poi con anidride solforosa, cloro e ammoniaca seguiti da chiusura del ciclo con acido (normalmente nitroso). Quest’ultima sintesi è tuttora quella più utilizzata.

La saccarina, “zucchero” sintetico


300-500 volte (…c’è un po’ di discordia su questo) più dolce del saccarosio (lo zucchero comune), la saccarina (additivo alimentare E954) è il primo dolcificante sintetico della storia. Dalla sua prima commercializzazione è arrivata a noi ed è ancora venduta e industrialmente usata nonostante periodi in cui era accusata di essere dannosa per l’organismo o addirittura carcinogena. Il costo di produzione è molto competitivo respetto allo zucchero per l’eccezionale rapporto potere dolcificante/prezzo; quindi è possibile trovarla in ogni sorta di bevanda e prodotti dietetici o per diabetici (bevande, succhi di frutta, chewing gum, gelatine, marmellate, salse e condimenti lavorati a base di frutta oppure nei dolcificanti in forma di tavolette, polveri o liquidi). Può essere inserita in pietanze sottoposte a cottura o lavorazione complesse a causa delle sua alta stabilità termica e l’ampio range di pH in cui non degrada. Presenta tuttavia un retrogusto amaro-metallico, specialmente ad elevate concentrazioni, ciò ha spinto ad una corsa verso altri dolcificanti sintetici. Proprio per questo suo inconveniente organolettico è spesso utilizzata in aggiunta ad alcuni altri edulcoranti per correggere i rispettivi difetti e superare eventuali restrizioni di legge (e.g., l’uso di alcuni dolcificanti è consentito solo entro certe percentuali nell’industria alimentare e farmaceutica).
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La saccarina e i suoi sali (commercialmente è disponibile in tre forme: acido saccarinico, saccarina di sodio e saccarina di calcio), come già accennato, non si decompongono in modo rilevabile in condizione relativamente estreme di pH e temperatura se non dopo un lungo periodo. Per rendere l’idea basti sapere che questo dolcificante rimane chimicamente stabile in tampone a pH da 3.3 a 8.0 per un’ora a 150°C e che solo in condizioni molto estreme si decompone in acido 2-sulfobenzoico e acido 2-sulfammoilbenzoico. La forma più usata è quella di sale sodico, a causa della maggiore stabilità e solubilità (500 volte superiore dell’acido a 20°C), più raramente si ricorre al sale di calcio, sopratutto da parte di chi segue una dieta povera di sodio.
Non essendo la saccarina metabolizzata dall’organismo umano, non sono riscontrabili prodotti derivanti dal suo metabolismo anche in tracce minime o comunque rilevabili con le moderne tecniche analitiche nell’organismo di chi l’ha assunta. Una volta ingerita viene velocemente assorbita (quasi al 90%) e come tale secreta con le urine senza essere metabolizzata; conseguentemente a quanto detto non influenza i livelli glicemici, non fornisce alcuna energia all’organismo né contribuisce all’insorgere della carie dentale.
La saccarina è stata oggetto di lunghi dibattiti: benché la quasi totalità degli studi disponibili ne dimostri la sicurezza alle dosi di consumo usuali, sono stati sollevati infatti molti dubbi circa la sua tossicità. Le controversie sono legate soprattutto ad alcune ricerche che hanno dimostrato la correlazione con il cancro alla vescica in ratti maschi trattati con dosi elevate di saccarina sodica. Tuttavia, numerosi studi estensivi successivi effettuati sull’uomo hanno dimostrato che non esiste alcuna correlazione tra cancro alla vescica e assunzione di saccarina (ai livelli di consumo usuali).
Nel 1977, sulla base degli studi condotti sui ratti, la FDA bandì la saccarina; questa posizione è stata successivamente rivista negli anni novanta dalle opportune commissioni mondiali per la tutela della sanità, per cui oggi la saccarina è stata pienamente riconsiderata tra i dolcificanti. Prudenza è spesso consigliata in gravidanza per la capacità di questa molecola di attraversare la placenta e per l’assenza di una soddisfacente quantità di studi dei possibili effetti sullo sviluppo del feto.

Questo ennesimo caso di serendipità nella storia della scienza ha dato vita ad un intera branca industriale, quella degli edulcoranti di sintesi. Alla saccarina seguirono altre molecole come Acesulfame K, Aspartame, Sucralosio, Maltitolo, Isomalto, Ciclamato, ecc. che non solo hanno un ruolo fondamentale nella diete di carattere “estetico”, ma sono protagoniste dell’alimentazione di persone che per motivi patologici non possono assumere zuccheri e che sarebbero altrimenti costretti a privarsi del gusto dolce. La vita è già così amara…

Riferimenti


-G.T.Bryan, E.Ertürk, O.Yoshida; Production of urinary bladder carcinomas in mice by
sodium saccharin
; Science 168 pp1238-1240 (1970)
-J.M.Price, C.G.Biava, B.L.Oser, E.E.Vogin, J.Steinfeld, H.L. Ley; Bladder tumors in rats
fed cyclohexylamine or high doses of a mixture of cyclamate and saccharin
; Science 167 pp1131-1132 (1970)
-I. Remsen & C. Fahlberg; On the oxidation of orthotoluenesulphamide American Chemical Journal, vol. 1 pp 426-439 (1880)
-Walter Guild Jr. Theory of sweet taste J. Chem. Educ. 49 (3), p 171 (1972)
-S.C.Eggers, T.E. Acree, R.S. Shallenberger; Sweetness chemoreception theory and sweetness transduction; Food Chemistry 68 (2000) 45±49
-Fahlberg Constantin-Saccharin
-constantin-fahlberg
-il gusto dolce: meccanismi e molecole
-Sweetness (wikipedia eng)
-le forze intermolecolari
-Comparison of Relative Sweetness to Molecular Properties of Artificial and Natural Sweetners

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