BETAINE
BETAINE
. Col nome di betaina Scheibler designò una sostanza basica della formula C5H11NO2 che isolò nel 1866 dalle melasse di barbabietola (Beta vulgaris). Pochi anni dopo fu constatata la sua identita con l'ossineurina che Liebreich aveva ottenuta per ossidazione della colina (o bilineurina) e con la sostanza che si può ottenere per sintesi partendo dall'acido mono-cloro-acetico e trimetilammina. Il cloruro ammonico quaternario (formula I) che si forma quando queste due sostanze reagiscono insieme
per azione dell'ossido d'argento umido si trasforma nell'idrato ammonico corrispondente (formula II): ma in questo idrato l'ossidrile basico del gruppo ammonico quaternario salifica il carbossile con eliminazione di acqua e si forma un sale interno (formula III) che è appunto la betaina:
Nella sua forma idrata la betaina è dunque l'acido corrispondente alla colina (formula IV) la quale ha funzione di alcool primario
La betaina fu preparata più tardi in altri modi, p. es., metilando la glicocolla con ioduro di metile e potassa (Griess)
La betaina è una sostanza cristallina bianca solubilissima nell'acqua: si combina facilmente con gli acidi per formare sali, fra i quali sono caratteristici quelli con l'acido picrico, l'acido cloroplatinico, l'acido cloroaurico, ecc.: essa reagisce anche con altri reattivi generali degli alcaloidi. Riscaldata con idrato sodico si decompone svolgendo trimetilammina. È molto stabile all'azione degli acidi: si può perfino riscaldare con acido solforico concentrato o con acqua regia senza che si alteri. È anche fisiologicamente indifferente: ingerita da un organismo umano o da altri animali viene eliminata inalterata.
La betaina è assai diffusa nel regno vegetale e animale: oltre che nelle barbabietole si ritrova in quantità maggiore o minore in molte altre piante ed anche in alcuni animali. Questa sua grande diffusione ha fatto molto discutere sul suo significato fisiologico: si pensò che essa provenisse dall'ossidazione della colina contenuta nei lipoidi presenti negli organismi animali e vegetali, oppure che fosse la sostanza madre da cui si forma nelle piante la colina: si suppose anche l'esistenza in natura di sostanze fosforate simili alle lecitine, nella composizione delle quali entrasse la betaina invece della colina. Oggi si considera la betaina contenuta nelle piante e negli animali come un prodotto di trasformazione della glicocolla, che è uno degli ammino-acidi costituenti delle sostanze proteiche vegetali e animali.
Sono note numerose altre sostanze ricavate dal regno vegetale e animale le quali (come la betaina delle barbabietole è il sale interno dell'idrato ammonico quaternario corrispondente alla glicocolla) sono sali interni di idrati ammonici quaternarî corrispondenti tutti ad altri ammino-acidi che sono costituenti delle sostanze proteiche: sono tutte indicate col nome generale di betaine.
Fra queste sono da rammentarsi la stachidrina (formula VI) corrispondente alla prolina (formula V) contenuta nella Stachys tuberifera e in altre piante
la betonicina e la turicina che sono stereoisomere (formula VIII) corrispondenti alla ossi-prolina (formula VII) ricavate dalla Betonica officinalis:
la erzinina (formula X) contenuta nell'Agaricus campestris e nel Boletus edulis, nonché un composto solforato ad essa analogo, la ergotionina (formula XI) ricavata dalla segale cornuta, le quali corrispondono alla istidina (formula IX)
la ipaforina (formula XIII) della Erythrina hypaphorus, corrispondente al triptofano (formula XII)
Queste sostanze naturali presentano, come la betaina, le reazioni generali degli alcaloidi e sono da considerarsi come gli alcaloidi naturali più semplici (proto-alcaloidi) provenienti tutti dalla metilazione degli ammino-acidi che si formano per scissione della molecola proteica. Gli ammino-acidi che durante la vita delle piante si rendono liberi vengono così con la metilazione svelenati e trasformati in sostanze fisiologicamente inattive, come sono tutte le betaine.
È importante osservare che mentre la glicocolla, la prolina, la istidina e il triptofano, quando sono trattati con ioduro di metile e potassa dànno le corrispondenti betaine, che si ritrovano in natura, altri degli ammino-acidi che sono costituenti delle sostanze proteiche, quando sono trattati con gli stessi reagenti, non dànno le betaine corrispondenti, ma, eliminando trimetilammina dalle betaine instabili di cui si deve ammettere la formazione in un primo tempo, si trasformano in acidi non saturi. Per es. dall'acido aspartico Körner e Menozzi ottennero acido fumarico:
dalla tirosina si forma analogamente acido p-ossi-cinnamico
In corrispondenza a questo diverso modo di reagire con i mezzi metilanti, si ritrovano in natura soltanto le betaine corrispondenti a quegli ammino-acidi che sono capaci di trasformarsi in betaine stabili, mentre si ritrovano nel regno vegetale gli acidi non saturi corrispondenti agli ammino-acidi che dànno betaine instabili.
L'acido fumarico che si ritrova nelle piante del genere Fumarìa e in altri vegetali, proviene probabilmente dall'acido aspartico che si libera dalle sostanze proteiche delle piante stesse e che, passando per la betaina instabile, viene trasformato in acido fumarico. In modo analogo provengono probabilmente dalla fenilalanina e dalla tirosina delle sostanze proteiche l'acido cinnamico e l'acido p-ossicinnamico che si ritrovano in diverse piante, in resine, balsami, ecc.
Le betaine suddette sono tutte α-betaine cioè contenenti un gruppo ammonico quaternario in posizione α rispetto al carbossile, ma si conoscono anche β, γ-betaine nelle quali il gruppo ammonico quaternario occupa la posizione β o γ rispetto al carbossile.
Anche alcune di queste si ritrovano in natura. La γ-butirrobetaina (formula XV) è stata ricavata dalla carne di cavallo putrefatta ed è contenuta nell'orina dei cani avvelenati con fosforo:
La carnitina che è un costituente normale dei muscoli dei mammiferi è probabilmente β-ossi-y-butirro-betaina (formula XVII)
Queste due y-betaine corrispondono agli acidi che nell'organismo animale prenderebbero origine per eliminazione di CO2 dall'acido glutammico (formula XIV) e dall'acido ossi-glutammico (formula XVI) che sono costituenti delle sostanze proteiche.
Alcuni alcaloidi vegetali hanno anch'essi una struttura di sali interni come quella delle betaine, p. es. la trigonellina, l'alcaloide contenuto nella Trigonella foenum graecum e in molte altre piante, è la metil-betaina (formula XIX) corrispondente all'acido nicotinico (formula XVIII)
Anche altri alcaloidi e alcune basi del gruppo delle ptomaine hanno probabilmente una struttura betainica.
Sono state preparate artificialmente molte altre sostanze che sono sali interni di costituzione analoga a quella della betaina: se ne conoscono alcune con radicali alchilici diversi, altre con radicali arilici, ed anche alcune contenenti fosforo o arsenico al posto dell'atomo di azoto.