ФУМАРОВА КИСЕЛИНА: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ И РИСКОВЕ - ХИМИЯ - 2025

На фумарова киселина или слаб transbutenodioico дикарбоксилна киселина участва в цикъла на ТСА (или цикъл на трикарбоксилови киселини) и цикъла на уреята. Неговата молекулна структура е HOOCCH = CHCOOH, чиято кондензирана молекулна формула е C ₄ H ₄ O ₄. Солите и естерите на фумаровата киселина се наричат ​​фумарати.

Произвежда се в цикъла на Кребс от сукцинат, който се окислява до фумарат чрез действието на ензима сукцинат дехидрогеназа, използвайки FAD (Flavin Adenil Dinucleotide) като коензим. Докато FAD е намален до FADH ₂. Впоследствие фумаратът се хидратира до L-малат под действието на ензима фумараза.

Източник: От Ben Mills, от Wikimedia Commons

В цикъла на карбамида аргиносукцинатът се превръща в фумарат чрез действието на ензима аргиносукцинатна лиаза. Фумаратът се превръща в малат чрез цитозолна фумараза.

Фумаровата киселина може да бъде получена от глюкоза в процес, медииран от гъбата Rhizopus nigricans. Фумаровата киселина може да бъде получена и чрез калоричната изомеризация на малеиновата киселина. Той може да се синтезира и чрез окислението на фурфурал с натриев хлорат в присъствието на ванадиев пентоксид.

Фумаровата киселина има много приложения; като хранителна добавка, производство на смоли и при лечение на някои заболявания, като псориазис и множествена склероза. Това обаче представлява леки рискове за здравето, които трябва да бъдат взети предвид.

Химическа структура

Горното изображение илюстрира молекулната структура на фумаровата киселина. Черните сфери съответстват на въглеродните атоми, които изграждат хидрофобния му скелет, докато червените сфери принадлежат към двете карбоксилни групи COOH. По този начин и двете COOH групи са разделени само от два въглерода, свързани с двойна връзка, С = С.

Структурата на фумаровата киселина може да се каже, че има линейна геометрия. Това е така, защото всички атоми на карбонатния му скелет имат sp ² хибридизация и следователно лежат в една и съща равнина в допълнение към двата централни водородни атома (двете бели сфери, едната обърната нагоре, а другата обърната надолу).

Единствените два атома, които стърчат от тази равнина (и с няколко стръмни ъгли), са двата кисели протона на COOH групите (белите сфери отстрани). Когато фумаровата киселина е напълно депротонирана, тя придобива два отрицателни заряда, които резонират в краищата й, като по този начин се превръща в двуосновен анион.

Геометрична изомерия

Структурата на фумаровата киселина има транс (или Е) изомерия. Това се намира в относителните пространствени позиции на заместителите на двойната връзка. Двата малки водородни атома сочат в противоположни посоки, както и двете COOH групи.

Това дава на фумаровата киселина „зигзаг“ скелет. Докато за другия си геометричен изомер, цис (или Z), който не е нищо повече от малеинова киселина, той има извит скелет във формата на "С". Тази кривина е резултат от челната среща на двете COOH групи и двете H в една и съща ориентация:

Източник: От Ninomy, от Wikimedia Commons

Физични и химични свойства

Молекулярна формула

C ₄ H ₄ O ₄.

Молекулно тегло

116.072 g / mol.

Външен вид

Безцветно кристално твърдо вещество. Кристалите са моноклинични, игловидни.

Бял кристален прах или гранули.

миризма

Тоалетна.

вкус

Цитрусов плод.

Точка на кипене

329 ° F при налягане от 1,7 mmmHg (522 ° C). Сублимира при 200 ° C (392 ° F) и се разлага при 287 ° C.

Точка на топене

(287 ° C) от 572 ° F до 576 ° F.

Точка на светкавица

273º C (отворено стъкло). 230º C (затворено стъкло).

Разтворимост във вода

7000 mg / l при 25 ° C.

Разтворимост в други течности

-Разтворим в етанол и в концентрирана сярна киселина. С етанола той може да образува водородни връзки и за разлика от водните молекули, тези на етанола взаимодействат с по-голям афинитет с органичния скелет на неговата структура.

-Тако разтворим в етилов естер и ацетон.

плътност

1635 g / cm ³ при 68 ° F. 1635 g / cm ³ при 20 ° C.

Парно налягане

1,54 x 10 ^-4 mmHg при 25 ° C.

стабилност

Той е стабилен, въпреки че се разгражда от аеробни и анаеробни микроорганизми.

Когато фумаровата киселина се нагрява в затворен съд с вода между 150ºC и 170ºC, се образува DL-ябълчена киселина.

самозапалване

1634 ° F (375 ° C).

Топлина на горене

2760 cal / g.

рН

3.0-3.2 (0,05% разтвор при 25 ° С). Тази стойност зависи от степента на дисоциация на двата протона, тъй като е дикарбоксилна киселина и следователно дипротична.

разлагане

Разлага се при нагряване, произвеждайки корозивен газ. Реагира бурно със силни окислители, създавайки запалими и токсични газове, които могат да причинят пожар и дори експлозии.

При частично изгаряне фумаровата киселина се превръща в дразнещия малеинов анхидрид.

Приложения

В храната

-Използва се като киселинен агент в храната, изпълнявайки регулаторна функция на киселинността. За тази цел може да замести и винена киселина и лимонена киселина. В допълнение, той се използва като консервант за храна.

-В хранителната промишленост фумаровата киселина се използва като кисело средство, прилага се към безалкохолни напитки, вина от западния стил, студени напитки, концентрати от плодови сокове, консервирани плодове, кисели краставички, сладоледи и безалкохолни напитки.

-Фумаровата киселина се използва в ежедневните напитки, като шоколадово мляко, яйченnog, какао и кондензирано мляко. Фумаровата киселина се добавя и към сиренето, включително платени сирена и заместители на сиренето.

-Десерти като пудинг, ароматизирано кисело мляко и сорбета могат да съдържат фумарова киселина. Тази киселина може да запази яйца и десерти на базата на яйца като крем.

Допълнителни приложения в хранително-вкусовата промишленост

-Фумаровата киселина помага за стабилизиране и ароматизиране на храната. Беконът и консервираните храни също имат това съединение.

-Употребата му в комбинация с бензоати и борна киселина е полезна срещу разграждането на месо, риба и миди.

-Той има антиоксидантни свойства, поради което се използва при консервирането на масло, сирена и мляко на прах.

-Той улеснява боравенето с брашното тесто, което позволява да се работи по-лесно.

-Успешно се използва в диетата на прасета по отношение на наддаване на тегло, подобряване на храносмилателната дейност и намаляване на патогенните бактерии в храносмилателната система.

При производството на смоли

-Фумаровата киселина се използва при производството на ненаситени полиестерни смоли. Тази смола има отлична устойчивост на химическа корозия и устойчивост на топлина. Освен това се използва при производството на алкидни смоли, фенолни смоли и еластомери (каучуци).

-Сполимерът от фумарова киселина и винилацетат е форма на висококачествено лепило. Съполимерът на фумаровата киселина със стирен е суровина при производството на стъклени влакна.

-Използва се за производството на многоатомни алкохоли и като мочалка от оцветители.

В медицината

-Натриевият фумарат може да реагира с железен сулфат, за да образува желязо фумарат гел, с произход на лекарството с името Fersamal. Това се използва и при лечението на анемия при деца.

-Диметилфумаратният естер се използва при лечението на множествена склероза, като по този начин води до намаляване на прогресията на инвалидността.

-Различни естери на фумарова киселина са използвани при лечението на псориазис. Съединенията на фумаровата киселина биха упражнили терапевтичното си действие чрез имуномодулиращия си и имуносупресивен капацитет.

-Растението Fumaria officinalis естествено съдържа фумарова киселина и се използва от десетилетия при лечението на псориазис.

При пациенти, лекувани с фумарова киселина за псориазис, са наблюдавани бъбречна недостатъчност, нарушена функция на черния дроб, стомашно-чревни ефекти и зачервяване. Разстройството е диагностицирано като остра тубуларна некрозия.

Експерименти с това съединение

-В експеримент, проведен при хора, на които са давали 8 mg фумарова киселина на ден в продължение на една година, никой от участниците не е показал увреждане на черния дроб.

-Фумаровата киселина се използва за инхибиране на индуцирани от тиоцетамид тумори на черния дроб при мишки.

-Използва се при мишки, лекувани с митомицин С. Това лекарство причинява чернодробни аномалии, състоящи се от различни цитологични промени, като перинуклеарна нередност, агрегация на хроматин и анормални цитоплазмени органели. Също така фумаровата киселина намалява честотата на тези промени.

-В експерименти с плъхове фумаровата киселина показва инхибиторен капацитет за развитие на езофагеален папилом, мозъчен глиом и мезенхимни тумори на бъбрека.

-Има експерименти, които показват обратен ефект на фумаровата киселина по отношение на раковите тумори. Наскоро той е идентифициран като онкометаболит или ендогенен метаболит, способен да причини рак. Има високи нива на фумарова киселина в тумори и в течността около тумора.

Рискове

-При контакт с очите, фумаровата киселина на прах може да предизвика дразнене, проявяващо се със зачервяване, сълзене и болка.

-При контакт с кожата може да предизвика дразнене и зачервяване.

-Неговото вдишване може да раздразни лигавицата на носните проходи, ларинкса и гърлото. Той също може да причини кашлица или задух.

-От друга страна, фумаровата киселина не показва токсичност при поглъщане.

Препратки

1. Стивън А. Хардингер. (2017). Илюстриран речник на органичната химия: фумарова киселина. Взето от: chem.ucla.edu
2. Transmerquim Group. (Август 2014 г.). Фумарова киселина., Взета от: gtm.net
3. Wikipedia. (2018). Фумарова киселина. Взета от: en.wikipedia.org/wiki/Fumaric_acid
4. PubChem. (2018). Фумарова киселина. Взета от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Кралско химическо дружество. (2015). Фумарова киселина. Взета от: chemspider.com
6. ChemicalBook. (2017). Фумарова киселина. Взета от: chemicalbook.com