Struktura kwasu fumarowego, właściwości, zastosowania i zagrożenia

The kwas fumarowy lub dwutlenek transbutylu jest słabym kwasem dikarboksylowym, który interweniuje w cyklu Krebsa (lub cyklu kwasu trikarboksylowego) iw cyklu mocznikowym. Jego struktura molekularna to HOOCCH = CHCOOH, której skondensowany wzór cząsteczkowy to C₄H₄O₄. Sole i estry kwasu fumarowego nazywane są fumaranami.

Jest wytwarzany w cyklu Krebsa z bursztynianu, który jest utleniany do fumaranu poprzez działanie dehydrogenazy bursztynianowej enzymu, przy użyciu FAD (Flavin Adenyl Dinucleotide) jako koenzymu. Podczas gdy FAD jest zredukowany do FADH₂. Następnie fumaran jest uwodniony do L-jabłczanu przez działanie enzymu fumarazy.

W cyklu mocznikowym arginozybursztynian przekształca się w fumaran przez działanie enzymu liazy arginobursztynianowej. Fumaran jest przekształcany w jabłczan przez cytosolową fumarazę.

Kwas Fumárico może być wytwarzany z glukozy w procesie, w którym pośredniczy grzyb Rhizopus nigricans. Kwas fumarowy można także otrzymać przez kaloryczną izomeryzację kwasu maleinowego. Może być również syntetyzowany przez utlenianie furfuralu chloranem sodu w obecności pięciotlenku wanadu.

Kwas fumarowy ma wiele zastosowań; jako dodatek do żywności, preparat żywiczny i do leczenia niektórych chorób, takich jak łuszczyca i stwardnienie rozsiane. Jednakże stwarza niewielkie ryzyko dla zdrowia, które należy rozważyć.

Indeks

• 1 Struktura chemiczna
  • 1.1 Izomeria geometryczna
• 2 Właściwości fizyczne i chemiczne
  • 2.1 Formuła molekularna
  • 2.2 Masa cząsteczkowa
  • 2.3 Wygląd fizyczny
  • 2.4 Zapach
  • 2.5 Smak
  • 2.6 Temperatura wrzenia
  • 2.7 Temperatura topnienia
  • 2.8 Punkt zapłonu
  • 2.9 Rozpuszczalność w wodzie
  • 2.10 Rozpuszczalność w innych cieczach
  • 2.11 Gęstość
  • 2.12 Ciśnienie pary
  • 2.13 Stabilność
  • 2.14 Samozapłon
  • 2.15 Ciepło spalania
  • 2,16 pH
  • 2.17 Rozkład
• 3 zastosowania
  • 3.1 W żywności
  • 3.2 Przy przygotowywaniu żywic
  • 3.3 W medycynie
• 4 Zagrożenia
• 5 referencji

Struktura chemiczna

Strukturę molekularną kwasu fumarowego przedstawiono na górnym obrazie. Czarne kule odpowiadają atomom węgla, które tworzą jego hydrofobowy szkielet, podczas gdy czerwone kule należą do dwóch grup karboksylowych COOH. Zatem obie grupy COOH są oddzielone tylko przez dwa atomy węgla połączone wiązaniem podwójnym, C = C.

Ze struktury kwasu fumarowego można powiedzieć, że ma geometrię liniową. Dzieje się tak, ponieważ wszystkie atomy szkieletu węglanowego mają hybrydyzację sp² i dlatego spoczywają na tej samej płaszczyźnie oprócz dwóch centralnych atomów wodoru (dwie białe kule, jedna w górę i druga w dół).

Jedyne dwa atomy, które wystają z tej płaszczyzny (i z kilkoma wyraźnymi kątami), to dwa kwasowe protony grup COOH (białe kule po bokach). Gdy kwas fumarowy jest całkowicie deprotonowany, otrzymuje dwa ładunki ujemne, które rezonują na jego końcach, stając się w ten sposób anionem dwuzasadowym.

Izometria geometryczna

Struktura kwasu fumarowego przedstawia izomerię trans (lub E). Znajduje się on we względnych położeniach przestrzennych podstawników podwójnego wiązania. Dwa małe atomy wodoru wskazują przeciwne kierunki, podobnie jak dwie grupy COOH.

Daje to kwas fumarowy „zygzakowaty” szkielet. Podczas gdy dla innego izomeru geometrycznego cis (lub Z), który jest niczym innym niż kwasem maleinowym, ma zakrzywiony szkielet o kształcie „C”. Ta krzywizna jest wynikiem przedniego spotkania dwóch grup COOH i dwóch H w tych samych orientacjach:

Właściwości fizyczne i chemiczne

Formuła molekularna

C₄H₄O₄.

Masa cząsteczkowa

116 072 g / mol.

Wygląd fizyczny

Bezbarwne krystaliczne ciało stałe. Kryształy są jednoskośne w kształcie igły.

Biały krystaliczny proszek lub granulki.

Zapach

Toaleta.

Smak

Owoce cytrusowe.

Temperatura wrzenia

329 ° F przy ciśnieniu 1,7 mmHg (522 ° C). Sublimować w temperaturze 200 ° C (392 ° F) i rozkładać w temperaturze 287 ° C.

Temperatura topnienia

572-576 ° F (287 ° C).

Temperatura zapłonu

273 ° C (otwarty kubek). 230º C (zamknięty zbiornik).

Rozpuszczalność w wodzie

7 000 mg / l w 25 ° C.

Rozpuszczalność w innych cieczach

-Rozpuszczalny w etanolu i stężonym kwasie siarkowym. Z etanolem może tworzyć wiązania wodorowe, aw przeciwieństwie do cząsteczek wody, etanol oddziałuje z większym powinowactwem z organicznym szkieletem jego struktury.

-Słabo rozpuszczalny w estrze etylowym i acetonie.

Gęstość

1,635 g / cm³ w 68 ° F. 1635 g / cm³ w 20 ° C.

Ciśnienie pary

1,54 x 10^-4 mmHg w 25 ° C.

Stabilność

Jest stabilny, chociaż ulega rozkładowi przez mikroorganizmy tlenowe i beztlenowe.

Gdy kwas fumarowy ogrzewa się w zamkniętym pojemniku z wodą w temperaturze od 150 ° C do 170 ° C, powstaje kwas DL-jabłkowy.

Samozapłon

1634 ° F (375 ° C).

Ciepło spalania

2760 cal / g.

pH

3,0-3,2 (0,05% roztwór w 25 ° C). Wartość ta zależy od stopnia dysocjacji dwóch protonów, ponieważ jest to kwas dikarboksylowy, a zatem diprotyczny.

Rozkład

Rozkłada się przez ogrzewanie, wytwarzając gaz powodujący korozję. Gwałtownie (W) wchodzi w reakcję z silnymi utleniaczami, powodując toksyczne i łatwopalne gazy, które mogą spowodować pożar, a nawet wybuchy.

Poddany częściowemu spalaniu kwas fumarowy staje się drażniącym bezwodnikiem maleinowym.

Używa

W jedzeniu

-Jest stosowany jako środek zakwaszający w żywności, spełniając regulującą funkcję kwasowości. W tym celu może również zastąpić kwas winowy i kwas cytrynowy. Ponadto jest stosowany jako środek konserwujący do żywności.

-W przemyśle spożywczym kwas fumarowy jest stosowany jako środek zakwaszający, stosowany do napojów bezalkoholowych, win zachodnich, zimnych napojów, koncentratów soków owocowych, owoców w puszkach, marynat, lodów i napojów bezalkoholowych..

-Kwas Fumárico jest stosowany w codziennych napojach, takich jak mleko czekoladowe, ajerkoniak, kakao i mleko skondensowane. Kwas fumarowy jest również dodawany do sera, w tym serów przetworzonych i substytutów sera..

-Desery takie jak budyń, jogurt smakowy i sorbety mogą zawierać kwas fumarowy. Ten kwas może konserwować jaja i desery oparte na jajkach takich jak krem.

Dodatkowe zastosowania w przemyśle spożywczym

-Kwas fumarowy pomaga stabilizować i smakować jedzenie. Boczek i konserwy również zawierają agregaty tego związku.

-Jego łączne stosowanie z benzoesanami i kwasem borowym jest przydatne przeciwko degradacji mięsa, ryb i owoców morza.

-Ma właściwości przeciwutleniające, dlatego został użyty do konserwacji masła, sera i mleka w proszku.

-Ułatwia obchodzenie się z ciastem z mąki, ułatwiając pracę.

-Z powodzeniem stosuje się go w diecie świń pod względem przyrostu masy ciała, poprawy aktywności trawiennej i zmniejszenia liczby bakterii chorobotwórczych w układzie pokarmowym.

W przygotowaniu żywic

-Kwas fumarowy jest stosowany do produkcji nienasyconych żywic poliestrowych. Ta żywica ma doskonałą odporność na korozję chemiczną i odporność na ciepło. Dodatkowo stosuje się go do produkcji żywic alkidowych, żywic fenolowych i elastomerów (gumy).

-Kopolimer kwasu fumarowego i octanu winylu jest wysokiej jakości klejem. Kopolimer kwasu fumarowego ze styrenem jest surowcem do produkcji włókien szklanych.

-Został wykorzystany do opracowania alkoholi wielowodorotlenowych i jako zaprawa barwnikowa.

W medycynie

-Fumaran sodu może reagować z siarczanem żelazawym, tworząc żel żelaza, pochodzący z leku o nazwie Fersamal. Jest to również stosowane w leczeniu niedokrwistości u dzieci.

-Ester dimetylofumaran był stosowany w leczeniu stwardnienia rozsianego, co powoduje zmniejszenie postępu niepełnosprawności.

-W leczeniu łuszczycy zastosowano kilka estrów kwasu fumarowego. Związki kwasu fumarowego wywierają swoje działanie terapeutyczne dzięki ich zdolności immunomodulacyjnej i immunosupresyjnej.

-Roślina Fumaria officinalis naturalnie zawiera kwas fumarowy i jest stosowana od dziesięcioleci w leczeniu łuszczycy.

Jednakże u pacjentów leczonych kwasem fumarowym w leczeniu łuszczycy obserwowano niewydolność nerek, zaburzenia czynności wątroby, objawy ze strony przewodu pokarmowego i uderzenia gorąca. Zaburzenie rozpoznano jako ostrą martwicę kanalików.

Eksperymenty z tym związkiem

-W eksperymencie przeprowadzonym na ludziach, którym przez jeden rok podawano 8 mg kwasu fumarowego / dzień, żaden z uczestników nie wykazał uszkodzenia wątroby.

-Kwas fumarowy zastosowano do hamowania guzów wątroby indukowanych tioacetamidem u myszy.

-Stosowano go u myszy leczonych mitomycyną C. Lek ten powoduje zmiany w wątrobie, które składają się z kilku zmian cytologicznych, takich jak nieregularność okołojądrowa, agregacja chromatyny i nieprawidłowe organelle cytoplazmatyczne. Podobnie kwas fumarowy zmniejsza częstość występowania tych zmian.

-W doświadczeniach ze szczurami kwas fumarowy wykazał zdolność hamowania rozwoju brodawczaka przełyku, glejaka mózgu i guzów mezenchymalnych nerek.

-Istnieją eksperymenty, które wykazują przeciwny efekt kwasu fumarowego w stosunku do guzów nowotworowych. Niedawno został zidentyfikowany jako oncometabolit lub endogenny metabolit zdolny do wywoływania raka. Istnieje wysoki poziom kwasu fumarowego w guzach i płynie otaczającym guz.

Ryzyko

-W kontakcie z oczami proszek kwasu fumarowego może powodować podrażnienie, objawiające się zaczerwienieniem, łzawieniem i bólem.

-W kontakcie ze skórą może powodować podrażnienie i zaczerwienienie.

-Jego wdychanie może podrażniać błonę śluzową nozdrzy, krtani i gardła. Może również powodować kaszel lub duszność.

-Z drugiej strony kwas fumarowy nie wykazuje toksyczności po spożyciu.

Referencje

1. Steven A. Hardinger (2017). Ilustrowany słownik chemii organicznej: kwas fumarowy. Zaczerpnięte z: chem.ucla.edu
2. Grupa Transmerquim. (Sierpień 2014). Kwas fumarowy. [PDF] Zrobiono z: gtm.net
3. Wikipedia. (2018). Kwas fumarowy Zrobiono z: en.wikipedia.org/wiki/Fumaric_acid
4. PubChem. (2018). Kwas fumarowy Zaczerpnięte z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Królewskie Towarzystwo Chemiczne. (2015). Kwas fumarowy Zaczerpnięte z: chemspider.com
6. ChemicalBook. (2017). Kwas fumarowy Zrobiono z: chemicalbook.com