KYSELINA FUMAROVÁ: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, POUŽITIE A RIZIKÁ - CHÉMIA - 2025

Kyselina fumárová alebo slabá kyselina transbutenodioico dikarboxylovej podieľajú na cyklu TCA (alebo cyklus trikarboxylových kyselín) a močoviny. Jeho molekulárna štruktúra je HOOCCH = CHCOOH, ktorého kondenzovaná molekulárnej vzorec je C ₄ H ₄ O ₄ . Soli a estery kyseliny fumárovej sa nazývajú fumaráty.

Vyrába sa v Krebsovom cykle zo sukcinátu, ktorý sa oxiduje na fumarát pôsobením enzýmu sukcinátdehydrogenázy, pričom sa ako koenzým používa FAD (Flavin Adenil dinukleotid). Kým FAD je znížená na FADH ₂ . Následne sa fumarát hydratuje na L-malát pôsobením enzýmu fumarázy.

Zdroj: Ben Mills z Wikimedia Commons

V cykle močoviny sa arginosukcinát premení na fumarát pôsobením enzýmu arginosukcinát lyázy. Fumarát sa premieňa na malát cytosolickou fumarázou.

Kyselina fumarová sa môže vyrábať z glukózy v procese sprostredkovanom hubou Rhizopus nigricans. Kyselinu fumárovú je možné získať aj kalorickou izomerizáciou kyseliny maleínovej. Môže sa tiež syntetizovať oxidáciou furfuralu chlorečnanom sodným v prítomnosti oxidu vanadičného.

Kyselina fumarová má mnoho použití; ako potravinárska prídavná látka, výroba živice a pri liečení niektorých chorôb, ako je psoriáza a roztrúsená skleróza. Predstavuje však mierne zdravotné riziká, ktoré je potrebné zohľadniť.

Chemická štruktúra

Horný obrázok znázorňuje molekulárnu štruktúru kyseliny fumárovej. Čierne gule zodpovedajú atómom uhlíka, ktoré tvoria jej hydrofóbny skelet, zatiaľ čo červené gule patria do dvoch karboxylových skupín COOH. Obidve skupiny COOH sú teda oddelené iba dvoma atómami uhlíka spojenými dvojitou väzbou, C = C.

Možno povedať, že štruktúra kyseliny fumárovej má lineárnu geometriu. To je preto, že všetky atómy jeho uhličitan skeletu sp ² hybridizácie , a teda spočívať v rovnakej rovine, vedľa dvoch centrálnych atómov vodíka (obe bielej gule, jeden hore a druhý dole ).

Jediné dva atómy, ktoré vyčnievajú z tejto roviny (as malými strmými uhlami), sú dva kyslé protóny skupín COOH (biele gule na stranách). Keď je kyselina fumarová úplne deprotonovaná, získava dva záporné náboje, ktoré rezonujú na jej koncoch, čím sa stáva dibázickým aniónom.

Geometrická izoméria

Štruktúra kyseliny fumárovej má trans (alebo E) izomériu. To spočíva v relatívnych priestorových polohách substituentov dvojitej väzby. Dva malé atómy vodíka smerujú opačným smerom ako dve COOH skupiny.

To dáva kyseline fumárovej kostru „kľukatú“. Zatiaľ čo pre svoj ďalší geometrický izomér cis (alebo Z), ktorý nie je nič viac ako kyselina maleínová, má zakrivenú kostru v tvare písmena „C“. Toto zakrivenie je výsledkom čelného stretnutia dvoch skupín COOH a dvoch H v rovnakých orientáciách:

Zdroj: Ninomy z Wikimedia Commons

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Molekulárny vzorec

C ₄ H ₄ O ₄ .

Molekulová hmotnosť

116,072 g / mol.

Fyzický vzhľad

Bezfarebná kryštalická tuhá látka. Kryštály sú monoklinické, ihlové.

Biely kryštalický prášok alebo granuly.

vône

Toaleta, WC.

príchuť

Citrusové ovocie.

Bod varu

329 ° F pri tlaku 1,7 mmmHg (522 ° C). Sublimuje pri 200 oC (392 oF) a rozkladá sa pri 287 oC.

Bod topenia

Teplota topenia: 287 ° C.

Bod vzplanutia

273 ° C (otvorené sklo). 230 ° C (zatvorené sklo).

Rozpustnosť vo vode

7 000 mg / l pri 25 ° C

Rozpustnosť v iných tekutinách

- Rozpustný v etanole a v koncentrovanej kyseline sírovej. S etanolom môže tvoriť vodíkové väzby a na rozdiel od molekúl vody interakcie s etanolom interagujú s väčšou afinitou k organickému skeletu jeho štruktúry.

- Slabá rozpustnosť v etylesteri a acetóne.

Hustota

1635 g / cm ³ pri 68º C 1.635 g / cm ³ pri 20 ° C

Tlak vodnej pary

1,54 x ^10-4 mmHg pri 25 ° C

stabilita

Je stabilný, aj keď je odbúrateľný aeróbnymi a anaeróbnymi mikroorganizmami.

Ak sa kyselina fumarová zahrieva v uzavretej nádobe s vodou medzi 150 ° C a 170 ° C, vytvára sa kyselina DL-jablčná.

samovznietenia

376 ° C.

Spaľovacie teplo

2760 cal / g.

pH

3,0 - 3,2 (0,05% roztok pri 25 ° C). Táto hodnota závisí od stupňa disociácie dvoch protónov, pretože je to dikarboxylová kyselina, a preto diprotická.

rozklad

Rozkladá sa pri zahrievaní a vytvára korozívny plyn. Prudko reaguje so silnými oxidantmi a vytvára horľavé a toxické plyny, ktoré by mohli spôsobiť požiar alebo dokonca výbuchy.

Pri čiastočnom spálení sa kyselina fumarová premieňa na dráždivý anhydrid kyseliny maleínovej.

aplikácia

V potrave

-Používa sa ako okysľovadlo v potravinách a plní regulačnú funkciu kyslosti. Na tento účel môže tiež nahradiť kyselinu vínnu a kyselinu citrónovú. Okrem toho sa používa ako konzervačné činidlo.

- V potravinárskom priemysle sa kyselina fumarová používa ako kyslá látka, ktorá sa používa na nealkoholické nápoje, vína západného štýlu, studené nápoje, koncentráty ovocných štiav, konzervované ovocie, nakladané ovocie, zmrzliny a nealkoholické nápoje.

- Kyselina fumárová sa používa v denných nápojoch, ako je čokoládové mlieko, vaječný likér, kakao a kondenzované mlieko. K syru sa tiež pridáva kyselina fumarová vrátane spracovaných syrov a náhrad syra.

- Dezerty ako puding, ochutený jogurt a sorbety môžu obsahovať kyselinu fumárovú. Táto kyselina môže konzervovať vajcia a vaječné dezerty, ako je puding.

Ďalšie použitia v potravinárskom priemysle

- Kyselina fumárová pomáha stabilizovať a ochutiť jedlo. Pridala sa táto slanina a konzervované potraviny.

- Použitie v kombinácii s benzoátmi a kyselinou boritou je užitočné proti degradácii mäsa, rýb a mäkkýšov.

- Má antioxidačné vlastnosti, a preto sa používa na konzerváciu masla, syrov a sušeného mlieka.

- Uľahčuje manipuláciu s cestom z múky a umožňuje ľahšie spracovanie.

- Úspešne sa používa v potrave ošípaných, pokiaľ ide o prírastok na hmotnosti, zlepšenie tráviacej aktivity a zníženie patogénnych baktérií v tráviacom systéme.

Pri výrobe živíc

- Kyselina fumárová sa používa na výrobu nenasýtených polyesterových živíc. Táto živica má vynikajúcu odolnosť proti chemickej korózii a tepelnej odolnosti. Okrem toho sa používa pri výrobe alkydových živíc, fenolových živíc a elastomérov (kaučukov).

- Kopolymér kyseliny fumárovej a vinylacetátu je forma vysoko kvalitného lepidla. Kopolymér kyseliny fumárovej so styrénom je surovina pri výrobe sklenených vlákien.

- Používa sa na výrobu viacsýtnych alkoholov a ako moridlo farbív.

V medicíne

- Fumarát sodný môže reagovať so síranom železnatým za vzniku gélu fumarátu železa, pričom vzniká liečivo s názvom Fersamal. Používa sa tiež pri liečbe anémie u detí.

-Dimetylfumarátový ester sa používa na liečenie roztrúsenej sklerózy, čím dochádza k zníženiu progresie postihnutia.

- Na liečbu psoriázy sa používali rôzne estery kyseliny fumárovej. Zlúčeniny kyseliny fumárovej by mali terapeutický účinok prostredníctvom svojej imunomodulačnej a imunosupresívnej kapacity.

- Rastlina Fumaria officinalis prirodzene obsahuje kyselinu fumárovú a už desaťročia sa používa na liečbu psoriázy.

U pacientov liečených kyselinou fumarovou na psoriázu sa však pozorovalo zlyhanie obličiek, zhoršená funkcia pečene, gastrointestinálne účinky a návaly horúčavy. Porucha bola diagnostikovaná ako akútna tubulárna nekróza.

Experimenty s touto zlúčeninou

- V experimente uskutočnenom na ľuďoch, ktorým sa podávalo 8 mg kyseliny fumárovej / deň po dobu jedného roka, žiadny z účastníkov nevykazoval poškodenie pečene.

- Kyselina fumárová sa používa na inhibíciu nádorov pečene indukovaných tiocetamidom u myší.

-Používa sa u myší liečených mitomycínom C. Tento liek spôsobuje abnormality pečene, ktoré pozostávajú z rôznych cytologických zmien, ako sú perinukleárna nepravidelnosť, agregácia chromatínu a abnormálne cytoplazmatické organely. Kyselina fumarová tiež znižuje výskyt týchto zmien.

- V experimentoch s potkanmi preukázala kyselina fumarová inhibičnú schopnosť pre vývoj ezofageálneho papillomu, mozgového gliómu a mezenchymálnych nádorov obličiek.

- Existujú experimenty, ktoré ukazujú opačný účinok kyseliny fumárovej v porovnaní s rakovinovými nádormi. Nedávno bol identifikovaný ako oncometabolit alebo endogénny metabolit schopný spôsobiť rakovinu. V nádoroch a v tekutine okolo nádoru sú vysoké hladiny kyseliny fumárovej.

riziká

- Pri kontakte s očami môže prášok kyseliny fumárovej spôsobiť podráždenie, ktoré sa prejavuje začervenaním, sĺzaním a bolesťou.

- Pri kontakte s pokožkou môže spôsobiť podráždenie a začervenanie.

-Vdýchnutie môže dráždiť sliznicu nosných ciest, hrtanu a hrdla. Môže tiež spôsobiť kašeľ alebo dýchavičnosť.

- Na druhú stranu, kyselina fumarová nevykazuje toxicitu pri požití.

Referencie

1. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrovaný glosár organickej chémie: Kyselina fumárová. Prevzaté z: chem.ucla.edu
2. Transmerquim Group. (August 2014). Kyselina fumarová. , Prevzaté z: gtm.net
3. Wikipedia. (2018). Kyselina fumarová. Prevzaté z: en.wikipedia.org/wiki/Fumaric_acid
4. PubChem. (2018). Kyselina fumarová. Prevzaté z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Kráľovská spoločnosť chémie. (2015). Kyselina fumarová. Prevzaté z: chemspider.com
6. ChemicalBook. (2017). Kyselina fumarová. Prevzaté z: chemicalbook.com