KYSELINA FUMAROVÁ: STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ A RIZIKA - CHEMIE - 2025

Kyselina fumarová nebo slabá kyselina transbutenodioico dikarboxylové podílejí na cyklu TCA (nebo cyklus trikarboxylových kyselin) a močoviny. Jeho molekulární struktura je HOOCCH = CHCOOH, jehož kondenzovaná molekulární vzorec je C ₄ H ₄ O ₄. Soli a estery kyseliny fumarové se nazývají fumaráty.

Vyrábí se v Krebsově cyklu ze sukcinátu, který je oxidován na fumarát působením enzymu sukcinátdehydrogenázy, za použití FAD (Flavin Adenil dinukleotid) jako koenzymu. Zatímco FAD je snížena na FADH ₂. Následně se fumarát hydratuje na L-malát působením enzymu fumarázy.

Zdroj: Ben Mills, z Wikimedia Commons

V močovinovém cyklu je arginosukcinát přeměňován na fumarát působením enzymu arginosukcinát lyázy. Fumarát je přeměněn na malát cytosolickou fumarázou.

Kyselina fumarová může být vyrobena z glukózy v procesu zprostředkovaném houbou Rhizopus nigricans. Kyselinu fumarovou lze také získat kalorickou isomerizací kyseliny maleinové. Může být také syntetizován oxidací furfuralu chlorečnanem sodným v přítomnosti oxidu vanadičného.

Kyselina fumarová má mnoho použití; jako potravinářská přídatná látka, výroba pryskyřice a při léčbě některých nemocí, jako je psoriáza a roztroušená skleróza. Představuje však mírná zdravotní rizika, která je třeba vzít v úvahu.

Chemická struktura

Horní obrázek ilustruje molekulární strukturu kyseliny fumarové. Černé koule odpovídají atomům uhlíku, které tvoří její hydrofobní kostru, zatímco červené koule patří do dvou karboxylových skupin COOH. Obě skupiny COOH jsou tedy odděleny pouze dvěma atomy uhlíku spojenými dvojnou vazbou, C = C.

Lze říci, že struktura kyseliny fumarové má lineární geometrii. Je tomu tak proto, že všechny atomy jeho karbonátové kostry mají hybridizaci sp ^2, a proto zůstávají ve stejné rovině vedle dvou centrálních atomů vodíku (dvě bílé koule, jedna směřující nahoru a druhá směřující dolů).

Jediné dva atomy, které vyčnívají z této roviny (as několika strmými úhly), jsou dva kyselé protony skupin COOH (bílé koule na stranách). Když je kyselina fumarová úplně deprotonovaná, získává dva záporné náboje, které rezonují na jejích koncích, čímž se stává dibazickým aniontem.

Geometrický izomerismus

Struktura kyseliny fumarové má trans (nebo E) isomerismus. To spočívá v relativních prostorových polohách substituentů dvojné vazby. Dva malé atomy vodíku směřují opačným směrem, stejně jako dvě skupiny COOH.

To dává kyselině fumarové kostru „klikatá“. Zatímco pro svůj další geometrický izomer cis (nebo Z), který není ničím jiným než kyselinou maleinovou, má zakřivenou kostru ve tvaru „C“. Toto zakřivení je výsledkem čelního setkání dvou skupin COOH a dvou H ve stejných orientacích:

Zdroj: Ninomy, z Wikimedia Commons

Fyzikální a chemické vlastnosti

Molekulární vzorec

C ₄ H ₄ O ₄.

Molekulární váha

116,072 g / mol.

Fyzický vzhled

Bezbarvá krystalická pevná látka. Krystaly jsou monoklinické, jehlové.

Bílý krystalický prášek nebo granule.

Zápach

Toaleta.

Chuť

Citrusové ovoce.

Bod varu

329 ° F při tlaku 1,7 mmmHg (522 ° C). Sublimuje při 200 ° C a rozkládá se při 287 ° C.

Bod tání

572 ° F až 576 ° F (287 ° C).

Bod vzplanutí

273 ° C (otevřené sklo). 230 ° C (uzavřené sklo).

Rozpustnost ve vodě

7 000 mg / l při 25 ° C

Rozpustnost v jiných kapalinách

- Rozpustný v ethanolu a v koncentrované kyselině sírové. S ethanolem může tvořit vodíkové vazby a na rozdíl od molekul vody interakce s ethanolem interagují s větší afinitou k organickému skeletu jeho struktury.

- Slabá rozpustnost v ethylesteru a acetonu.

Hustota

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

Tlak páry

1,54 x ^10-4 mmHg při 25 ° C

Stabilita

Je stabilní, i když je rozložitelný aerobními a anaerobními mikroorganismy.

Když se kyselina fumarová zahřívá v uzavřené nádobě s vodou mezi 150 ° C a 170 ° C, vytvoří se kyselina DL-jablečná.

Autoignice

1,634 ° F (375 ° C).

Teplo spalování

2760 cal / g.

pH

3,0 - 3,2 (0,05% roztok při 25 ° C). Tato hodnota závisí na stupni disociace dvou protonů, protože se jedná o dikarboxylovou kyselinu, a proto diprotickou.

Rozklad

Rozkládá se při zahřívání a vytváří korozivní plyn. Prudce reaguje se silnými oxidačními činidly a vytváří hořlavé a toxické plyny, které by mohly způsobit požár nebo dokonce výbuchy.

Při částečném spalování přechází kyselina fumarová na dráždivý anhydrid kyseliny maleinové.

Aplikace

V jídle

- Používá se jako okysličovadlo v potravinách a plní regulační funkci kyselosti. K tomuto účelu může rovněž nahradit kyselinu vinnou a kyselinu citronovou. Kromě toho se používá jako konzervační látka pro potraviny.

- V potravinářském průmyslu se kyselina fumarová používá jako kyselá látka, která se používá na nealkoholické nápoje, vína západního stylu, studené nápoje, koncentráty ovocných šťáv, konzervované ovoce, nakládané ovoce, zmrzliny a nealkoholické nápoje.

- Kyselina fumarová se používá v denních nápojích, jako je čokoládové mléko, vaječný likér, kakao a kondenzované mléko. K sýru se také přidává kyselina fumarová, včetně tavených sýrů a sýrových náhražek.

-Dezerty, jako je pudink, ochucený jogurt a sorbety, mohou obsahovat kyselinu fumarovou. Tato kyselina může uchovat vejce a vaječné dezerty, jako je pudink.

Další použití v potravinářském průmyslu

- Kyselina fumarová pomáhá stabilizovat a aromatizovat jídlo. Slaninu a konzervované potraviny mají také tuto sloučeninu přidány.

-Jeho použití v kombinaci s benzoáty a kyselinou boritou je užitečné proti degradaci masa, ryb a měkkýšů.

- Má antioxidační vlastnosti, proto se používá při konzervování másla, sýrů a sušeného mléka.

- Usnadňuje manipulaci s moukovým tělem a umožňuje snadnější zpracování.

- Byl úspěšně použit ve stravě prasat, pokud jde o přírůstek hmotnosti, zlepšení trávicí aktivity a snížení patogenních bakterií v trávicím systému.

Při výrobě pryskyřic

- Kyselina fumarová se používá při výrobě nenasycených polyesterových pryskyřic. Tato pryskyřice má vynikající odolnost proti chemické korozi a tepelné odolnosti. Kromě toho se používá při výrobě alkydových pryskyřic, fenolových pryskyřic a elastomerů (kaučuků).

- Kopolymer kyseliny fumarové a vinylacetátu je forma vysoce kvalitního lepidla. Kopolymer kyseliny fumarové se styrenem je surovina při výrobě skleněných vláken.

- Používá se pro výrobu vícesýtných alkoholů a jako mořidlo barviv.

V medicíně

-Fumarát sodný může reagovat se síranem železnatým za vzniku gelu fumarátu železa a pochází z léčiva s názvem Fersamal. Používá se také při léčbě anémie u dětí.

-Dimethylfumarátový ester se používá při léčbě roztroušené sklerózy, čímž dochází ke snížení progrese postižení.

- Při léčbě psoriázy byly použity různé estery kyseliny fumarové. Sloučeniny kyseliny fumarové by uplatňovaly svůj terapeutický účinek prostřednictvím své imunomodulační a imunosupresivní kapacity.

- Rostlina Fumaria officinalis přirozeně obsahuje kyselinu fumarovou a po desetiletí se používá při léčbě psoriázy.

U pacientů léčených kyselinou fumarovou na psoriázu však bylo pozorováno selhání ledvin, zhoršená funkce jater, gastrointestinální účinky a návaly horka. Porucha byla diagnostikována jako akutní tubulární nekróza.

Pokusy s touto sloučeninou

- V experimentu prováděném na lidech, kterým bylo podáváno 8 mg kyseliny fumarové / den po dobu jednoho roku, žádný z účastníků nevykazoval poškození jater.

- Kyselina fumarová byla použita k inhibici thiocetamidem indukovaných nádorů jater u myší.

- Byl použit u myší léčených mitomycinem C. Tento lék způsobuje abnormality jater, které se skládají z různých cytologických změn, jako je perinukleární nepravidelnost, agregace chromatinu a abnormální cytoplazmatické organely. Kyselina fumarová také snižuje výskyt těchto změn.

- V experimentech s krysy prokázala kyselina fumarová inhibiční kapacitu pro vývoj jícnového papilomu, mozkového gliomu a mezenchymálních nádorů ledvin.

- Existují experimenty, které ukazují opačný účinek kyseliny fumarové ve srovnání s rakovinnými nádory. Nedávno byl identifikován jako oncometabolit nebo endogenní metabolit schopný vyvolat rakovinu. V nádorech a v tekutině kolem nádoru jsou vysoké hladiny kyseliny fumarové.

Rizika

- Při kontaktu s očima může prášek kyseliny fumarové způsobit podráždění, projevující se zarudnutím, slzením a bolestí.

-V kontaktu s pokožkou může způsobit podráždění a zarudnutí.

-Vdechování může dráždit sliznici nosních cest, hrtanu a krku. Může také způsobit kašel nebo dušnost.

Na druhou stranu, kyselina fumarová nevykazuje při požití toxicitu.

Reference

1. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrovaný glosář organické chemie: Kyselina fumarová. Převzato z: chem.ucla.edu
2. Transmerquim Group. (Srpen 2014). Kyselina fumarová.. Převzato z: gtm.net
3. Wikipedia. (2018). Kyselina fumarová. Převzato z: en.wikipedia.org/wiki/Fumaric_acid
4. PubChem. (2018). Kyselina fumarová. Převzato z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Královská společnost chemie. (2015). Kyselina fumarová. Převzato z: chemspider.com
6. ChemicalBook. (2017). Kyselina fumarová. Převzato z: chemicalbook.com