FUMARNA KISELINA: STRUKTURA, SVOJSTVA, UPOTREBA I RIZICI - KEMIJA - 2024

Fumarna ili slabo transbutenodioico dikarboksilna kiselina sudjeluje u TCA ciklus (ili ciklus trikarboksilne kiseline), a ciklus urea. Njegova molekularna struktura HOOCCH = CHCOOH, čija molekulska formula je kondenzirana C ₄ H ₄ O ₄. Soli i esteri fumarne kiseline nazivaju se fumarati.

Nastaje u Krebsovom ciklusu iz sukcinata oksidiranog do fumarata djelovanjem enzima sukcinat dehidrogenaze, koristeći FAD (Flavin Adenil Dinukleotid) kao koenzim. Dok se FAD smanjuje na FADH ₂. Nakon toga, fumarat se hidrira u L-malat djelovanjem enzima fumaraze.

Izvor: Ben Mills, iz Wikimedia Commons

U ciklusu uree, arginosukcinat se pretvara u fumarat djelovanjem enzima arginosukcinatne lize. Fumarat se citosolnom fumarazom pretvara u malat.

Fumarna kiselina može se proizvesti iz glukoze u postupku koji posreduje gljiva Rhizopus nigricans. Fumarna kiselina se također može dobiti kalorijskom izomerizacijom maleinske kiseline. Može se sintetizirati i oksidacijom furfurala natrijevim kloratom u prisutnosti vanadij pentoksida.

Fumarna kiselina ima brojne svrhe; kao aditiv za hranu, proizvodnju smole i u liječenju nekih bolesti, poput psorijaze i multiple skleroze. Međutim, on predstavlja male zdravstvene rizike koje je potrebno uzeti u obzir.

Kemijska struktura

Gornja slika prikazuje molekularnu strukturu fumarne kiseline. Crne sfere odgovaraju atomima ugljika koji čine njegov hidrofobni kostur, dok crvene sfere pripadaju dvije karboksilne skupine COOH. Tako su obje COOH skupine razdvojene samo dva ugljika povezana dvostrukom vezom, C = C.

Može se reći da struktura fumarne kiseline ima linearnu geometriju. To je zato što su svi atomi karbonatne kostura sp ² hibridizacija i, prema tome, ostatak u istoj ravnini, osim dva vodikova atoma centra (dva bijele sfere, jedan prema gore, a drugi okrenuti prema dolje).

Jedina dva atoma koja strše iz ove ravnine (i s nekoliko strmih uglova) jesu dva kisela protona COOH skupina (bijele sfere sa strana). Kad se fumarna kiselina potpuno deprotonira, ona dobiva dva negativna naboja koja odjekuju na njenim krajevima, te tako postaje dvobazni anion.

Geometrijska izomerija

Struktura fumarne kiseline ima trans (ili E) izomeriju. Ovo se nalazi u relativnim prostornim položajima supstituenata dvostruke veze. Dva mala vodikova atoma usmjerena su u suprotnim smjerovima, kao i dvije COOH grupe.

To daje fumarnoj kiselini "cik-cak" kostur. Dok za svoj drugi geometrijski izomer, cis (ili Z), koji nije ništa više od maleinske kiseline, ima zakrivljeni kostur u obliku slova „C“. Ova zakrivljenost rezultat je frontalnog sastanka dviju COOH skupina i dvije H u istim orijentacijama:

Izvor: Autor Ninomy, iz Wikimedia Commons

Fizička i kemijska svojstva

Molekularna formula

C ₄ H ₄ O ₄.

Molekularna težina

116.072 g / mol.

Fizički izgled

Bezbojna kristalna krutina. Kristali su monoklinički, igličasti.

Bijeli kristalni prah ili granule.

Miris

WC.

Ukus

Citrusno voće.

Vrelište

329 ° F pri tlaku od 1,7 mmmHg (522 ° C). Sublimira na 200 ° C (392 ° F) i raspada se na 287 ° C.

Talište

(287 ° C) od 572 ° F do 576 ° F.

Plamište

273º C (otvoreno staklo). 230º C (zatvoreno staklo).

Topnost u vodi

7.000 mg / l pri 25 ° C.

Topljivost u drugim tekućinama

-Topiva u etanolu i u koncentriranoj sumpornoj kiselini. Sa etanolom on može tvoriti vodikove veze, a za razliku od molekula vode, etanol djeluje u većem srodstvu s organskim kostrom njegove strukture.

-Točno topljivi u etilnom esteru i acetonu.

Gustoća

1.635 g / cm ³ na 68 ° F. 1.635 g / cm ³ na 20 ° C.

Tlak pare

1,54 x 10 ^-4 mmHg pri 25 ° C.

Stabilnost

Stabilna je iako se može razgraditi aerobnim i anaerobnim mikroorganizmima.

Kada se fumarna kiselina zagrijava u zatvorenoj posudi s vodom između 150 ° C i 170 ° C, nastaje DL-jabučna kiselina.

samozapaljenja

(375 ° C) 1.634 ° F.

Toplina izgaranja

2.760 cal / g.

pH

3,0-3,2 (0,05% otopina na 25 ° C). Ova vrijednost ovisi o stupnju disocijacije dvaju protona, jer je to dikarboksilna kiselina, a time i diprotička.

Raspad

Raspaje se zagrijavanjem, stvarajući korozivni plin. Snažno reagira s jakim oksidansima, stvarajući zapaljive i otrovne plinove koji mogu izazvati požar, pa čak i eksplozije.

Pri djelomičnom izgaranju fumarna kiselina pretvara se u iritantni maleinski anhidrid.

Prijave

U hrani

-Koristi se kao kiselina u hrani, ispunjavajući regulacijsku funkciju kiselosti. U tu svrhu može zamijeniti i vinsku kiselinu i limunsku kiselinu. Osim toga, koristi se kao konzervans hrane.

-U prehrambenoj industriji fumarna kiselina koristi se kao sredstvo za kiselo uzimanje bezalkoholnih pića, vina zapadnog stila, hladnih napitaka, koncentrata voćnih sokova, konzerviranog voća, kiselih krastavaca, sladoleda i bezalkoholnih pića.

-Fumarna kiselina koristi se u svakodnevnim napicima, kao što je čokoladno mlijeko, jaja, kakao i kondenzirano mlijeko. Fumarna kiselina se dodaje i siru, uključujući prerađene sireve i zamjene sira.

- Slastice poput pudinga, jogurta s okusom i sorbeta mogu sadržavati fumarnu kiselinu. Ova kiselina može sačuvati jaja i deserte na bazi jaja poput vrhnja.

Dodatne uporabe u prehrambenoj industriji

-Fumarna kiselina pomaže stabiliziranju i aromatiziranju hrane. Slanini i konzerviranoj hrani također se dodaje ovaj spoj.

-Uporaba u kombinaciji s benzoatima i bornom kiselinom korisna je protiv razgradnje mesa, ribe i školjki.

-Ima antioksidacijska svojstva, zbog čega se koristi u konzerviranju maslaca, sireva i mlijeka u prahu.

-Olakšava se rukovanje tijestom od brašna, omogućavajući mu lakši rad.

-Uspješno se koristi u prehrani svinja u smislu debljanja, poboljšanja probavne aktivnosti i smanjenja patogenih bakterija u probavnom sustavu.

U proizvodnji smola

-Fumarna kiselina koristi se u proizvodnji nezasićenih poliesterskih smola. Ova smola ima izvrsnu otpornost na kemijsku koroziju i otpornost na toplinu. Uz to, koristi se u proizvodnji alkidnih smola, fenolnih smola i elastomera (guma).

Kopolimer fumarne kiseline i vinil acetata oblik je visokokvalitetnog ljepila. Kopolimer fumarne kiseline sa stirenom sirovina je za proizvodnju staklenih vlakana.

- Koristi se za proizvodnju polihidroloških alkohola i kao sredstvo za bojenje.

U medicini

-Natrijev fumarat može reagirati sa željeznim sulfatom, čime nastaje gel željeznog fumarata, porijeklom iz lijeka s imenom Fersamal. To se također koristi u liječenju anemije kod djece.

-Dimetil fumarat ester upotrebljava se u liječenju multiple skleroze, stvarajući na taj način smanjenje progresije invalidnosti.

-Režni esteri fumarne kiseline primjenjivani su u liječenju psorijaze. Spojevi fumarne kiseline pokazali bi svoje terapijsko djelovanje svojim imunomodulacijskim i imunosupresivnim sposobnostima.

-Biljka Fumaria officinalis prirodno sadrži fumarnu kiselinu i desetljećima se koristi u liječenju psorijaze.

Međutim, u bolesnika liječenih fumarnom kiselinom zbog psorijaze, primijećeni su zatajenje bubrega, oslabljena funkcija jetre, gastrointestinalni efekti i ispiranje. Poremećaj je dijagnosticiran kao akutna tubularna nekrozija.

Eksperimenti s ovim spojem

-U eksperimentu provedenom na ljudima koji su tijekom 8 godina davali 8 mg fumarne kiseline dnevno, nijedan od sudionika nije pokazao oštećenje jetre.

-Fumarna kiselina korištena je za inhibiranje tumora jetre uzrokovanih tiocetamidom.

-Primijenjen je na miševima koji su tretirani mitomicinom C. Ovaj lijek uzrokuje jetrene abnormalnosti, koji se sastoje od različitih citoloških promjena, poput perinuklearne nepravilnosti, agregacije kromatina i nenormalnih citoplazmatskih organela. Također fumarna kiselina smanjuje učestalost ovih promjena.

-U pokusima sa štakorima, fumarna kiselina je pokazala inhibitornu sposobnost za razvoj papiloma jednjaka, moždanog glioma i mezenhimalnih tumora bubrega.

- Postoje pokusi koji pokazuju suprotan učinak fumarne kiseline u odnosu na kancerogene tumore. Nedavno je identificiran kao oncometabolit ili endogeni metabolit koji može izazvati rak. U tumorima i u tekućini oko tumora postoji visoka razina fumarne kiseline.

rizici

-U kontaktu s očima, prah fumarne kiseline može izazvati iritaciju, koja se očituje crvenilom, suzanjem i bolom.

-U kontaktu s kožom može uzrokovati iritaciju i crvenilo.

-Njegovim udisanje može nadražiti sluznicu nosnih prolaza, grkljana i grla. Također može uzrokovati kašalj ili kratkoću daha.

-S druge strane, fumarna kiselina ne pokazuje toksičnost kada se guta.

Reference

1. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrirani pojmovnik organske kemije: Fumarna kiselina. Preuzeto iz: chem.ucla.edu
2. Transmerquim Group. (Kolovoz 2014.). Fumarna kiselina., Preuzeto sa: gtm.net
3. Wikipedia. (2018.). Fumarna kiselina. Preuzeto sa: en.wikipedia.org/wiki/Fumaric_acid
4. Pubchem. (2018.). Fumarna kiselina. Preuzeto iz: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Kraljevsko društvo za kemiju. (2015). Fumarna kiselina. Preuzeto sa: chemspider.com
6. ChemicalBook. (2017). Fumarna kiselina. Preuzeto sa: chemicalbook.com