FUMARNA KISLINA: STRUKTURA, LASTNOSTI, UPORABE IN TVEGANJA - KEMIJA - 2026

Fumarne kisline ali njene šibko transbutenodioico dikarboksilna kislina vključena v TCA cikla (ali cikel trikarboksilnih kislin) in sečnina cikel. Njegova molekulska struktura je HOOCCH = CHCOOH, čigar kondenziranih molekulska formula je C ₄ H ₄ O ₄ . Soli in estri fumarne kisline se imenujejo fumarati.

Proizveden je v Krebsovem ciklu iz sukcinata, ki se oksidira do fumarata z delovanjem encima sukcinat dehidrogenaze, pri čemer kot koencim uporablja FAD (Flavin Adenil Dinukleotid). Medtem ko je FAD zmanjšan na FADH ₂ . Potem se fumarat hidrira do L-malata z delovanjem encima fumaraze.

Vir: Ben Mills, iz Wikimedia Commons

V ciklu sečnine se arinosukcinat pretvori v fumarat z delovanjem encima arginosukcinatna liza. Fumarat se s citosolno fumarazo pretvori v malat.

Fumarna kislina se lahko pridobi iz glukoze v postopku, ki ga posreduje gliva Rhizopus nigricans. Fumarno kislino lahko dobimo tudi s kalorično izomerizacijo maleinske kisline. Sintetizira se lahko tudi z oksidacijo furfurala z natrijevim kloratom v prisotnosti vanadij pentoksida.

Fumarna kislina ima veliko uporab; kot aditiv za hrano, proizvodnjo smol in pri zdravljenju nekaterih bolezni, kot so luskavica in multipla skleroza. Vendar predstavlja majhna tveganja za zdravje, ki jih je treba upoštevati.

Kemična zgradba

Zgornja slika prikazuje molekularno strukturo fumarne kisline. Črne krogle ustrezajo atomom ogljika, ki sestavljajo njegovo hidrofobno okostje, rdeče krogle pa pripadajo dvema karboksilnima skupinama COOH. Tako sta obe COOH ločeni le z dvema ogljikoma, ki sta povezana z dvojno vezjo, C = C.

Za strukturo fumarne kisline lahko rečemo, da ima linearno geometrijo. To je zato, ker imajo vsi atomi njegovega karbonatnega okostja hibridizacijo sp ² in zato poleg dveh osrednjih atomov vodika (dve beli sferi, ena obrnjena navzgor in druga obrnjena navzdol, počivajo v isti ravnini ).

Edina dva atoma, ki štrlita s te ravnine (in z nekaj strmimi koti), sta dva kisla protona skupin COOH (bele krogle na straneh). Ko je fumarna kislina popolnoma deprotonirana, pridobi dva negativna naboja, ki odmevata na njenih koncih in tako postaneta dvobojni anion.

Geometrična izomerija

Struktura fumarne kisline ima trans (ali E) izomerijo. Ta je v relativnih prostorskih položajih substituentov z dvojno vezjo. Dva majhna atoma vodika kažeta v nasprotni smeri, kot tudi obe skupini COOH.

To daje fumarni kislini okostje „cikcak“. Medtem ko ima za svoj drugi geometrijski izomer cis (ali Z), ki ni nič drugega kot maleinska kislina, ima ukrivljen skelet v obliki črke "C". Ta ukrivljenost je rezultat čelnega srečanja obeh skupin COOH in obeh H v istih usmeritvah:

Vir: avtor Ninomy, iz Wikimedia Commons

Fizikalne in kemijske lastnosti

Molekularna formula

C ₄ H ₄ O ₄ .

Molekularna teža

116.072 g / mol.

Fizični videz

Brezbarvna kristalna trdna snov. Kristali so monoklinični, iglasti.

Beli kristalni prah ali zrnca.

Neprijeten vonj

WC.

Okus

Citrusi.

Vrelišče

329 ° F pri tlaku 1,7 mmmHg (522 ° C). Sublimalizira se pri 200 ° C (392 ° F) in razpade pri 287 ° C.

Tališče

(287 ° C) od 572 ° F do 576 ° F.

Plamenišče

273 ° C (odprto steklo). 230 ° C (zaprto steklo).

Topnost v vodi

7.000 mg / l pri 25 ° C.

Topnost v drugih tekočinah

-Topno v etanolu in v koncentrirani žvepleni kislini. Z etanolom lahko tvori vodikove vezi in za razliko od molekul vode, etanol deluje v večji sorodnosti z organskim okostjem njegove strukture.

-Točno topen v etil esteru in acetonu.

Gostota

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

Parni tlak

1,54 x 10 ^-4 mmHg pri 25 ° C.

Stabilnost

Je stabilen, čeprav ga razgrajujejo aerobni in anaerobni mikroorganizmi.

Ko se fumarna kislina segreva v zaprti posodi z vodo med 150 ° C in 170 ° C, nastane DL-jabolčna kislina.

Autoignition

(375 ° C).

Toplota izgorevanja

2.760 cal / g.

pH

3,0-3,2 (0,05% raztopina pri 25 ° C). Ta vrednost je odvisna od stopnje disociacije obeh protonov, saj gre za dikarboksilno kislino in zato diprotično.

Razgradnja

Pri segrevanju razpade, pri čemer nastane koroziven plin. Burno reagira z močnimi oksidanti, kar ustvarja vnetljive in strupene pline, ki bi lahko povzročili požar in celo eksplozije.

Pri delnem zgorevanju se fumarna kislina pretvori v dražljiv maleinski anhidrid.

Prijave

V hrani

- Uporablja se kot kislo sredstvo v hrani, ki izpolnjuje regulacijsko funkcijo kislosti. V ta namen lahko nadomesti tudi vinsko kislino in citronsko kislino. Poleg tega se uporablja kot konzervans hrane.

-V prehrambeni industriji se fumarna kislina uporablja kot sredstvo za kisanje, uporablja se za brezalkoholne pijače, vina zahodnega sloga, hladne pijače, koncentrate sadnega soka, sadje v pločevinkah, kumarice, sladolede in brezalkoholne pijače.

-Fumarna kislina se uporablja v vsakodnevnih pijačah, kot so čokoladno mleko, jajčni molj, kakav in kondenzirano mleko. Fumarni kislini se doda tudi sir, vključno s predelanimi siri in nadomestki sira.

-Desti, kot so puding, aromatizirani jogurt in sorbeti, lahko vsebujejo fumarno kislino. Ta kislina lahko konzervira jajca in sladice na osnovi jajc, kot je krema.

Dodatne uporabe v prehrambeni industriji

-Fumarna kislina pomaga stabilizirati in aromatizirati hrano. Slanino dodajo tudi slanina in konzervirana hrana.

- Uporaba v kombinaciji z benzoati in borovo kislino je koristna proti razgradnji mesa, rib in školjk.

-Ima antioksidativne lastnosti, zato so ga uporabili pri konzerviranju masla, sirov in mleka v prahu.

-Omogoča lažje rokovanje z moko in omogoča lažje delo.

-Uspešno se uporablja v prehrani prašičev v smislu povečanja telesne teže, izboljšanja prebavne aktivnosti in zmanjšanja patogenih bakterij v prebavnem sistemu.

V proizvodnji smol

-Fumarna kislina se uporablja pri proizvodnji nenasičenih poliestrskih smol. Ta smola ima odlično odpornost proti kemijski koroziji in toplotni odpornosti. Poleg tega se uporablja pri proizvodnji alkidnih smol, fenolnih smol in elastomerov (gume).

-Kopolimer fumarne kisline in vinil acetata je oblika visoko kakovostnega lepila. Kopolimer fumarne kisline s stironom je surovina pri izdelavi steklenih vlaken.

- Uporabljali so ga za proizvodnjo večvodnih alkoholov in kot sredstvo za barvanje.

V medicini

-Natrijev fumarat lahko reagira z železovim sulfatom in tvori železov fumaratni gel, pri čemer zdravilo izvira iz imena Fersamal. To se uporablja tudi pri zdravljenju anemije pri otrocih.

-Dimetil fumaratni ester je bil uporabljen pri zdravljenju multiple skleroze, s čimer se je zmanjšalo napredovanje invalidnosti.

-Za zdravljenje luskavice se uporabljajo različni estri fumarne kisline. Spojine fumarne kisline bi imele svoje terapevtsko delovanje s svojo imunomodulacijsko in imunosupresivno sposobnostjo.

-Rastlina Fumaria officinalis naravno vsebuje fumarno kislino in se že desetletja uporablja pri zdravljenju luskavice.

Vendar so pri bolniku, ki se zdravi s fumarno kislino zaradi luskavice, opazili ledvično odpoved, okvarjeno delovanje jeter, prebavne učinke in rdečico. Motnja je bila diagnosticirana kot akutna tubularna nekrozija.

Poskusi s to spojino

-V poskusu na ljudeh, ki so eno leto prejemali 8 mg fumarne kisline na dan, nobeden od udeležencev ni poškodoval jeter.

-Fumarna kislina se uporablja za zaviranje jetrnih tumorjev, ki jih povzročajo tiocetamidi.

- Uporabljali so ga pri miših, ki se zdravijo z mitomicinom C. To zdravilo povzroča jetrne nepravilnosti, ki jih sestavljajo različne citološke spremembe, kot so perinuklearna nepravilnost, agregacija kromatina in nenormalne citoplazemske organele. Prav tako fumarna kislina zmanjša pojavnost teh sprememb.

-V poskusih s podganami je fumarna kislina pokazala zaviralno sposobnost za razvoj ezofagealnega papiloma, možganskega glioma in mezenhimskih tumorjev ledvice.

- Obstajajo poskusi, ki kažejo nasproten učinek fumarne kisline v odnosu na rakave tumorje. Nedavno so ga prepoznali kot onometabolit ali endogeni presnovek, ki lahko povzroči raka. V tumorjih in v tekočini okoli tumorja so visoke koncentracije fumarne kisline.

Tveganja

-V stiku z očmi lahko prašek fumarne kisline povzroči draženje, ki se kaže z rdečico, solzenjem in bolečino.

-V stiku s kožo lahko povzroči draženje in pordelost.

-Ne vdihavanje lahko draži sluznico nosnih poti, grla in grla. Prav tako lahko povzroči kašelj ali zasoplost.

- Po drugi strani pa fumarna kislina pri zaužitju ne pokaže strupenosti.

Reference

1. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrirani glosar organske kemije: Fumarna kislina. Vzeto iz: chem.ucla.edu
2. Transmerquim Group. (Avgust 2014). Fumarna kislina. . Izvedeno z: gtm.net
3. Wikipedija. (2018). Fumarna kislina. Izvedeno iz: en.wikipedia.org/wiki/Fumaric_acid
4. PubChem. (2018). Fumarna kislina. Vzeto iz: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Royal Society of Chemistry. (2015). Fumarna kislina. Vzeto iz: chemspider.com
6. ChemicalBook. (2017). Fumarna kislina. Vzeto iz: chemicalbook.com