Δομή του φουμαρικού οξέος, ιδιότητες, χρήσεις και κίνδυνοι



Το φουμαρικό οξύ ή το διοξείδιο του μεταγεύματος είναι ένα ασθενές δικαρβοξυλικό οξύ που παρεμβαίνει στον κύκλο του Krebs (ή στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος) και στον κύκλο ουρίας. Η μοριακή της δομή είναι HOOCCH = CHCOOH, του οποίου ο συμπυκνωμένος μοριακός τύπος είναι C4H4Ο4. Τα άλατα και οι εστέρες του φουμαρικού οξέος ονομάζονται φουμαρικά.

Παράγεται στον κύκλο του Krebs από ηλεκτρικό προς φουμαρικό οξειδώνεται μέσω της δράσης του ηλεκτρικού αφυδρογονάσης ενζύμου, χρησιμοποιώντας ως FAD συνένζυμο (φλαβίνης δινουκλεοτίδιο αδενυλ). Ενώ το FAD μειώνεται σε FADH2. Στη συνέχεια, το φουμαρικό άλας ενυδατώνεται σε L-μηλικό με τη δράση του ενζύμου φουμαράση.

Στον κύκλο ουρίας, το arginosuccinate μετατρέπεται σε φουμαρικό με τη δράση του ενζύμου arginosuccinate lyase. Το φουμαρικό μετατρέπεται σε μηλικό με την κυτοσολική φουμαράση.

Το φουμαρικό οξύ μπορεί να παρασκευαστεί από γλυκόζη σε μια διαδικασία που μεσολαβεί από τον μύκητα Rhizopus nigricans. Το φουμαρικό οξύ μπορεί επίσης να ληφθεί με τον θερμιδικό ισομερισμό του μηλεϊνικού οξέος. Μπορεί επίσης να συντίθεται με την οξείδωση φουρφουράλης με χλωρικό νάτριο παρουσία πεντοξειδίου του βαναδίου.

Το φουμαρικό οξύ έχει πολλές χρήσεις. ως πρόσθετο τροφίμων, παρασκευή ρητίνης και στη θεραπεία ορισμένων ασθενειών, όπως η ψωρίαση και η πολλαπλή σκλήρυνση. Ωστόσο, παρουσιάζει μικρούς κινδύνους για την υγεία που πρέπει να ληφθούν υπόψη.

Ευρετήριο

  • 1 Χημική δομή
    • 1.1 Γεωμετρική ισομερισμός
  • 2 Φυσικές και χημικές ιδιότητες
    • 2.1 Μοριακός τύπος
    • 2.2 Μοριακό βάρος
    • 2.3 Φυσική εμφάνιση
    • 2.4 Οσμή
    • 2.5 Γεύση
    • 2.6 Σημείο ζέσεως
    • 2.7 Σημείο τήξης
    • 2.8 Σημείο ανάφλεξης
    • 2.9 Διαλυτότητα στο νερό
    • 2.10 Διαλυτότητα σε άλλα υγρά
    • 2.11 Πυκνότητα
    • 2.12 Πίεση ατμών
    • 2.13 Σταθερότητα
    • 2.14 Αυτόματη ανάφλεξη
    • 2.15 Θερμότητα καύσης
    • 2.16 ρΗ
    • 2.17 Αποσύνθεση
  • 3 Χρήσεις
    • 3.1 Στα τρόφιμα
    • 3.2 Κατά την παρασκευή ρητινών
    • 3.3 Στην ιατρική
  • 4 Κίνδυνοι
  • 5 Αναφορές

Χημική δομή

Η μοριακή δομή του φουμαρικού οξέος απεικονίζεται στην άνω εικόνα. Οι μαύρες σφαίρες αντιστοιχούν στα άτομα άνθρακα που σχηματίζουν τον υδρόφοβο σκελετό του, ενώ οι κόκκινες σφαίρες ανήκουν στις δύο καρβοξυλικές ομάδες COOH. Έτσι, και οι δύο ομάδες COOH διαχωρίζονται μόνο από δύο άνθρακες που συνδέονται με ένα διπλό δεσμό, C = C.

Από τη δομή του φουμαρικού οξέος μπορεί να λεχθεί ότι έχει γραμμική γεωμετρία. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι όλα τα άτομα του ανθρακικού του σκελετού έχουν υβριδισμό sp2 και, ως εκ τούτου, στηρίζεται στο ίδιο επίπεδο εκτός από τα δύο κεντρικά άτομα υδρογόνου (οι δύο λευκές σφαίρες, το ένα πάνω και το άλλο κοιτάζοντας προς τα κάτω).

Τα μόνα δύο άτομα που προεξέχουν από αυτό το επίπεδο (και με λίγες έντονες γωνίες) είναι τα δύο όξινα πρωτόνια των ομάδων COOH (οι λευκές σφαίρες στις πλευρές). Όταν το φουμαρικό οξύ είναι πλήρως αποπρωτονιωμένο, αποκτά δύο αρνητικά φορτία τα οποία αντηχούν στα άκρα του, καθιστώντας έτσι ένα διβασικό ανιόν.

Γεωμετρική ισομετρία

Η δομή του φουμαρικού οξέος παρουσιάζει ισομερή trans (ή Ε). Αυτό βρίσκεται στις σχετικές χωρικές θέσεις των υποκαταστατών διπλού δεσμού. Τα δύο μικρά άτομα υδρογόνου δείχνουν αντίθετες κατευθύνσεις, όπως και οι δύο ομάδες COOH.

Αυτό δίνει στο φουμαρικό οξύ ένα σκελετό "ζιγκ-ζαγκ". Ενώ οι cis (ή Ζ), η οποία είναι ακριβώς το μηλεϊνικό οξύ για ένα άλλο γεωμετρικό ισομερές, έχει ένα καμπύλο σχήμα σκελετού «C». Αυτή η καμπυλότητα είναι το αποτέλεσμα της μετωπικής συνάντησης των δύο ομάδων COOH και των δύο Hs στους ίδιους προσανατολισμούς:

Φυσικές και χημικές ιδιότητες

Μοριακός τύπος

Γ4H4Ο4.

Μοριακό βάρος

116,072 g / mol.

Φυσική εμφάνιση

Ένα άχρωμο κρυσταλλικό στερεό. Οι κρύσταλλοι είναι μονόκλινοι σε σχήμα βελόνας.

Λευκή κρυσταλλική σκόνη ή κόκκοι.

Οσμή

Τουαλέτα.

Γεύση

Ένα εσπεριδοειδές.

Σημείο ζέσεως

329 ° F σε πίεση 1.7 mmmHg (522 ° C). Εξάχνεται σε 200º C (392º F) και αποσυντίθεται στους 287º C.

Σημείο τήξης

572º F έως 576º F (287 º C).

Σημείο ανάφλεξης

273 ° C (ανοιχτό κύπελλο). 230º C (κλειστό δοχείο).

Διαλυτότητα στο νερό

7.000 mg / l στους 25 ° C.

Διαλυτότητα σε άλλα υγρά

-Διαλυτό σε αιθανόλη και σε πυκνό θειικό οξύ. Με την αιθανόλη μπορεί να σχηματίσει δεσμούς υδρογόνου και, σε αντίθεση με τα μόρια νερού, αυτά της αιθανόλης αλληλεπιδρούν με μεγαλύτερη συγγένεια με τον οργανικό σκελετό της δομής του.

-Ελαφρώς διαλυτό σε αιθυλεστέρα και ακετόνη.

Πυκνότητα

1,635 g / cm3 σε 68 ° F. 1.635 g / cm3 στους 20 ° C.

Πίεση ατμού

1,54 χ 10-4 mmHg στους 25ºC.

Σταθερότητα

Είναι σταθερό αν και είναι αποικοδομήσιμο από αερόβιους και αναερόβιους μικροοργανισμούς.

Όταν το φουμαρικό οξύ θερμαίνεται σε κλειστό περιέκτη με νερό μεταξύ 150 ° C και 170 ° C, σχηματίζεται DL-μηλικό οξύ.

Αυτόματη ανάφλεξη

1,634 ° F (375 ° C).

Θερμότητα καύσης

2.760 cal / g.

ρΗ

3.0-3.2 (διάλυμα 0.05% στους 25 ° C). Αυτή η τιμή εξαρτάται από τον βαθμό διαχωρισμού των δύο πρωτονίων, δεδομένου ότι είναι ένα δικαρβοξυλικό οξύ, και επομένως, diprotic.

Αποσύνθεση

Αποσυντίθεται με θέρμανση, παράγοντας διαβρωτικό αέριο. Αντιδρά βίαια με ισχυρά οξειδωτικά, προκαλώντας τοξικά και εύφλεκτα αέρια που θα μπορούσαν να προκαλέσουν πυρκαγιά και ακόμη και εκρήξεις.

Υποβάλλονται σε μερική καύση, το φουμαρικό οξύ γίνεται ερεθιστικό με μηλεϊνικό ανυδρίτη.

Χρησιμοποιεί

Στο φαγητό

-Χρησιμοποιείται ως μέσο οξίνισης στα τρόφιμα, ικανοποιώντας μια ρυθμιστική λειτουργία της οξύτητας. Μπορεί επίσης να αντικαταστήσει το τρυγικό οξύ και το κιτρικό οξύ για το σκοπό αυτό. Επιπλέον, χρησιμοποιείται ως συντηρητικό για τα τρόφιμα.

-Στη βιομηχανία τροφίμων φουμαρικό οξύ χρησιμοποιείται σαν ένας παράγοντας οξίνισης, εφαρμόζεται σε αναψυκτικά, κρασιά δυτικού τύπου, κρύα ποτά, συμπυκνώματα χυμών φρούτων, κονσερβοποιημένα φρούτα, τουρσιά, παγωτά και αναψυκτικά.

-Το φουμαρικό οξύ χρησιμοποιείται σε καθημερινά ποτά, όπως γάλα σοκολάτας, eggnog, κακάο και συμπυκνωμένο γάλα. Το φουμαρικό οξύ προστίθεται επίσης στο τυρί, συμπεριλαμβανομένων των επεξεργασμένων τυριών και των υποκατάστατων τυριού..

-Επιδόρπια όπως η πουτίγκα, το αρωματισμένο γιαούρτι και τα sorbets μπορεί να περιέχουν φουμαρικό οξύ. Αυτό το οξύ μπορεί να διατηρήσει τα αυγά και τα επιδόρπια με βάση τα αυγά όπως το κρέμα.

Πρόσθετες χρήσεις στο πλαίσιο της βιομηχανίας τροφίμων

-Το φουμαρικό οξύ βοηθά στη σταθεροποίηση και γεύση του φαγητού. Το μπέικον και τα κονσερβοποιημένα τρόφιμα έχουν επίσης συσσωματώματα αυτής της ένωσης.

-Η συνδυασμένη χρήση του με βενζοϊκά και βορικό οξύ είναι χρήσιμη ενάντια στην υποβάθμιση του κρέατος, των ψαριών και των θαλασσινών.

-Έχει αντιοξειδωτικές ιδιότητες, έτσι έχει χρησιμοποιηθεί για τη διατήρηση του βουτύρου, του τυριού και του γάλακτος σε σκόνη.

-Διευκολύνει τη διαχείριση της ζύμης αλεύρων, καθιστώντας ευκολότερη την εργασία.

-Έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στη διατροφή των χοίρων όσον αφορά την αύξηση βάρους, τη βελτίωση της πεπτικής δραστηριότητας και τη μείωση των παθογόνων βακτηρίων στο πεπτικό σύστημα.

Στην παρασκευή ρητινών

-Το φουμαρικό οξύ χρησιμοποιείται στην παραγωγή ακόρεστων πολυεστερικών ρητινών. Αυτή η ρητίνη έχει εξαιρετική αντοχή στη χημική διάβρωση και αντοχή στη θερμότητα. Επιπρόσθετα, χρησιμοποιείται στην κατασκευή αλκυδικών ρητινών, φαινολικών ρητινών και ελαστομερών (καουτσούκ).

-Το συμπολυμερές του φουμαρικού οξέος και του οξικού βινυλεστέρα είναι μια υψηλής ποιότητας συγκολλητική μορφή. Το συμπολυμερές του φουμαρικού οξέος με στυρόλιο είναι μια πρώτη ύλη στην παραγωγή ινών γυαλιού.

-Έχει χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία πολυϋδρικών αλκοολών και ως βαφής βαφής.

Στην ιατρική

-Το φουμαρικό νάτριο μπορεί να αντιδράσει με θειικό σίδηρο για να σχηματίσει τη γέλη σιδηρούχου σιδήρου, δημιουργώντας το φάρμακο με το όνομα Fersamal. Αυτό χρησιμοποιείται επίσης στη θεραπεία της αναιμίας στα παιδιά.

-Ο εστέρας διμεθυλοφουμαρικός εστέρας έχει χρησιμοποιηθεί στην θεραπεία της σκλήρυνσης κατά πλάκας, παράγοντας έτσι μια μείωση της εξέλιξης της αναπηρίας.

-Αρκετοί εστέρες φουμαρικού οξέος έχουν χρησιμοποιηθεί στη θεραπεία της ψωρίασης. Οι ενώσεις του φουμαρικού οξέος θα ασκούσαν τη θεραπευτική τους δράση μέσω της ανοσοδιαμορφωτικής και ανοσοκατασταλτικής τους ικανότητας.

-Το φυτό Fumaria officinalis περιέχει φυσικά φουμαρικό οξύ και έχει χρησιμοποιηθεί για δεκαετίες στη θεραπεία της ψωρίασης.

Ωστόσο, έχει παρατηρηθεί σε έναν ασθενή σε επεξεργασία με φουμαρικό οξύ για να ψωρίασης νεφρική ανεπάρκεια, μη φυσιολογική ηπατική λειτουργία, γαστρεντερικές επιδράσεις και ερυθρότητα. Η διαταραχή διαγνώστηκε ως οξεία σωληναριακή νέκρωση.

Πειράματα με αυτή την ένωση

-Σε ένα πείραμα που πραγματοποιήθηκε σε ανθρώπους στους οποίους χορηγήθηκαν 8 mg φουμαρικού οξέος / ημέρα για ένα χρόνο, κανένας από τους συμμετέχοντες δεν έδειξε ηπατική βλάβη.

-Το φουμαρικό οξύ έχει χρησιμοποιηθεί για την αναστολή των ηπατικών όγκων που επάγονται στα ποντίκια με θειοακεταμίδιο.

-Έχει χρησιμοποιηθεί σε ποντικούς που υπέστησαν αγωγή με μιτομυκίνη C. Αυτό το φάρμακο προκαλεί ανωμαλίες του ήπατος, που αποτελούνται από διάφορα κυτταρολογικές αλλαγές όπως περιπυρηνική ανωμαλία, συσσωμάτωση χρωματίνης και κυτταροπλασματικά οργανίδια ανώμαλη. Παρομοίως, το φουμαρικό οξύ μειώνει τη συχνότητα αυτών των αλλαγών.

-Σε πειράματα με αρουραίους, το φουμαρικό οξύ έχει δείξει ανασταλτική ικανότητα ανάπτυξης του οισοφαγικού θηλώματος, του γλοιώματος του εγκεφάλου και στους μεσεγχυματικούς όγκους του νεφρού.

-Υπάρχουν πειράματα που παρουσιάζουν αντίθετο αποτέλεσμα του φουμαρικού οξέος σε σχέση με καρκινικούς όγκους. Έχει πρόσφατα αναγνωριστεί ως ένας oncometabolite ή ένας ενδογενής μεταβολίτης ικανός να προκαλέσει καρκίνο. Υπάρχουν υψηλά επίπεδα φουμαρικού οξέος στους όγκους και στο υγρό που περιβάλλει τον όγκο.

Κίνδυνοι

-Σε επαφή με τα μάτια, η σκόνη φουμαρικού οξέος μπορεί να προκαλέσει ερεθισμό, που εκδηλώνεται με ερυθρότητα, σχίσιμο και πόνο.

-Σε επαφή με το δέρμα μπορεί να προκαλέσει ερεθισμό και ερυθρότητα.

-Η εισπνοή του μπορεί να ερεθίσει τη βλεννογόνο μεμβράνη των ρουθουνιών, του λάρυγγα και του λαιμού. Μπορεί επίσης να προκαλέσει βήχα ή δύσπνοια.

-Από την άλλη πλευρά, το φουμαρικό οξύ δεν δείχνει τοξικότητα κατά την κατάποση.

Αναφορές

  1. Ο Steven A. Hardinger (2017). Εικονογραφημένο Γλωσσάριο Οργανικής Χημείας: Φουμαρικό οξύ. Λαμβάνεται από: chem.ucla.edu
  2. Ομάδα Transmerquim. (Αύγουστος 2014). Φουμαρικό οξύ. [PDF] Από: gtm.net
  3. Wikipedia. (2018). Φουμαρικό οξύ Λαμβάνεται από: en.wikipedia.org/wiki/Fumaric_acid
  4. PubChem. (2018). Φουμαρικό οξύ Από: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  5. Βασιλική Εταιρεία Χημείας. (2015). Φουμαρικό οξύ Από: chemspider.com
  6. ChemicalBook. (2017). Φουμαρικό οξύ Από: chembook.com