ÀCID FUMÀRIC: ESTRUCTURA, PROPIETATS, USOS I RISCOS - QUIMICA - 2025

El àcid fumàric o transbutenodioico és un àcid dicarboxílic feble que intervé en el cicle de Krebs (o cicle dels àcids tricarboxílics) i en el cicle de la urea. La seva estructura molecular és HOOCCH = CHCOOH, la fórmula molecular condensada és C ₄ H ₄ O ₄. Les sals i èsters de l'àcid fumàric reben el nom de fumaratos.

Es produeix en el cicle de Krebs a partir de l'succinat que s'oxida a fumarat a través de l'acció de l'enzim succinat deshidrogenasa, usant com a coenzim a FAD (Flavin Adeníl dinucleòtid). Mentre que el FAD es redueix a FADH ₂. Posteriorment, el fumarat s'hidrata a L-malat per l'acció de l'enzim fumarasa.

Font: By Ben Mills, from Wikimedia Commons

En el cicle de la urea, el arginosuccinato es converteix en fumarat mitjançant l'acció de l'enzim arginosuccinato liasa. El fumarat és covertido a malat per la fumarasa citosòlica.

L'àcid fumàric pot fabricar-se a partir de la glucosa en un procés mediat pel fong Rhizopus nigricans. També es pot obtenir àcid fumàric per la isomerització calòrica de l'àcid maleic. Així mateix pot sintetitzar per l'oxidació de l'furfural amb clorat de sodi en la presència de pentòxid de vanadi.

L'àcid fumàric té nombrosos usos; com a additiu d'aliments, elaboració de resines i en el tractament d'algunes malalties, com ara la psoriasi i l'esclerosi múltiple. No obstant això, presenta lleus riscos contra la salut que cal considerar.

estructura química

A la imatge superior es il·lustra l'estructura molecular de l'àcid fumàric. Les esferes negres corresponen als àtoms de carboni que conformen el seu esquelet hidrofòbic, mentre que les vermelles pertanyen als dos grups carboxílics COOH. Així, els dos grups COOH estan separats només per dos carbonis enllaçats per un doble enllaç, C = C.

De l'estructura de l'àcid fumàric es pot dir que té geometria lineal. Això es deu al fet que tots els àtoms del seu esquelet carbonat tenen hibridació sp ² i, per tant, descansen en un mateix pla a més dels dos àtoms d'hidrogen centrals (les dues esferes blanques, una cap amunt i l'altra mirant cap avall).

Els dos únics àtoms que sobresurten d'aquest pla (i amb angles pocs pronunciats) són els dos protons àcids dels grups COOH (les esferes blanques dels laterals). Quan l'àcid fumàric es desprotona completament adquireix dues càrregues negatives que ressonen en els seus extrems, convertint-se així en una anió dibásico.

isomeria geomètrica

L'estructura de l'àcid fumàric presenta isomeria trans (o E). Aquesta resideix en les posicions espacials relatives dels substituents del doble enllaç. Els dos àtoms petits d'hidrogen apunten en direccions contràries, a l'igual que els dos grups COOH.

Això li atorga a l'àcid fumàric un esquelet "zigzagueado". Mentre que per al seu altre isòmer geomètric, el cis (o Z), el qual no és més que l'àcid maleic, presenta un esquelet corbat amb forma de "C". Aquesta curvatura és el resultat de la trobada frontal dels dos grups COOH i els dos H en les mateixes orientacions:

Font: By Ninomy, from Wikimedia Commons

Propietats físiques i químiques

fórmula molecular

C ₄ H ₄ O ₄.

pes molecular

116,072 g / mol.

aspecte físic

Un sòlid cristal·lí incolor. Els cristalls són monoclínics en forma d'agulla.

Pols blanca cristal·lina o grànuls.

olor

Inodor.

sabor

A fruita cítrica.

Punt d'ebullició

329º F a una pressió de 1,7 mmmHg (522º C). Sublima a 200 º C (392º F) i es descompon a 287º C.

Punt de fusió

572º F a 576º F (287º C).

Punt de flaix

273º C (vas obert). 230º C (got tancat).

Solubilitat en aigua

7.000 mg / la 25 ºC

Solubilitat en altres líquids

-Soluble en etanol i en àcid sulfúric concentrat. Amb l'etanol pot formar ponts d'hidrogen i, a diferència de les molècules d'aigua, les de l'etanol interactuen amb major afinitat amb l'esquelet orgànic de la seva estructura.

-Débilmente soluble en etil ester i acetona.

densitat

1.635 g / cm ³ a 68 º F. 1,635 g / cm ³ a 20 º C.

Pressió de vapor

1,54 x 10 ^-4 mmHg a 25 ºC

estabilitat

És estable tot i que és degradable per microorganismes aeròbics i anaeròbics.

Quan és escalfat l'àcid fumàric en un envàs tancat amb aigua entre 150 º C i 170 º C es forma l'àcid DL-màlic.

autoignició

1.634º F (375º C).

Calor de combustió

2.760 cal / g.

pH

3,0-3,2 (solució a l'0,05% a 25ºC). Aquest valor depèn de el grau de dissociació dels dos protons, ja que es tracta d'un àcid dicarboxílic, i per tant, diprótico.

descomposició

Es descompon per escalfament, produint un gas corrosiu. Reacciona violentament amb oxidants forts, originant gasos tòxics i inflamables que podrien provocar un foc i fins explosions.

Sotmès a una combustió parcial l'àcid fumàric es converteix en el irritant anhídrid maleic.

usos

En els aliments

-Es fa servir com acidulant en els aliments, complint una funció reguladora de l'acidesa. Així mateix pot substituir l'àcid tartàric i a l'àcid cítric per a aquest propòsit. A més, es fa servir com a preservatiu dels aliments.

-A la indústria d'aliments l'àcid fumàric és usat com a agent per agrir, aplicant-se a begudes suaus, vins d'estil occidental, begudes fredes, concentrats de sucs de fruites, fruites enllaunades, cogombres, gelats i en begudes gasoses.

-El àcid fumàric s'utilitza en begudes d'ús diari, com ara llet xocolatada, ponx d'ou, cacau i llet condensada. També s'agrega l'àcid fumàric a el formatge, inclusivament a formatges processats i substituts dels formatges.

-Els postres com ara púding, iogurt saborizado i sorbets poden contenir àcid fumàric. Aquest àcid pot preservar els ous i les postres basats en els ous com la natilla.

Usos addicionals dins de la indústria alimentària

-El àcid fumàric ajuda a estabilitzar i donar-li sabor als aliments. La cansalada i els àpats enllaunades també tenen agregats d'aquest compost.

-La seva ús combinat amb benzoats i l'àcid bòric és útil contra la degradació de les carns, els peixos i els mariscs.

-Posseeix propietats antioxidants, per la qual cosa ha estat utilitzat en la conservació de la mantega, els formatges i la llet en pols.

-Facilita el maneig de la massa de farina, permetent treballar-la amb més facilitat.

-S'ha utilitzat amb èxit en la dieta dels porcs pel que fa a l'increment de pes, millora de l'activitat digestiva i disminució de bacteris patògens en el sistema digestiu.

En l'elaboració de resines

-El àcid fumàric és usat en la producció de resines insaturats de polièster. Aquesta resina té una resistència excel·lent a la corrosió química i resistència a la calor. Addicionalment, s'empra en la fabricació de resines alquídiques, resines fenòliques i elastòmers (cautxús).

-El copolímer d'àcid fumàric i acetat de vinil és una forma d'adhesiu de gran qualitat. El copolímer d'àcid fumàric amb estirè és un material cru en la manufactura de fibres de vidre.

-S'ha utilitzat per a l'elaboració d'alcohols polihídricos i com mordent de colorants.

en medicina

-El fumarat de sodi pot reaccionar amb el sulfat ferrós per formar el gel ferro fumarat, originant el medicament amb el nom de Fersamal. Aquest també s'utilitza en el tractament d'anèmies en nens.

-El èster dimetil fumarat ha estat utilitzat en el tractament de l'esclerosi múltiple, produint així una reducció en la progressió de la discapacitat.

-S'ha fet servir diversos èsters de l'àcid fumàric en el tractament de la psoriasi. Els compostos de l'àcid fumàric exercirien la seva acció terapèutica mitjançant la seva capacitat immunomoduladora i immunosupressora.

-La planta Fumaria officinalis conté naturalment l'àcid fumàric i ha estat utilitzada des de fa dècades en el tractament de la psoriasi.

No obstant això, s'ha observat en una pacient tractada amb àcid fumàric per a la psoriasi una fallada renal, alteració en la funció hepàtica, efectes gastrointestinals i enrogiment. El trastorn es va diagnosticar com necrosia Tubular Aguda.

Experiments amb aquest compost

-En un experiment realitzat en éssers humans als quals se'ls va subministrar 8 mg d'àcid fumàric / dia per un any, cap dels participants va mostrar danys hepàtics.

-El àcid fumàric ha estat usat per inhibir els tumors hepàtics induïts en els ratolins per la tiocetamida.

-S'ha utilitzat en ratolins tractats amb mitomicina C. Aquesta droga produeix alteracions hepàtiques, que consisteixen en diversos canvis citològics, com ara irregularitat perinuclear, agregació de la cromatina i orgànuls citoplasmàtics anormals. Així mateix l'àcid fumàric redueix la incidència d'aquests canvis.

-En experiments amb les rates, l'àcid fumàric ha mostrat una capacitat inhibitòria de el desenvolupament de l'papil·loma esofàgic, glioma cerebral i en tumors mesenquimático de ronyó.

-Hi ha experiments que mostren un efecte contrari de l'àcid fumàric en relació als tumors cancerosos. Ha estat recentment identificat com un oncometabolito o un metabòlit endogen capaç de causar càncer. Hi ha nivells alts de l'àcid fumàric en els tumors i en el líquid que envolta el tumor.

Riscos

-En contacte amb els ulls la pols d'àcid fumàric pot provocar la seva irritació, manifestada per envermelliment, llagrimeig i dolor.

-En contacte amb la pell pot produir la seva irritació i enrogiment.

-La seva inhalació pot irritar la membrana mucosa de les fosses nasals, laringe i gola. Igualment pot causar tos o dificultat respiratòria.

-Per altra banda, l'àcid fumàric no mostra toxicitat quan és ingerit.

referències

1. Steven A. Hardinger. (2017). Illustrated Glossary of Organic Chemistry: Fumaric acid. Pres de: chem.ucla.edu
2. Grup Transmerquim. (Agost de 2014). Àcid fumàric.. Pres de: gtm.net
3. Wikipedia. (2018). Fumaric acid. Pres de: en.wikipedia.org/wiki/Fumaric_acid
4. PubChem. (2018). Fumaric acid. Pres de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Royal Society of Chemistry. (2015). Fumaric acid. Pres de: chemspider.com
6. ChemicalBook. (2017). Fumaric acid. Pres de: chemicalbook.com