Янтарна кислота - хімічна школа
Янтарна кислота
безбарвна кристалічна тверда речовина без запаху [1]
розчинний у воді: 58 г л −1 (20 ° C) [1]
Янтарна кислота, також Сукцинілова кислота або Бутандіоєва кислота, Е 363, являє собою безбарвну кристалічну аліфатичну дикарбонову кислоту. Кристали добре розчиняються у киплячій воді.
історія
Янтарна кислота була відкрита в 1546 році Георгієм Агріколою під час сухої перегонки нагріванням бурштину. Ніколас Лемері був першим, хто визнав кислотну природу речовини в 1675 році, а Йонс Якоб Берцеліус з'ясував склад (C4H6O4) кислоти. Ліки на основі бурштинової кислоти та її солей для катару та сифілісу використовувались ще в 20 столітті. [4]
Наприкінці XIX століття фармацевт Отто Хельм, який мешкав у Гданську, намагався визначити походження бурштину на основі вмісту в ньому бурштинової кислоти. Кислота, отримана сухою перегонкою і сублімована в ретортах, зважила Хельма і дійшла висновку, що частка від 3,2% до 8,2% передбачає балтійський бурштин. Одночасно Гельм досліджував сицилійський бурштин та археологічні знахідки з Давнього Риму тим же методом. Хоча він не виявив слідів кислоти у зразках сицилійського бурштину, стародавні шматки мали кислотність від 4,1 до 6,3%. Хелм вважав, що це відповідає на питання про походження знахідок з бурштину, зроблених у Середземному морі, що протягом багатьох століть було проблемою для археологів. Згідно з цими висновками, це мав бути балтійський бурштин. [5]
Пізніше виявилося, що вміст бурштинової кислоти не є надійною характеристикою балтійського бурштину, оскільки відповідні концентрації бурштинової кислоти також були знайдені в бурштині з інших європейських родовищ. R.C.A. У 1970 році Ротландер дійшов висновку, що бурштинова кислота насправді не міститься в бурштині, а лише утворюється під час лужного гідролізу бурштину (у вигляді лужної солі) або під час сухої перегонки (у вигляді його ангідриду). Він припустив, що бурштинову кислоту (як сіль або ангідрид) слід розглядати як природний продукт окислення бурштину і, отже, як показник процесу його старіння.
Тому питання про походження древнього бурштину з археологічних розкопок досі є предметом наукових дискусій, і останнім часом намагаються відповісти за допомогою інших методів дослідження (інфрачервона спектроскопія, мас-спектрометрія, газова хроматографія, ядерно-магнітно-резонансна спектроскопія [ЯМР] та інші). [6] [7] [8]
Виникнення
Назва бурштинової кислоти походить від бурштину, дорогоцінного каміння, виготовленого з викопних смол, що містять бурштинову кислоту. Традиційно різні типи бурштину розрізняли на основі хімічних речовин залежно від вмісту бурштинової кислоти в сукцинітах (від 3% до 8%) та ретинітів (викопні смоли з вмістом бурштинової кислоти менше 3% або без бурштинової кислоти). Янтарна кислота міститься також у багатьох бурих вугіллях. [9]
В метаболізмі всіх організмів сіль бурштинової кислоти виникає під час розщеплення глюкози як проміжна стадія регенерації акцепторної оксалооцтової кислоти. Відповідно, він є проміжним продуктом метаболізму цитратного циклу, і це також відбувається в циклі сечовини. У природі бурштинова кислота міститься також у багатьох соках рослин (ревінь, помідори) [9], а також у водоростях та грибах. [10]
У деяких анаеробно живих бактеріях бурштинова кислота також може бути кінцевим продуктом метаболізму, наприклад у рубці яловичини. Це являє собою систему, в якій ряд факультативно анаеробно живих бактерій отримують свою поживну основу з харчової м’якоті. Β-глікозидні зв’язки целюлози в їжі порушуються флорою рубця, особливо містими в ньому грибами. Отриманий виноградний цукор (глюкоза) служить субстратом для мікроорганізмів. Продуктами бактеріального обміну є в основному коротколанцюгові карбонові кислоти, такі як оцтова кислота та бурштинова кислота, а також етанол. Янтарна кислота, що виробляється бактеріями, в свою чергу служить джерелом енергії для інших бактерій, які перетворюють її в пропіонову кислоту.
Вилучення та презентація
Технічно
Технічно відомі різні синтетичні шляхи виробництва бурштинової кислоти. Зазвичай його отримують шляхом каталітичного гідрування малеїнової кислоти, ангідриду малеїнової кислоти або фумарової кислоти, за допомогою чого можуть бути використані різні каталізатори (Ni, Cu, NiO, CuZnCr, Pd-Al2O3, Pd-CaCO3). Крім того, можливе окислення 1,4-бутандіолу (BDO), завдяки чому існують різні технічні шляхи. Також можливе гідрокарбоксилювання ацетиленгліколю, каталізоване RhCl3-пентахлортіофенолом, ацетиленом, акриловою кислотою, 1,4-діоксаном та пропіолактоном. [9]
Біотехнологічні
Янтарна кислота може бути отримана з відновлюваної сировини шляхом бродіння, зокрема з крохмалю та різних олігосахаридів (цукру С6 та С5). [11] Тут природне вживання бурштинової кислоти в метаболізмі може бути використано для того, щоб її спеціально продукували мікроорганізми. Цей синтетичний шлях все ще проходить випробування.
Завдяки можливості біотехнологічного отримання бурштинової кислоти за допомогою бактерій вона зміцнюється Basfia succiniciproducens, [12] Mannheimia succiniciproducens [13] та Anaerobiospirillum succiniciproducens [14] досліджував. Також модельний організм Кишкова паличка, яка є оптимізованою для виробництва великих кількостей бурштинової кислоти за допомогою метаболічної інженерії - це фокус досліджень. [15]
Хімічні властивості
Коли Сукцинати - це назва солей і ефірів бурштинової кислоти. Термін "сукцинат" походить від латинського слова suc (c) inum для бурштину. У своїх кристалічних решітках вони містять сукцинат-іон як негативно заряджений аніон. Загальна формула сукцинату лугу - MOOC - CH2 - CH2 - COOM, M особливо означає іони натрію та калію. Сукцинати лугів легко розчиняються у воді. Лужноземельні сукцинати важкі, інші сукцинати зовсім не розчиняються у воді. Тож хтось знаходить Сукцинат кальцію у недозрілих плодах або водоростях. Ефіроподібні сукцинати можуть бути описані напівструктурною формулою R-O-CO-CH2-CH2-CO-O-R.
Якщо бурштинова кислота нагрівається, вона розщеплює воду і утворює бурштиновий ангідрид із замиканням кільця. [10]
використання
Використання у харчовій галузі
Янтарна кислота є номером один в ЄС як харчова добавка Е 363 схвалений і завдяки своєму слабокислому і водночас злегка солоному смаку служить підсилювачем смаку для десертів, сухих супів та напоїв у порошку. Різні солі бурштинової кислоти використовуються як замінники кухонної солі в дієтичних продуктах харчування (Fe, Mg, Ca, K). [16] Через власне вироблення організмом та метаболізм бурштинової кислоти, який становить близько 1 кг на добу у людини, янтарна кислота вважається нешкідливою. [10]
Під час спиртового бродіння і коли пізніше вино дозріває в контейнерах, таких як дерев'яні бочки або ємності з нержавіючої сталі, також виробляються центральні кислоти у вині (винна кислота, яблучна кислота та лимонна кислота), бурштинова кислота, оцтова кислота, масляна кислота та молочна кислота. Янтарна кислота в основному виробляється під час мацерації вуглецю і має смак злегка гірким і солоним, етерифікація до монометилсукцинату вносить у вино м’який фруктовий компонент.
Технічне використання
Янтарна кислота є хімічною речовиною платформи, річна потреба якої становить близько 15 000 тонн і ринковою вартістю від шести до дев'яти євро за кілограм [14]. Б. використовується для виробництва поліефірних та алкідних смол. [16] Деякі сукцинати, естерифіковані поліспиртами, використовуються як розчинники та пластифікатори для пластмас та восків; інші ефіри використовуються у виробництві парфумерії. У формі складних ефірів сульфоянтарної кислоти бурштинова кислота також використовується як важлива група ПАР, але вони зазвичай виготовляються на основі малеїнової кислоти.
Янтарна кислота також є однією з головних надій на промислові біотехнології як хімічну платформу і, отже, як сировину для різних хімічних речовин та полімерів промислового виробництва. Його можна використовувати як сировину для біотехнологічного виробництва. 1,4-бутандіолу (BDO), 1,4-бутандіаміну, тетрагідрофурану (THF), N-метил-2-піролідону (NMP), γ-бутиролактаму, γ-бутиролактону (GBL) та деяких інших продуктів. [11] Будучи основою для різноманітних продуктів у хімічній та фармацевтичній промисловості, а також для пластиків на біологічній основі, таких як поліаміди (ПА), поліефіри та співполіефіри, а також поліестераміди, бурштинова кислота цікава як біотехнологічно виготовлений продукт і прогнозується ринковий потенціал у кілька сотень тисяч тонн. [17] [14]
Разом з іншими представниками С4 дикарбонових кислот, такими як фумарова та яблучна кислоти, бурштинова кислота була визначена Міністерством енергетики США в 2004 році як одна з дванадцяти хімічних речовин платформи з особливим біотехнологічним виробничим потенціалом. [18] Під час перегляду списку з 2010 року, бурштинова кислота також є одним із десяти продуктів технології біопереробки з найбільшим потенціалом. [19]