Фумаровая кислота и её соли¶

Фумаровая кислота (транс-бутендиовая кислота, химическая формула HOOC–CH=CH–COOH) — двухосновная ненасыщенная карбоновая кислота с одной двойной связью между атомами углерода. Её соли и сложные эфиры носят общее название фумараты (реже — фумораты). Это белое кристаллическое вещество без запаха, плохо растворимое в воде, широко распространённое в живой природе и применяемое в пищевой, химической и фармацевтической промышленности.

¶Общие сведения

Фумаровая кислота относится к дикарбоновым кислотам с сопряжённой системой «двойная связь — карбоксильные группы». Молярная масса — 116,07 г/моль. При нагревании выше 200 °C возгоняется, при быстром нагреве до 250–300 °C частично разлагается с образованием малеинового ангидрида. Хорошо растворяется в спиртах, эфире, ацетоне, хуже — в воде и бензоле.

Фумаровая кислота является транс-изомером малеиновой кислоты (цис-изомер). Оба соединения имеют одинаковую брутто-формулу C₄H₄O₄, но различаются пространственным строением. Транс-конфигурация делает молекулу более устойчивой: фумаровая кислота не образует циклического ангидрида при обычных условиях, тогда как малеиновая легко его даёт.

¶История

Впервые фумаровая кислота была выделена в 1832 году из дыма, образующегося при сжигании растения Fumaria officinalis (дымянка лекарственная). От латинского названия этого растения и произошло наименование вещества. Позже кислоту обнаружили в грибах, лишайниках и ряде других природных объектов. Промышленное значение соединение приобрело в XX веке, когда были разработаны способы его синтеза из малеинового ангидрида и других доступных продуктов нефтехимии.

¶Нахождение в природе

Фумаровая кислота участвует в важнейших биохимических процессах:

• Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) — фумарат образуется при дегидратации яблочной кислоты (малата) под действием фермента фумаразы и далее превращается в яблочную кислоту при гидратации. Эта реакция — одна из стадий клеточного дыхания.
• Цикл мочевины (орнитиновый цикл) — аргининосукцинат расщепляется на аргинин и фумарат, который затем включается в цикл Кребса.
• Метаболизм растений и микроорганизмов — фумаровая кислота накапливается в некоторых грибах, лишайниках и высших растениях, участвует в обмене веществ у анаэробных бактерий.

¶Физические и химические свойства

Химически фумаровая кислота проявляет свойства типичной ненасыщенной дикарбоновой кислоты: образует соли (фумараты), сложные эфиры (диметилфумарат, диэтилфумарат), присоединяет воду, галогены, галогеноводороды по двойной связи. При гидратации превращается в яблочную кислоту.

¶Получение

Основные промышленные способы:

• Изомеризация малеиновой кислоты — нагревание малеиновой кислоты или её ангидрида в присутствии катализаторов (минеральных кислот, солей).
• Каталитическое окисление — окисление бензола, бутана или фурфурола в присутствии ванадиевых катализаторов.
• Ферментативный синтез — биотехнологическое получение с использованием микроорганизмов (например, грибов рода Rhizopus), способных накапливать фумаровую кислоту в больших количествах.
• Выделение из природного сырья — в ограниченных масштабах.

¶Применение

¶Пищевая промышленность

Фумаровая кислота зарегистрирована как пищевая добавка E297 и используется как регулятор кислотности, подкислитель и консервант. Применяется в производстве напитков, кондитерских изделий, жевательной резинки, сухих смесей. Её соли и эфиры также находят применение как улучшители вкуса и стабилизаторы.

¶Промышленность и химия

• Сырьё для синтеза полиэфирных смол, алкидных смол и ненасыщенных полиэфиров.
• Производство бумаги и клеев.
• Компонент моющих средств и средств для удаления накипи.
• Промежуточный продукт в органическом синтезе (получение яблочной, аспарагиновой кислот, тетрагидрофурана).

¶Медицина и фармацевтика

Соли фумаровой кислоты применяются в лекарственных препаратах:

• Фумарат железа — источник двухвалентного железа для лечения и профилактики железодефицитной анемии.
• Диметилфумарат — применяется при лечении рассеянного склероза и псориаза; механизм связан с иммуномодулирующим действием.
• Фумарат кетотифена — антигистаминный препарат для лечения аллергии и бронхиальной астмы.
• Фумарат бисопролола — бета-адреноблокатор для лечения гипертонии и сердечной недостаточности.
• Фумарат формотерола — бронхолитик для ингаляционного применения.

¶Сельское хозяйство

Фумаровая кислота и её соли используются как подкислители кормов для животных, а также как компоненты удобрений и средств защиты растений.

¶Безопасность

Фумаровая кислота относится к умеренно опасным веществам. При попадании на кожу и слизистые оболочки вызывает раздражение; при вдыхании пыли возможно раздражение дыхательных путей. В пищевых концентрациях считается безопасной; допустимое суточное потребление не ограничено. При работе с концентрированной кислотой рекомендуется использовать средства индивидуальной защиты.

¶Соли и эфиры (фумараты)

Наиболее известные производные:

• Фумарат натрия — пищевая добавка, регулятор кислотности.
• Фумарат калия — используется в пищевой промышленности.
• Фумарат кальция — источник кальция, применяется в медицине и как добавка к пище.
• Диметилфумарат — лекарственное средство и промышленный реагент.
• Диэтилфумарат — растворитель и промежуточный продукт синтеза.
• Фумарат железа — гемопоэтическое средство.

¶Значение

Фумаровая кислота и её производные занимают заметное место в биохимии (как участник ключевых метаболических путей), в промышленном органическом синтезе и в фармакологии. Благодаря доступности сырья и относительно простым методам получения фумараты остаются востребованными продуктами химической промышленности.