Натрия фумарат как химическое соединение¶

Натрия фумарат — соль натрия и фумаровой кислоты (транс-бутендиовой кислоты), относящаяся к классу дикарбоновых ненасыщенных карбоновых кислот. В зависимости от степени замещения водорода в карбоксильных группах различают однозамещённую (гидрофумарат, мононатриевая соль) и двузамещённую (фумарат натрия, динатриевая соль) формы. Соединение широко применяется в пищевой, фармацевтической и химической промышленности, а также встречается в живых организмах как промежуточный метаболит цикла Кребса.

¶Химическая характеристика

Фумаровая кислота (HOOC–CH=CH–COOH) содержит две карбоксильные группы, присоединённые к атомам углерода двойной связи в транс-конфигурации. При взаимодействии с гидроксидом натрия или карбонатом натрия образуются соли:

• Мононатрия фумарат (NaHC₄H₂O₄) — продукт нейтрализации одной карбоксильной группы;
• Динатрия фумарат (Na₂C₄H₂O₄) — продукт полного замещения обоих атомов водорода.

Молекулярная масса динатриевой соли составляет около 160,04 г/моль. Соединение хорошо растворимо в воде, образует кристаллогидраты, устойчиво при обычных условиях, но при нагревании выше 250 °C разлагается. Водные растворы имеют слабощелочную или нейтральную реакцию в зависимости от формы соли. Транс-изомер (фумарат) термодинамически устойчивее цис-изомера (малеата), что определяет его биологическую роль.

¶Биологическое значение

В живых клетках фумарат является ключевым интермедиатом цикла трикарбоновых кислот (цикла Кребса). Под действием фермента фумаразы (фумаратгидратазы) фумарат гидратируется до малата (яблочной кислоты). Этот процесс лежит в основе аэробного дыхания и энергетического обмена. Нарушения активности фумаразы связаны с редкими наследственными заболеваниями — фумаразной недостаточностью, проявляющейся неврологической симптоматикой и миопатией.

Соли фумаровой кислоты участвуют в метаболизме аминокислот, в частности в цикле мочевины и синтезе аспартата. В растениях фумарат накапливается в тканях некоторых видов и влияет на кислотность клеточного сока.

¶Способы получения

Основные методы синтеза:

1. Нейтрализация фумаровой кислоты гидроксидом натрия в стехиометрическом соотношении. При избытке щёлочи образуется динатриевая соль, при недостатке — мононатриевая.
2. Изомеризация малеата натрия — цис-изомер под действием температуры, кислот или катализаторов переходит в транс-форму.
3. Промышленный синтез из малеинового ангидрида с последующей гидратацией и нейтрализацией.

Фумаровая кислота в промышленных масштабах получается каталитическим окислением бензола или бутана, а также микробиологическим путём с использованием грибов рода Rhizopus.

¶Применение

¶Пищевая промышленность

Динатрия фумарат зарегистрирован как пищевая добавка E237 (мононатриевая соль) и E238 (динатриевая соль). Однако из-за ограничений по безопасности в ряде стран эти добавки применяются ограниченно. Фумаровая кислота и её соли используются как регуляторы кислотности, консерванты и подкислители в напитках, кондитерских изделиях, желатиновых десертах. В некоторых юрисдикциях добавки E237 и E238 запрещены к использованию в продуктах питания.

¶Фармацевтика

В медицине находят применение соли фумаровой кислоты:

• Железа фумарат — препарат железа для лечения железодефицитной анаемии;
• Фумарат кетотифена — антигистаминное средство;
• Фумарат бисопролола — бета-адреноблокатор для терапии гипертонии и ишемической болезни сердца;
• Диметилфумарат — средство для лечения рассеянного склероза и псориаза.

Натриевые соли применяются как вспомогательные компоненты буферных растворов и в составе инфузионных сред.

¶Промышленность и химия

Фумарат натрия используется:

• как сырьё для синтеза полимеров и сополимеров (например, в производстве ненасыщенных полиэфирных смол);
• в качестве компонента электролитов и буферных систем;
• при обработке поверхностей металлов как ингибитор коррозии;
• в текстильной промышленности для отделки тканей.

¶Безопасность и регулирование

Фумаровая кислота и её натриевые соли при умеренном потреблении считаются относительно безопасными. Однако избыточное поступление может вызывать раздражение желудочно-кишечного тракта. В Европейском союзе и ряде других регионов добавки E237 и E238 исключены из списка разрешённых к применению в пищевых продуктах из-за недостаточной доказательной базы безопасности и возможного образования побочных продуктов.

В фармацевтических препаратах дозировка строго регламентируется. Динатрия фумарат не обладает выраженной токсичностью при наружном и пероральном применении в рекомендованных количествах.

¶Сравнение с близкими соединениями

Различие между фумаратом и малеатом определяется геометрией молекулы: транс-изомер (фумарат) более стабилен и преобладает в биологических системах.

¶Распространённость в природе

Фумаровая кислота обнаружена в ряде растений (дымянка, грибы, лишайники), а также в организме животных как метаболит. Натриевые соли образуются при нейтрализации кислоты в физиологических условиях. В почвах и природных водах фумараты присутствуют в следовых количествах как продукты разложения органики.