Kyselina jantarová. Vlastnosti, vlastnosti, rozsah použití

Kyselina jantarová

Číslo CAS: 110-15-6
Hrubý vzorec: C4H6O4
Vzhled: bílý prášek
Chemický název a synonyma: kyselina jantarová, kyselina butandiová; 1,2-ethandikarboxylová kyselina; Kyselina jantarová
Fyzikálně-chemické vlastnosti:
Molekulová hmotnost 118.09 g/mol
Teplota tání 185-190 °C
Bod varu 235 ºC
Rozpustnost ve vodě: částečně rozpustný ve studené vodě 80 g/l (20 ºC)
Specifická hmotnost: 1,56 (voda = 1)
Hořlavost látky: Může být hořlavý při vysokých teplotách.
Produkty spalování látek: těmito produkty jsou oxidy uhlíku (CO, CO2).

Popis:

Kyselina jantarová nebo kyselina butandiová je dikarboxylová kyselina sestávající ze čtyř atomů uhlíku a nachází se v rostlinných a živočišných tkáních. Kyselina jantarová ve svém fyzikálním stavu jsou pevné krystaly bez zápachu, je rozpustná ve vodě a má kyselou chuť. Je rozpustný ve vodě, mírně rozpustný v ethanolu, etheru, acetonu a glycerinu. Kyselina jantarová není rozpustná v benzenu, sirouhlíku, tetrachlormethanu nebo olejovém etheru. Kyselina jantarová může produkovat acylhalogenidy, anhydridy, estery, amidy a nitrily pro aplikace v lékařství, zemědělství, potravinářství a dalších průmyslových odvětvích.

Tato čtyřsytná dikarboxylová kyselina se používá v různých průmyslových odvětvích, včetně polymerů (vlákna oděvů), potravin, povrchově aktivních látek a dalších látek a příchutí.

Chemická látka hraje důležitou roli v intermediárním metabolismu nebo Krebsově cyklu v těle. Kyselina jantarová je rozšířená v přírodě, kde se vyskytuje dokonce v mořských organismech elasmobranch, řasách, lišejnících, bakteriích atd. Poprvé byla identifikována v polovině 16. století, kdy Dr. George Agricola „destiloval“ jantar v Německu. Kyselina jantarová je netoxická, stabilní a neškodná pro lidský organismus. Vzniká v cyklu kyseliny citrónové a cyklu kyselina jantarová-glycin procesem metabolismu a v důsledku toho se vyrábí energie.

Použití:

Látka kyseliny jantarové se často používá k výrobě aromatických produktů a používá se pro potraviny a nápoje. Široce používané v chemickém průmyslu: při výrobě barev a laků, barviv, alkydových pryskyřic, polymerů a dalších chemikálií. Kyselina jantarová, která se používá jako chemický meziprodukt v lékařství, výrobě laků a k výrobě esterů parfémů. Používá se také v potravinách jako sekvestrant, pufr a neutralizační činidlo.

Je výchozím materiálem při syntéze některých důležitých chemikálií, například kyseliny adipové, N-methylpyrrolidinonu, 2-pyrrolidinonu, sukcinátových solí, 1,4-butandiolu, anhydridu kyseliny maleinové, tetrahydrofuranu a gama-butyrolaktonu, které se používají ve farmacii. , lze z něj získat.

Kyselina jantarová má mnoho použití ve farmaceutickém průmyslu – je například výchozí surovinou pro aktivní farmaceutické přísady (API), jako přísada do formulací se monoethylester kyseliny jantarové používá jako inzulinotropní činidlo a sloučenina se také používá jako síťující činidlo v polymerech, které řídí medicínu. V lékařství je kyselina jantarová často součástí některých léků, jako jsou sedativa, spazmolytika, NSAID, antikoncepce a dokonce i v onkologii.

Podobně jako kyselina mléčná a 1,3-propandiol může být kyselina jantarová použita jako monomer pro syntézu polymerů. Enzymatická výroba kyseliny jantarové z obnovitelných zdrojů se v posledních letech těší velkému zájmu.

Uvolnění této látky do životního prostředí může nastat při průmyslovém použití: jako mezikrok při další výrobě jiné látky (použití meziproduktů), v technologiích průmyslového zpracování, při výrobě produktů, pro výrobu termoplastů a jako zpracovatelská pomůcka.

Příjem:

Chemikálie je také známá jako „Duch jantaru“. Když byl poprvé objeven, byl extrahován z jantaru mletím a destilací pomocí pískové lázně.

Dnes se kyselina jantarová vyrábí pro lidské použití synteticky nebo se přeměňuje z biomasy fermentací. Běžné průmyslové syntetické cesty zahrnují částečnou hydrogenaci kyseliny maleinové, oxidaci 1,4-butandiolu a karbonylaci ethylenglykolu. Genové inženýrství mikroorganismů jako Escherichia coli nebo Saccharomyces cerevisiae navíc v poslední době umožnilo produkci komerčních produktů při fermentaci glukózy. Celosvětová produkce se odhaduje na 16 000–30 000 tun ročně s roční mírou růstu 10 %.

Mnoho metabolicky modifikovaných bakterií E. coli bylo vyvinuto jako příznivější organismy pro enzymatickou produkci kyseliny jantarové z glukózy. Za anaerobních podmínek produkuje E. coli směs organických kyselin, včetně kyseliny jantarové. Pro zvýšení produkce kyseliny jantarové bylo studováno mnoho přístupů metabolického inženýrství a mutací, včetně:

1) nadměrná exprese nativní fosfoenolpyruvát (PEP) karboxylázy pro převedení více pyruvátu do kyseliny jantarové

2) nadměrná exprese fumarát reduktázy pro další zlepšení konverze fumarátu

3) inaktivace genů pyruvátformiátlyázy (pfl) a laktátdehydrogenázy (ldhA) k uzavření konkurenčních drah, když je nadměrně exprimován jablečný enzym.

4) zavedení heterologních genů pro pyruvátkarboxylázu (pyc) pro zvýšení dostupnosti oxalacetátu

5) inaktivace genu ptsG a glukózofosfotransferázového systému (PTSG) pro zvýšení dostupnosti fosfoenolpyruvátu.

Kmen E. coli s mutacemi v pfl, ldhA, pyc a ptsG byl schopen produkovat kyselinu jantarovou z glukózy s vysokou konečnou koncentrací (99,2 g/l), produktivitou (1,3 g/l) a výtěžkem (1,1 g/g) ve dvoufázové (aerobní pro buněčný růst s následnou anaerobní pro produkci) fermentaci pomocí komplexního média obsahujícího kvasinkový extrakt a trypton. Výtěžky sukcinátu (sukcinátový aniont) nad 1,0 g/g jsou pravděpodobně způsobeny zahrnutím CO2 a dalších zdrojů uhlíku přítomných v prostředí komplexu.

Enzymatická produkce kyseliny jantarové rekombinantní E. coli je omezena kofaktorem NADH a špatným buněčným růstem a pomalou produkcí za anaerobních podmínek [97, 98]. Byl vyvinut systém aerobní produkce sukcinátu, který umožňuje E. coli produkovat a akumulovat sukcinát za aerobních podmínek. Mnohočetné mutace v cyklu trikarboxylových kyselin (sdhAB, icd, iclR) a acetátových drahách (poxB, ackA-pta) přesměrovávají tok uhlíku na kyselinu jantarovou dvěma cestami:

1) glyoxylátový cyklus, kdy je icd také vyřazen, a 2) oxidační větev cyklu TCA, kdy není vyřazen icd. Ztráta sdhAB umožňuje akumulaci sukcinátu v mutantech, která se normálně v E. coli za aerobních podmínek nevyskytuje. Když je ptsG inaktivován a nadměrně exprimuje malátovou zpětnou inhibici rezistentní na pyrátkarboxylázu, jsou mutanti schopni produkovat maximální teoretický výtěžek sukcinátu 1,0 mol/mol (0,66 g/g) spotřebovaného glukózou. Jedná se o první aerobní systém produkce sukcinátu založený na vytvoření nové aerobní centrální metabolické sítě v E. coli. Produktivita sukcinátu však byla nízká, méně než 0,27 g/l-h, a došlo k významné akumulaci pyruvátového cyklu a cyklu TCA. meziprodukty v cyklu C6. Pro tento systém je zapotřebí více zlepšení v metabolickém inženýrství, aby byla produkce aerobního sukcinátu efektivnější a ekonomičtější.

Působení na tělo:

Látka se účastní Krebsova cyklu, který je pro tělo nejdůležitější. Krebsův cyklus je sekvenční enzymatický reakční proces, ve kterém se kyselina jantarová převádí ve 3 krocích na čtyřuhlíkový oxaloacetát, aby poskytla energii ve formě vysokoenergetických fosfátových vazeb.

Kyselina jantarová je schopna dodat elektrony do elektronového transportního řetězce. Sukcinátdehydrogenáza (SDH) hraje důležitou roli v mitochondriální funkci, je součástí jak dýchacího řetězce, tak Krebsova cyklu. SDH s kovalentně připojenou protetickou FAD skupinou je schopen vázat několik různých enzymových substrátů (sukcinát a fumarát) a fyziologické regulátory (oxaloacetát a ATP). Oxidující sukcinát váže SDH na rychlý Krebsův cyklus, kde se podílí na odbourávání acetyl-CoA v celém Krebsově cyklu. Sukcinát lze snadno importovat do mitochondriální matrice pomocí dikarboxylátového nosiče citlivého na n-butylmalonát (nebo fenylsukcinát) výměnou za anorganický fosfát nebo jinou organickou kyselinu. Mutace čtyř genů kódujících podjednotky mitochondriální sukcinátdehydrogenázy jsou spojeny s širokým spektrem klinických projevů, tedy s Huntingtonovou chorobou. Kromě toho se předpokládá, že kyselina jantarová je spojena s kyselinou D-2-hydroxyglutarovou, což je vrozená chyba metabolismu. Kyselina jantarová byla nedávno identifikována jako onkometabolit nebo endogenní rakovinotvorný metabolit. Vysoké hladiny této organické kyseliny lze nalézt v nádorech nebo biofluidách obklopujících nádory. Zdá se, že jeho onkogenní účinek souvisí s jeho schopností inhibovat enzymy obsahující prolylhydroxylázu. U mnoha nádorů se dostupnost kyslíku velmi rychle omezí (hypoxie) v důsledku rychlé proliferace buněk a omezeného růstu krevních cév. Hlavním regulátorem odpovědi na hypoxii je transkripční faktor HIF (HIF-alfa). Za normálních hladin kyslíku jsou hladiny HIF-alfa proteinu velmi nízké v důsledku neustálé degradace zprostředkované sérií posttranslačních modifikačních událostí katalyzovaných doménou obsahujícími enzymy PHD1, 2 a 3 (také známé jako EglN2, 1 a 3 ), které hydroxylují HIF -alfa a vedou k jeho degradaci. Všechny tři PHD enzymy jsou inhibovány sukcinátem.

Kyselina jantarová se také ukázala jako dobré „přírodní“ antibiotikum díky své relativně kyselé nebo žíravé povaze (vysoké koncentrace mohou dokonce způsobit popáleniny). Bylo prokázáno, že doplňky sukcinátu pomáhají snižovat účinky kocoviny tím, že podporují degradaci acetaldehydu – toxického vedlejšího produktu metabolismu alkoholu – na CO2 a H2O prostřednictvím aerobního metabolismu. Bylo prokázáno, že kyselina jantarová stimuluje obnovu nervového systému a posiluje imunitní systém. Také se tvrdilo, že zlepšuje uvědomění, koncentraci a reflexy.

Kyselina jantarová má speciální vlastnosti, které zmírňují stres a úzkost. Zlepšuje buněčné dýchání.

Nedávné studie ukázaly, že schopnost kyseliny jantarové zlepšovat buněčné dýchání a také metabolismus glukózy, což umožňuje tělu optimálně fungovat. Když jsou buňky schopny přijímat kyslík a využívat jej pro energii.

Toxikologické údaje: