Structure, propriétés, utilisations et risques de l'acide fumarique

Le acide fumarique ou transbutènedioïque est un acide dicarboxylique faible qui intervient dans le cycle de Krebs (ou cycle de l'acide tricarboxylique) et dans le cycle de l'urée. Sa structure moléculaire est HOOCCH = CHCOOH, dont la formule moléculaire condensée est C₄H₄O₄. Les sels et les esters de l'acide fumarique sont appelés fumarates.

Il est produit dans le cycle de Krebs à partir du succinate qui est oxydé en fumarate par l'action de l'enzyme succinate déshydrogénase, en utilisant le FAD (Flavin Adenyl Dinucleotide) comme coenzyme. Alors que le DCP est réduit à FADH₂. Par la suite, le fumarate est hydraté en L-malate par l'action de l'enzyme fumarase.

Dans le cycle de l'urée, l'arginosuccinate est converti en fumarate par l'action de l'enzyme arginosuccinate lyase. Le fumarate est converti en malate par la fumarase cytosolique.

L'acide fumarique peut être fabriqué à partir de glucose dans un processus à médiation par le champignon Rhizopus nigricans. L'acide fumarique peut également être obtenu par l'isomérisation calorique de l'acide maléique. Il peut également être synthétisé par oxydation du furfural avec du chlorate de sodium en présence de pentoxyde de vanadium.

L'acide fumarique a de nombreuses utilisations; comme additif alimentaire, préparation de résine et dans le traitement de certaines maladies, telles que le psoriasis et la sclérose en plaques. Cependant, il présente de légers risques pour la santé qui doivent être pris en compte.

Index

• 1 structure chimique
  • 1.1 Isomère géométrique
• 2 propriétés physiques et chimiques
  • 2.1 Formule moléculaire
  • 2.2 Poids moléculaire
  • 2.3 Apparence physique
  • 2.4 Odeur
  • 2.5 Goût
  • 2.6 Point d'ébullition
  • 2.7 Point de fusion
  • 2.8 Point d'éclair
  • 2.9 Solubilité dans l'eau
  • 2.10 Solubilité dans d'autres liquides
  • 2.11 Densité
  • 2.12 Pression de vapeur
  • 2.13 Stabilité
  • 2.14 Auto-allumage
  • 2.15 Chaleur de combustion
  • 2.16 pH
  • 2.17 Décomposition
• 3 utilisations
  • 3.1 Dans les aliments
  • 3.2 Dans la préparation des résines
  • 3.3 En médecine
• 4 risques
• 5 références

Structure chimique

La structure moléculaire de l'acide fumarique est illustrée dans l'image supérieure. Les sphères noires correspondent aux atomes de carbone qui composent son squelette hydrophobe, tandis que les sphères rouges appartiennent aux deux groupes COOH carboxyliques. Ainsi, les deux groupes COOH ne sont séparés que par deux atomes de carbone liés par une double liaison, C = C.

On peut dire que la structure de l'acide fumarique a une géométrie linéaire. C'est parce que tous les atomes dans son squelette carbonaté ont une hybridation sp² et, par conséquent, reposent sur le même plan en plus des deux atomes d'hydrogène centraux (les deux sphères blanches, l'une dirigée vers le haut et l'autre vers le bas).

Les deux seuls atomes qui dépassent de ce plan (et avec peu d’angles prononcés) sont les deux protons acides des groupes COOH (les sphères blanches sur les côtés). Lorsque l'acide fumarique est complètement déprotoné, il acquiert deux charges négatives qui résonnent à ses extrémités, devenant ainsi un anion dibasique.

Isométrie géométrique

La structure de l'acide fumarique présente une isomérie trans (ou E). Cela réside dans les positions spatiales relatives des substituants à double liaison. Les deux petits atomes d'hydrogène pointent dans des directions opposées, comme le font les deux groupes COOH.

Cela donne à l'acide fumarique un squelette "en zigzag". Alors que pour son autre isomère géométrique, le cis (ou Z), qui n’est rien d’autre que l’acide maléique, a un squelette incurvé en forme de «C». Cette courbure résulte de la rencontre frontale des deux groupes COOH et des deux H dans les mêmes orientations:

Propriétés physiques et chimiques

Formule Moléculaire

C₄H₄O₄.

Poids moléculaire

116,072 g / mol.

Aspect physique

Un solide cristallin incolore. Les cristaux sont monocliniques sous la forme d'une aiguille.

Poudre cristalline blanche ou granulés.

Odeur

Toilettes

Le goût

Un agrume.

Point d'ébullition

329º F à une pression de 1,7 mmmHg (522º C). Sublimer à 200º C (392º F) et se décomposer à 287º C.

Point de fusion

572º F à 576º F (287º C).

Point d'éclair

273º C (vase ouvert). 230º C (verre fermé).

Solubilité dans l'eau

7 000 mg / l à 25 ° C

Solubilité dans d'autres liquides

-Soluble dans l'éthanol et dans l'acide sulfurique concentré. Avec l'éthanol, il peut former des liaisons hydrogène et, contrairement aux molécules d'eau, celles-ci interagissent avec une plus grande affinité avec le squelette organique de sa structure.

-Substantiellement soluble dans l'ester éthylique et l'acétone.

Densité

1,635 g / cm³ à 68º F. 1,635 g / cm³ à 20º C.

Pression de vapeur

1,54 x 10^-4 mmHg à 25 ° C

La stabilité

Il est stable bien qu'il soit dégradable par les microorganismes aérobies et anaérobies.

Lorsque l'acide fumarique est chauffé dans un récipient fermé avec de l'eau entre 150 ° C et 170 ° C, il se forme de l'acide DL-malique.

Auto-allumage

1,634º F (375º C).

Chaleur de combustion

2,760 cal / g.

pH

3,0-3,2 (solution à 0,05% à 25 ° C).Cette valeur dépend du degré de dissociation des deux protons, car il s'agit d'un acide dicarboxylique et, par conséquent, diprotique.

Décomposition

Il se décompose en chauffant, produisant un gaz corrosif. Réagit violemment avec les oxydants puissants, en provoquant des gaz toxiques et inflammables qui pourraient provoquer un incendie et même des explosions.

Soumis à une combustion partielle, l'acide fumarique devient l'irritant de l'anhydride maléique.

Utilise

Dans la nourriture

-Il est utilisé comme acidulant dans les aliments, remplissant une fonction de régulation de l'acidité. Il peut également remplacer l'acide tartrique et l'acide citrique à cette fin. En outre, il est utilisé comme agent de conservation pour les aliments.

-Dans l'industrie alimentaire, l'acide fumarique est utilisé comme agent de sourcing pour les boissons gazeuses, les vins de style occidental, les boissons froides, les concentrés de jus de fruits, les conserves de fruits, les marinades, les glaces et les boissons gazeuses.

L'acide fumarique est utilisé dans les boissons quotidiennes, telles que le lait au chocolat, le lait de poule, le cacao et le lait concentré. De l'acide fumarique est également ajouté au fromage, y compris les fromages fondus et les substituts de fromage.

- Les desserts tels que le pudding, le yaourt aromatisé et les sorbets peuvent contenir de l’acide fumarique. Cet acide peut préserver les œufs et les desserts à base d'œufs comme la crème anglaise.

Utilisations supplémentaires dans l'industrie alimentaire

L'acide fumarique aide à stabiliser et à aromatiser les aliments. Le bacon et les aliments en conserve contiennent également des agrégats de ce composé.

- Son utilisation combinée aux benzoates et à l'acide borique est utile contre la dégradation de la viande, du poisson et des crustacés.

- Il a des propriétés antioxydantes, il a donc été utilisé dans la conservation du beurre, du fromage et du lait en poudre.

-Facilita la manipulation de la pâte à farine, ce qui lui permet de travailler plus facilement.

-Il a été utilisé avec succès dans l'alimentation des porcs en termes de prise de poids, d'amélioration de l'activité digestive et de diminution des bactéries pathogènes dans le système digestif.

Dans la préparation des résines

L'acide fumarique est utilisé dans la production de résines polyester insaturées. Cette résine présente une excellente résistance à la corrosion chimique et à la résistance à la chaleur. En outre, il est utilisé dans la fabrication de résines alkydes, de résines phénoliques et d’élastomères (caoutchoucs).

-Le copolymère d'acide fumarique et d'acétate de vinyle est une forme d'adhésif de haute qualité. Le copolymère d'acide fumarique et de styrène est une matière première dans la fabrication des fibres de verre.

-Il a été utilisé pour l'élaboration d'alcools polyhydriques et comme mordant de colorants.

En médecine

- Le fumarate de sodium peut réagir avec le sulfate ferreux pour former le gel de fer ferreux, à l'origine du médicament sous le nom de Fersamal. Il est également utilisé dans le traitement de l'anémie chez les enfants.

-L'ester diméthylfumarate a été utilisé dans le traitement de la sclérose en plaques, entraînant ainsi une réduction de la progression du handicap.

- Plusieurs esters d’acide fumarique ont été utilisés dans le traitement du psoriasis. Les composés de l'acide fumarique exercent leur action thérapeutique par leur capacité immunomodulatrice et immunosuppressive.

-La plante Fumaria officinalis contient naturellement de l'acide fumarique et est utilisée depuis des décennies dans le traitement du psoriasis.

Cependant, une insuffisance rénale, une insuffisance hépatique, des effets gastro-intestinaux et des bouffées vasomotrices ont été observés chez un patient traité par acide fumarique pour traiter le psoriasis. Le trouble a été diagnostiqué comme une nécrose tubulaire aiguë.

Expérimente avec ce composé

-Dans une expérience réalisée sur des humains ayant reçu 8 mg d'acide fumarique / jour pendant un an, aucun des participants n'a présenté de lésions hépatiques.

L'acide fumarique a été utilisé pour inhiber les tumeurs hépatiques induites chez la souris par le thioacétamide.

-Il a été utilisé chez des souris traitées avec la mitomycine C. Ce médicament produit des altérations hépatiques, qui consistent en plusieurs changements cytologiques, tels que l'irrégularité périnucléaire, l'agrégation de la chromatine et des organites cytoplasmiques anormaux. De même, l'acide fumarique réduit l'incidence de ces changements.

-En expériences avec des rats, l'acide fumarique a montré une capacité inhibitrice pour le développement de papillomes de l'œsophage, de gliomes cérébraux et de tumeurs mésenchymateuses du rein.

-Il existe des expériences qui montrent un effet inverse de l'acide fumarique par rapport aux tumeurs cancéreuses. Il a récemment été identifié comme un oncométabolite ou un métabolite endogène capable de provoquer un cancer. Il y a des niveaux élevés d'acide fumarique dans les tumeurs et dans le fluide entourant la tumeur.

Les risques

- En contact avec les yeux, l’acide fumarique en poudre peut provoquer des irritations qui se manifestent par des rougeurs, des larmoiements et des douleurs.

-En contact avec la peau peut provoquer une irritation et des rougeurs.

- Votre inhalation peut irriter la membrane muqueuse des narines, du larynx et de la gorge. Il peut aussi causer une toux ou un essoufflement.

- d'autre part, l'acide fumarique ne présente pas de toxicité lorsqu'il est ingéré.

Références

1. Steven A. Hardinger (2017). Glossaire illustré de chimie organique: acide fumarique. Tiré de: chem.ucla.edu
2. Groupe Transmerquim. (Août 2014). Acide fumarique. [PDF] Tiré de: gtm.net
3. Wikipedia. (2018). Acide fumarique Tiré de: en.wikipedia.org/wiki/Fumaric_acid
4. PubChem. (2018). Acide fumarique Tiré de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Société royale de chimie. (2015). Acide fumarique Tiré de: chemspider.com
6. ChemicalBook. (2017). Acide fumarique Tiré de: chemicalbook.com