Acid succinic - Școala de chimie
Acid succinic
solid cristalin incolor și inodor [1]
solubil în apă: 58 g l −1 (20 ° C) [1]
Acid succinic, de asemenea Acid succinil sau Acid butanedioic, E 363, este un acid dicarboxilic alifatic incolor, cristalin. Cristalele sunt ușor solubile în apă clocotită.
poveste
Acidul succinic a fost descoperit în 1546 de Georgius Agricola în timpul distilării uscate prin încălzirea chihlimbarului. Nicolas Lémery a fost primul care a recunoscut natura acidă a substanței în 1675 și Jöns Jakob Berzelius a aflat compoziția (C4H6O4) a acidului. Medicamentele pe bază de acid succinic și sărurile sale pentru utilizare în catar și sifilis au fost utilizate până în secolul al XX-lea. [4]
La sfârșitul secolului al XIX-lea, farmacistul Otto Helm, care locuia în Gdansk, a încercat să identifice originea chihlimbarului pe baza conținutului său de acid succinic. Acidul obținut prin distilare uscată și sublimat în replici a cântărit Helm și a ajuns la concluzia că o proporție între 3,2% și 8,2% sugerează chihlimbar baltic. În același timp, Helm a examinat chihlimbar sicilian și descoperiri arheologice din Roma antică folosind aceeași metodă. Deși nu a găsit urme de acid în probe de chihlimbar sicilian, piesele antice aveau un conținut de acid de la 4,1% la 6,3%. Helm a crezut că acest lucru a răspuns la întrebarea despre originea descoperirilor de chihlimbar făcute în Marea Mediterană, care a fost o problemă pentru arheologi de veacuri. Conform acestor constatări, trebuie să fi fost chihlimbar baltic. [5]
Ulterior s-a dovedit că conținutul de acid succinic nu este o caracteristică fiabilă a chihlimbarului baltic, deoarece concentrațiile corespunzătoare de acid succinic s-au găsit și în chihlimbar din alte zăcăminte europene. R.C.A. În 1970, Rottländer a ajuns la concluzia că acidul succinic nu a fost conținut în mod natural în chihlimbar, ci s-a format numai în cursul hidrolizei alcaline a chihlimbarului (ca sare alcalină) sau în timpul distilării uscate (ca anhidridă a acestuia). El a sugerat că acidul succinic (ca sare sau anhidridă) ar trebui privit ca un produs natural de oxidare a chihlimbarului și, astfel, ca un indicator al procesului său de îmbătrânire.
Întrebarea despre originea chihlimbarului antic din săpăturile arheologice este, prin urmare, încă subiectul unor discuții științifice și a fost recent încercată să răspundă cu ajutorul altor metode de investigație (spectroscopie în infraroșu, spectrometrie de masă, cromatografie cu gaze, spectroscopie de rezonanță magnetică nucleară [RMN] și altele). [6] [7] [8]
Apariție
Numele acidului succinic este derivat din chihlimbar, o piatră prețioasă fabricată din rășină fosilă care conține acid succinic. În mod tradițional, diferite tipuri de chihlimbar se distingeau pe baza substanțelor chimice în funcție de conținutul de acid succinic din succinite (3% până la 8%) și retinite (rășini fosile cu un conținut de acid succinic mai mic de 3% sau fără acid succinic). Acidul succinic se găsește și în multe cărbuni maronii. [9]
În metabolismul tuturor organismelor, sarea acidului succinic apare în timpul descompunerii glucozei ca etapă intermediară în regenerarea acidului oxaloacetic acceptor. În consecință, este un produs intermediar metabolic al ciclului citratului și apare și în ciclul ureei. În natură, acidul succinic se găsește și în multe sucuri de plante (rubarbă, roșii) [9], precum și în alge și ciuperci. [10]
La unele bacterii vii anaerob, acidul succinic poate fi, de asemenea, un produs final al metabolismului, de exemplu în rumenul de carne de vită. Acesta reprezintă un sistem în care o serie de bacterii vii în mod facultativ anaerob își obțin baza nutrițională din pulpa alimentară. Legăturile β-glicozidice ale celulozei din alimente sunt rupte de flora rumenului, în special de ciupercile pe care le conține. Zahărul din struguri rezultat (glucoza) servește ca substrat pentru microorganisme. Produsele metabolismului bacterian sunt în principal acizi carboxilici cu lanț scurt, cum ar fi acidul acetic și acidul succinic, precum și etanolul. Acidul succinic produs de bacterii servește la rândul său ca sursă de energie pentru alte bacterii, care îl transformă în acid propionic.
Extragerea și prezentarea
Tehnic
Din punct de vedere tehnic sunt cunoscute diferite căi sintetice pentru producerea acidului succinic. De obicei este produs prin hidrogenare catalitică a acidului maleic, anhidridului maleic sau acidului fumaric, prin care pot fi utilizați diferiți catalizatori (Ni, Cu, NiO, CuZnCr, Pd-Al2O3, Pd-CaCO3). În plus, este posibilă oxidarea 1,4-butandiolului (BDO), prin care există diferite căi tehnice. Este posibilă și hidrocarboxilarea acetilen glicolului, catalizată de RhCl3-pentaclorotiofenol, acetilenă, acid acrilic, 1,4-dioxan și propiolactonă. [9]
Biotehnologic
Acidul succinic poate fi produs din materii prime regenerabile prin fermentare, în special din amidon și diverse oligozaharide (zaharuri C6 și C5). [11] Aici, apariția naturală a acidului succinic în metabolism poate fi utilizată pentru a-l produce în mod specific de microorganisme. Această cale sintetică este încă testată.
Datorită posibilității de a produce biotehnologic acid succinic cu ajutorul bacteriilor, acesta este întărit cu Basfia succiniciproducens, [12] Mannheimia succiniciproducens [13] și Anaerobiospirillum succiniciproducens [14] cercetat. De asemenea, organismul model Escherichia coli, care trebuie optimizat pentru producerea de cantități mari de acid succinic prin inginerie metabolică este centrul cercetării. [15]
Proprietăți chimice
Cand Succinează una descrie sărurile și esterii acidului succinic. Termenul „succinat” este derivat din cuvântul latin suc (c) inum pentru chihlimbar. În rețelele lor de cristal, conțin ionul succinat ca un anion încărcat negativ. Formula generală a unui succinat alcalin este MOOC - CH2 - CH2 - COOM, M reprezintă în special ionii de sodiu și potasiu. Sucinații alcalini se dizolvă ușor în apă. Sucinatele alcalino-pământoase sunt dificile, celelalte succinate nu sunt deloc solubile în apă. Deci, cineva găsește Sucinat de calciu la fructele sau algele necoapte. Sucinații de tip ester pot fi descriși prin formula semi-structurală R-O-CO-CH2-CH2-CO-O-R.
Dacă acidul succinic este încălzit, acesta desparte apa și formează anhidridă succinică cu închidere inelară. [10]
utilizare
Utilizare în sectorul alimentar
Acidul succinic este numărul unu în UE ca aditiv alimentar E 363 aprobat și, datorită gustului ușor acru și, în același timp, ușor sărat, servește ca intensificator de aromă pentru deserturi, supe uscate și băuturi sub formă de praf. Diferite săruri ale acidului succinic sunt utilizate ca înlocuitori ai sării de masă în alimentele dietetice (Fe, Mg, Ca, K). [16] Datorită producției și metabolismului propriu de acid succinic, care este de aproximativ 1 kg pe zi la om, acidul succinic este considerat inofensiv. [10]
În timpul fermentației alcoolice și când vinul se maturează ulterior în recipiente precum butoaie de lemn sau recipiente din oțel inoxidabil, se produc și acizii centrali din vin (acid tartric, acid malic și acid citric), acid succinic, acid acetic, acid butiric și acid lactic. Acidul succinic este produs în principal în timpul macerării carbonice și are un gust ușor amar și sărat, esterificarea în succinat de monometil aduce vinului o componentă ușoară, fructată.
Utilizări tehnice
Acidul succinic este o substanță chimică de platformă cu o cerință anuală de aproximativ 15.000 de tone și o valoare de piață de șase până la nouă euro pe kilogram. [14] B. utilizate pentru producerea de rășini poliesterice și alchidice. [16] Unii succinați esterificați cu polialcoholi sunt folosiți ca solvenți și plastifianți pentru plastic și ceruri; alți esteri sunt utilizați în producția de parfumuri. Sub formă de esteri ai acidului sulfosuccinic, acidul succinic este, de asemenea, utilizat ca un grup important de agenți tensioactivi, dar aceștia sunt obținuți pe baza acidului maleic.
Acidul succinic este, de asemenea, una dintre principalele speranțe pentru biotehnologia industrială ca o substanță chimică de platformă și, astfel, ca materie primă pentru diverse substanțe chimice și polimeri produși industrial. Poate fi folosit ca materie primă pentru producția biotehnologică. de 1,4-butandiol (BDO), 1,4-butandiiedină, tetrahidrofuran (THF), N-metil-2-pirolidonă (NMP), γ-butirolactamă, γ-butirolactonă (GBL) și alte produse. [11] Ca bază pentru diverse produse din industria chimică și farmaceutică, precum și pentru materialele plastice pe bază de bio, cum ar fi poliamidele (PA), poliesterii și copoliesterii, precum și poliesteramidele, acidul succinic este interesant ca produs fabricat biotehnologic și se estimează un potențial de piață de câteva sute de mii de tone. [17] [14]
Împreună cu alți reprezentanți ai acizilor dicarboxilici C4, cum ar fi acidul fumaric și acidul malic, acidul succinic a fost identificat de către Departamentul de Energie al SUA în 2004 drept unul dintre cele douăsprezece produse chimice platformă cu un potențial de producție biotehnologic special. [18] Într-o revizuire a listei din 2010, acidul succinic este, de asemenea, unul dintre cele zece produse ale tehnologiei biorefinării cu cel mai mare potențial. [19]