Малеиновая и фумаровая кислоты

Кислота малеиновая: формула, свойства

Малеиновая кислота была впервые получена почти 200 лет тому назад. Ее удалось синтезировать посредством перегонки яблочной кислоты. В дальнейшем она нашла свое применение в химической области, и об этом стоит рассказать в подробностях. Впрочем, сначала речь пойдет о ее свойствах и прочих особенностях.

Общие характеристики

Формула малеиновой кислоты выглядит так: НООС-СН=СН-СООН (или H4C4O4). Данное вещество представляет собой органическое соединение с двумя основами. В соответствии с номенклатурой IUPAC, его правильно называть цис-бутендиовой кислотой.

Характеристики данного вещества можно выделить в следующий перечень:

· Молярная масса составляет 116,07 г/моль.

· Плотность равна 1,59 г/см³.

· Температура плавления и разложения достигает 135 °C. Вспышка происходит при 127 °C.

· Показатель растворимости в воде составляет 78,8 г/л. Лучше всего этот процесс осуществляется при 25°C.

У данного вещества есть транс-изомер, и он известен как фумаровая кислота. Ее молекулы более стабильны, чем у малеиновой. Отсюда и разница в показателях температуры сгорания, составляющая 22,7 кДж/моль.

А еще фумаровая кислота, в отличие от малеиновой, очень плохо растворяется в воде. Всего 6,3 г/л. Это объясняется тем, что в малеиновых молекулах образуется водородная связь.

У ангидрида очень разнообразные химические свойства, ведь он имеет крайне высокую реакционную способность и две функциональные группы. Малеиновая кислота образуется вследствие его взаимодействия с водой. А вот если соединить его со спиртами, то получатся неполные эфиры.

Сам ангидрид раньше синтезировали посредством окисления бензола или иных ароматических соединений. Сейчас этот метод используют редко. Из-за выросших на бензол цен и влияния этого вещества на экологическую среду, его заменили н-бутаном – углеводородом класса алканов.

Вступление в реакции

Стоит отметить, что малеиновую кислоту реально превратить в яблочную. Это достигается посредством гидратации – присоединением молекул воды к ионам/частицам основного вещества. Яблочная кислота известна как пищевая добавка под обозначением Е296. У нее природное происхождение, так что она используется в кондитерском деле и в производстве фруктовых вод. Еще она применима в медицине.

Также малеиновое соединение можно превратить и в янтарную кислоту, которую используют для стимуляции роста растений и повышения урожая. Впервые ее получили в XVII столетии перегонкой янтаря.

А сейчас данное вещество синтезируют гидрированием малеиновой кислоты. То есть путем присоединения к ней водорода.

А посредством дегидратации (отщеплением воды от молекул) из нее можно получить ангидрид малеиновой кислоты.

Все перечисленные реакции теоретически могли бы использоваться в промышленности для производства указанных веществ. Вот только они экономически невыгодны, поэтому к ним не прибегают.

Применение

Сложно переоценить свойства малеиновой кислоты. Сама она используется лишь для получения фумарового соединения, но вот применение ее производных распространено широко:

· Ангидрид задействован в изготовлении полиэфирной продукции. Смол, в частности. Конечные продукты активно применяются в сфере строительства. Это ЛКМ, искусственный камень, стеклопластики и т. д.

· Реагенты используются для изготовления алкидных смол, которые отлично упрочняют покрытия на масляной основе. Они применяются и в качестве антикоррозийного покрытия.

· Также из ангидрида, поскольку он является сополимером малеиновой кислоты, делают синтетические ткани и искусственные волокна.

· Эфиры данного вещества используют в качестве растворителей. Самым распространенным является диэтилмалеат. Его используют химические лаборатории, оборонные предприятия, а также в сфере лакокрасочной продукции.

· Гидразит малеинового соединения используют как гербицид. Он отлично поражает сорные травы.

Получение фумаровой кислоты

О нем тоже необходимо сказать пару слов. Чтобы получить фумаровую кислоту, малеиновую каталитически изомеризуют. Данный процесс осуществляется с применением тиомочевины (тиокарбамид). Хотя нередко ее заменяют неорганическими кислотами.

Поскольку фумаровое соединение плохо растворяется, его легко выделить из малеинового вещества.

Обе кислоты относятся к конформерам – имеют одинаковое количество атомов и молекул, а также схожую структуру. Но, несмотря на это, они не могут превращаться друг в друга самопроизвольно.

Так что в промышленности используется способ, уже упомянутый ранее – каталитическая изомеризация малеинового соединения в воде.

Применение фумарового соединения

Об этом стоит рассказать напоследок. Дольше всего фумаровая кислота используется в пищевой промышленности. Впервые ее применили в 1946 году. Это соединение имеет фруктовый вкус, поэтому его часто используют в качестве подсластителя. Обозначается Е297.

Еще фумаровой кислотой нередко заменяют винную и лимонную. Это экономически выгодно. Если добавлять цитрат, то для достижения нужного вкусового эффекта понадобится 1.36 г. Фумарата нужно меньше – всего 0.91 г.

Также эфиры данного вещества применяются в процессе лечения такого кожного заболевания, как псориаз. Для взрослого человека установлена дневная норма в 60-105 миллиграмм (точная доза зависит от индивидуального случая). Может быть увеличена со временем до 1300 мг в день.

А соль данного вещества является ключевым компонентом таких препаратов, как «Конфумин» и «Мафусол». Первый помогает организму адаптироваться к недостатку кислорода и регулирует метаболизм. А второй улучшает реологические свойства крови и ее вязкость.

Интересно, что даже человеческий организм способен синтезировать фумарат. Он образуется кожей, когда на нее оказывается воздействие солнечного света. К тому же фумарат – это побочный продукт цикла мочевины.

Малеиновая кислота. Свойства, получение, применение и цена малеиновой кислоты

Цис-бутендиовая. Так малеиновая кислота называется в номенклатуре Международного союза теоретической и прикладной химии. Приставка «цис» указывает, что заместители в молекуле вещества находятся по одну сторону от атомов с двойной связью.

Если есть цикл, смотрят, с какой стороны заместители относительно его оси. Циклом именуют ряд атомов, объединенных в кольцо. В молекуле малеинового соединения таковых нет, поэтому ориентируются по двойной связи между центральными атомами углерода.

Их наличие говорит об органической природе вещества. На это указывает и присутствие в названии кислоты бутена – непредельного углеводорода. Он входит в состав соединения. Окончание «диовая» говорит, что в кислоте две карбоксильных группы СООН. Значение имени расшифровано. Перейдем к знакомству с сутью.

Свойства малеиновой кислоты

Формула малеиновой кислоты: —  HOOC-CH=CH-COOH. Простая запись: — С4Н4О4. Такая же формула соответствует фумаровой кислоте. Но, построение атомов в ней иное. Фумаровое соединение является транс-изомером. Это значит, что заместители расположены по разные стороны оси. В малеиновой же кислоте они с одной стороны. Для наглядности приведем обе пространственные формулы:

Поскольку в героини статьи присутствуют внутримолекулярные водородные связи, малеиновая кислота свойство имеет растворяться в воде. Фумаровое вещество на это не способно.

Малеиновая же кислота растворяется в количестве 78,8 граммов на 100 миллилитров воды. Реакция проходит при комнатной температуре. Для растворения в ацетоне, этаноле и диэтиловом эфире тоже достаточно обычных условий.

Внешне кислота – кристаллическое вещество. Белый порошок кисловат, плавится уже при 135-ти градусах Цельсия. Если же довести до кипения, образуются едкие пары, дым. Закипает она при 280-ти  градусах. Для фумарового двойника – это лишь температура плавления. К тому же, фумаровое соединение устойчиво, чего не скажешь о малеиновом.

Неустойчивость её не беспокоит промышленников, поскольку они используют не чистое вещество, а ангидрит малеиновой кислоты. Он устойчив. Получают ангидрит, окисляя н-бутан, или бензол. Устойчивы, так же, эфиры малеиновой кислоты. Они тоже имеют практическое применение. Какое, расскажем в следующей главе.

Применение малеиновой кислоты

Применение малеинового соединения актуально лишь для получения фумаровой кислоты. В остальных сферах производства используются производные героини статьи. Так, малеиновый ангидрид ценится строителями.

Из реагента делают алкидные и полиэфирные смолы. Они способны упрочнить покрытия на масляной основе. В красках смолы служат преградой для коррозии металлов. Поэтому, именно алкидными и полиэфирными составами покрывают морские приборы, трактора, типографскую аппаратуру.

Полиэфирные смолы, так же, — сырье для изготовления стеклопластика, прочих полимеров. Даже искусственный камень, и тот, делают на основе малеинового ангидрида. Он же нужен для покрытия фасадов и создания бетона. В последний ангидрид добавляют для придания смеси пластичности.

Ангидрид включен в класс сополимеров малеиновой кислоты. На их основе формируют искусственные волокна и ряд синтетических тканей. Формируются на основе ангидрида и сельскохозяйственные культуры. Сополимер регулирует их рост, ускоряя его.

Эфиры малеиновой кислоты служат растворителями. Особенно широко применение диэтилмалеата. Его закупают и для лакокрасочной продукции, и для оборонных предприятий, и для химических лабораторий. Растворитель нужен, так же, фармацевтам, парфюмерам и на нефтегазовых предприятиях.

Гидразит малеиновой кислоты – еще одно полезное соединение героини статьи. Используется гидразит в качестве гербицида. Его действие избирательно, то есть, поражает лишь сорные травы.

Правда, из почвы гидразит попадает и в культурные растения. Однако, для теплокровных соль малеиновой кислоты нетоксична. На килограмм продукции допускают 14-граммовое содержание гербицида.

Хоть разрешенная норма и внушительна, лучше не перебарщивать с реагентом. Малеиновая кислота относится к сильным. Попадая на кожу, соединение разъедает ее. То же делают пары кислоты, но уже со слизистыми.

Поэтому, вещество отнесено к умеренно токсичным. Попадая в организм в разумных дозах, малеиновая кислота быстро выводится и не приносит вреда. В общем, в потреблении реагента нужно искать золотую середину.

Только вот подвох заключается в том, что как пищевая добавка соединение не числится. Узнать, сколько кислоты в растительной пище, молоке, мясе, можно лишь проведя экспертизу.

Получение малеиновой кислоты

В природе героиня статьи не встречается. Не удивительно, учитывая неустойчивость соединения. Если промышленникам нужно именно оно, к примеру, для получения фумаровой версии, используют малеиновый ангидрит. Проводят его гидролиз. Это разложение вещества посредством воды.

Впервые малеиновое соединение получили в 1819-ом году, перегоняя яблочную кислоту. В процессе, ее обрабатывают ацетилхлоридом. Это пахучая, летучая жидкость. Реакция приводит к ацетил-яблочному ангидриду.

Кстати ангидридами именуют солеобразующие оксиды. Ацетил-яблочный разлагается до уксусной кислоты и малеинового ангидрида. Далее, следует стандартная гидратация с получением героини статьи. То есть, первоначальная добыча кислоты не особо отличается от современной методики. В виде графических формул ее представляют так:

Цена малеиновой кислоты

Цена малеиновой кислоты доступна. Именно поэтому вещество полюбилось промышленникам. Затраты на получение соединения минимальны, а прок от него велик. Продают, в основном, производные кислоты.

Так, за килограмм ангидрида просят около 200-от рублей. Чистая кислота стоит, как правило, дешевле. За кило просят примерно 150 рублей. При этом, идет приписка «ЧДА».Эта аббревиатура означает «Чистый для анализа».

То есть, ценник выставляется за кислоту без сторонних примесей. Если брать техническую, можно обойтись тратами в 70-100 рублей за каждую 1 000 граммов.

Фумаровая кислота: применение, действие на здоровье, польза и вред…

Фумаровая кислота – это химическое соединение, о котором кто-то слышал (может, и основательно интересовался, что оно собой представляет, для чего применяется), а для кого-то данное словосочетание не говорит ровным счетом ни о чем.

К какой из категорий вы бы не принадлежали, данная статья должна быть вам интересна. Знать, в какие продукты вводят это вещество, и как употребление этих продуктов отражается на человеческом организме – не просто интересная, а важная и полезная информация для каждого.

Итак, приступим.

Что такое фумаровая кислота?

Фумаровая кислота – это хим. вещество в виде твердой рассыпчатой массы, сформированной белыми или не имеющими окраса кристаллическими структурами. Ароматические качества не наблюдаются, вкус характерный островатый кисло-фруктовый, но вместе с тем приятный.

Растворяется в водной среде очень слабо: 0,63 грамма на 100 миллилитров. Также именуется транс-бутендиовой кислотой. Выступает транс-изомером тогда, когда роль цис-изомера выполняет малеиновая к-та.

Молярная масса – 116,07 г/моль, плотность – 1,635 г/см³, t плавления – 287 °C. Формула: H4C4O4.

Как производят транс-бутендиовую кислоту?

Самые богатые на рассматриваемое соединение природные источники: дикая рута, трубчатые грибы, исландская цетрария и лишайники. Оно входит во все живые клетки, участвует в цитратном цикле. Вырабатывается природным путем клетками человеческого эпидермиса под влиянием солнечных лучей.

Химический синтез первый раз был осуществлен из бутандиовой (янтарной) кислоты. Классическим считается метод добычи путем окисления фурфураля хлорноватокислым натрием с использованием ванадиевого катализатора.

Современный пром. синтез выглядит как каталитическое превращение в изомер малеиновой (цис-бутендиовой) к-ты в водных растворах с незначительным значением рH.

Малеиновую же кислоту для этого создают путем окисления бутана или бензола при наличии катализирующего вещества, с формированием малеинового ангидрида.

То есть обобщенно получение транс-бутендиовой к-ты выглядит так: синтез малеинового ангидрида, после создание малеиновой кислоты и напоследок, собственно, транс-бутендиовой.

Примечательно, что в нефтяной промышленности получение данного вещества является попутным. Малеиновая кислота выступает побочным материалом гидролиза малеинового ангидрида. Если бы это соединение не понадобилось для формирования транс-бутендиовой к-ты, его попросту выкидывали бы.

Где применяют фумаровую кислоту?

Главное направление применения данной субстанции, как уже было сказано – пищепром. Здесь добавку Е297 в качестве подкислителя, для регулировки кислотности используют с 1946 г.

Наиболее часто ее вводят в выпечку, кондитерку и напитки.

В хлебобулочной продукции задействуется для ароматизации (выступает мгновенным хлебным ароматизатором), в сдобе, в частности в английских кексах – для интенсификации пористости. В смесях для пудинга выступает коагулянтом.

Может служить заменой тартаровой (винной) и лимонной кислот (чтобы эффект был достигнут аналогичный, необходимо брать 0,91 г фумарата или 1,36 г цитрата). Так же, как и оксиянтарная (яблочная) кислота, является популярным компонентом леденцов.

Такое широкое применение в пищепроме объясняется в частности тем, что эта добавка, поступая в еду и напитки, повышает их кислотность. А это, в свою очередь, увеличивает эффективность противомикробных добавок.

Другие сферы использования:

– медицина. Здесь указанную кислоту задействуют в лечении псориаза (с изменением суточной дозы в процессе терапии от 60-105 мг до 1300 мг), поскольку при этом недуге ее эфирам характерно положительное воздействие.

А ее натриевую соль добавляют к конфумину и мафусолу. ДМФ отлично минимизирует прогресс инвалидности при рассеянном склерозе.

Также задействование препаратов, содержащих эту органическую кислоту, возможно при лечении экзем и прочих кожных заболеваний;

– косметология. Введение в состав средств для ухода за кожей, ввиду все того же антипсориатического действия. Данную кислоту часто можно видеть в составе шампуней от перхоти, поскольку ей также под силу контроль десквамации;

– производство средств личной гигиены. Здесь ценны такие ее свойства как успокаивание и антибактериальный эффект;

– сельское хозяйство. Данный хим. продукт является популярной добавкой для с/х животных. Он эффективно усиливает иммунную работу организма, в результате поголовье неплохо противостоит недугам, реже болеет, лучше развивается и набирает вес.

Вместе с тем никакого воздействия на вкус мяса скота и птицы не оказывает. Особое место эта кормовая добавка занимает в птицеводстве.

Здесь в составе различных кормов она улучшает их вкус, уменьшает рН содержимого желудка, способствует нормализации микрофлоры ЖКТ, благотворно отражается на продуктивности, повышает энергоспособности организма, реализует антиоксидантную защиту и иммунологическую реактивность.

Корм, содержащий фумаровую кислоту – это специфический препарат-антистресс, положительно проявляющий себя при вакцинациях, пересадках и прочих стрессовых для организма ситуациях;

– синтез других (органических) кислот, в частности янтарной и яблочной;

– протрава красителей.

Находят применение вне пищепрома и полимеры рассматриваемого вещества, в частности в создании бумажных и полиэфирных клеев. Полиэфиры, в свою очередь, как пластификаторы необходимы при изготовлении изделий из пластмассы и искусственных тканей.

Как фумаровая кислота действует на организм человека?

Если сказать, что фумаровая кислота не несет вреда человеческому организму, не накапливается в нем и не является токсичной, то это будет (как раз тот из немногочисленных случаев) правдой.

Больше того, это вещество и так есть в органах как побочный продукт цикла мочевины. Также его генерируют кожные покровы людей при воздействии на них солнечного излучения.

Если в коже данного компонента будет недостаточно, возникнет псориаз (красная высыпка + шелушение).

Хотя в промышленных масштабах эта добавка изготавливается хим. путем, сведений о ее вредном воздействии на человека на сегодняшний день нет. И именно поэтому она разрешена к применению в пищепроме во многих странах мира, в частности и в Евросоюзе. Украина по необъяснимым причинам стала исключением: у нас Е297 в список разрешенных для введения в пищу добавок не входит.

Подытожим. Фумаровая кислота – это важное для человеческого организма соединение, обладающее следующими преимуществами:

– участие в дыхательных и обменных реакциях + положительное воздействие практически на каждый жизненно важный процесс организма;

– полное усвоение + выведение естественным образом;

– абсолютная нетоксичность + безопасность при соблюдении дозировок. Суточный максимум, который исключает негативное воздействие, составляет 6 мг/кг. При превышении указанного количества, а также при постоянном употреблении добавки могут возникнуть нарушения в функционировании печени.

Из вышесказанного следует, что пользу, которую несет человеку фумаровая кислота, переоценить сложно.

А негативы, которыми сопровождается применение данной субстанции, ничтожно малы при соблюдении норм употребления.

То есть фумаровая кислота – это отличный материал для здоровья людей, от использования которого, к тому же, выигрывают производители, работающие в различных направлениях, главным образом, в пищевой отрасли.