Малоновая кислота
![]() | |
![]() | |
Имена | |
---|---|
Предпочтительное название ИЮПАК
Пропандиовая кислота [ 1 ] | |
Другие имена
Метандикарбоновая кислота
| |
Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
КЭБ | |
ХЭМБЛ | |
ХимическийПаук | |
Лекарственный Банк | |
Информационная карта ECHA | 100.005.003 |
ПабХим CID
|
|
НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
Характеристики | |
C3H4OC3H4O4 | |
Молярная масса | 104.061 g·mol −1 |
Плотность | 1,619 г/см 3 |
Температура плавления | От 135 до 137 ° C (от 275 до 279 ° F; от 408 до 410 К) (разлагается) |
Точка кипения | разлагается |
763 г/л | |
Кислотность ( pKa ) | рК а1 = 2,83 [ 2 ] рК а2 = 5,69 [ 2 ] |
-46.3·10 −6 см 3 /моль | |
Родственные соединения | |
Другие анионы
|
Малонат |
Родственные карбоновые кислоты
|
Щавелевая кислота Пропионовая кислота Янтарная кислота Фумаровая кислота |
Родственные соединения
|
Малоновый диальдегид Диметил малонат |
Опасности | |
Паспорт безопасности (SDS) | Внешний паспорт безопасности материалов |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
|
Малоновая кислота ( ИЮПАК систематическое название : пропандиовая кислота ) представляет собой дикарбоновую кислоту структуры CH 2 (COOH) 2 . Ионизированная эфиры форма малоновой кислоты, а также ее и соли известны как малонаты . Например, диэтилмалонат малоновой кислоты — это диэтиловый эфир . Название происходит от греческого слова μᾶλον ( малон ), что означает «яблоко».
История
[ редактировать ]Малоновая кислота [ 3 ] Это вещество природного происхождения, содержащееся во многих фруктах и овощах. [ 4 ] Существует предположение, что цитрусовые , выращенные в органическом земледелии, содержат более высокий уровень малоновой кислоты, чем фрукты, выращенные в традиционном сельском хозяйстве. [ 5 ]
Малоновая кислота была впервые получена в 1858 году французским химиком Виктором Десенем путем окисления яблочной кислоты . [ 3 ] [ 6 ]
Структура и подготовка
[ редактировать ]Структура установлена методом рентгеновской кристаллографии. [ 7 ] а обширные данные о свойствах, в том числе по термохимии конденсированной фазы, можно получить в Национальном институте стандартов и технологий . [ 8 ] Классическое получение малоновой кислоты начинается с хлоруксусной кислоты : [ 9 ]

Карбонат натрия образует натриевую соль , которая затем вступает в реакцию с цианидом натрия с образованием натриевой соли цианоуксусной кислоты посредством нуклеофильного замещения . Нитрильная . группа может быть гидролизована гидроксидом натрия до малоната натрия, а при подкислении образуется малоновая кислота Однако в промышленности малоновую кислоту производят гидролизом диметилмалоната или диэтилмалоната . [ 10 ] производят путем ферментации глюкозы . Его также [ 11 ]
Органические реакции
[ редактировать ]Малоновая кислота реагирует как типичная карбоновая кислота: образуя амидные , сложноэфирные, ангидридные и хлоридные производные. [ 12 ] Малоновый ангидрид можно использовать в качестве промежуточного продукта для производных моноэфиров или амидов, тогда как малонилхлорид наиболее полезен для получения диэфиров или диамидов. В хорошо известной реакции малоновая кислота конденсируется с мочевиной с образованием барбитуровой кислоты . Малоновую кислоту также можно конденсировать с ацетоном с образованием кислоты Мелдрама , универсального промежуточного продукта в дальнейших превращениях. Эфиры малоновой кислоты также используются в качестве − CH 2 COOH Синтон в синтезе малонового эфира .
Синтез митохондриальных жирных кислот
[ редактировать ]Малоновая кислота является исходным субстратом синтеза митохондриальных жирных кислот (mtFASII), в котором она превращается в малонил-КоА с помощью члена 3 семейства ацил-КоА-синтетазы (ACSF3). [ 13 ] [ 14 ]
Кроме того, производное кофермента А малоната, малонил-КоА, является важным предшественником в цитозольном биосинтезе жирных кислот наряду с ацетил-КоА . Малонил-КоА образуется там из ацетил-КоА под действием ацетил-КоА-карбоксилазы , а малонат переносится на ацильный белок-носитель для присоединения к цепи жирной кислоты.
Реакция Бриггса-Раушера
[ редактировать ]Малоновая кислота является ключевым компонентом реакции Бриггса-Раушера , классического примера осциллирующей химической реакции . [ 15 ]
Конденсация Кневенагеля
[ редактировать ]При конденсации Кневенагеля малоновая кислота или ее диэфиры реагируют с карбонильной группой альдегида или кетона с последующей реакцией дегидратации .

Когда используется сама малоновая кислота, это обычно происходит потому, что желаемый продукт - это продукт, в котором произошла вторая стадия с потерей диоксида углерода в так называемой модификации Дебнера . [ 16 ]

Так, например, продуктом реакции акролеина и малоновой кислоты в пиридине является транс-2,4-пентадиеновая кислота с одной карбоксильной группой, а не с двумя. [ 17 ]
Приготовление перекиси углерода
[ редактировать ]Субооксид углерода получают нагреванием сухой смеси пятиокиси фосфора ( P 4 O 10 ) и малоновая кислота. [ 18 ] Он реагирует аналогично малоновому ангидриду , образуя малонаты. [ 19 ]
Приложения
[ редактировать ]Малоновая кислота является предшественником специальных полиэфиров . Его можно превратить в 1,3-пропандиол для использования в полиэфирах и полимерах (полезность которых неясна). Он также может быть компонентом алкидных смол , которые используются в ряде покрытий для защиты от повреждений, вызванных ультрафиолетовым излучением, окислением и коррозией. Одним из применений малоновой кислоты является промышленность по производству покрытий в качестве сшивателя для порошковых покрытий низкотемпературного отверждения, которые становятся все более ценными для термочувствительных подложек и желания ускорить процесс нанесения покрытий. [ 20 ] В 2014 году мировой рынок автомобильных покрытий оценивался в 18,59 млрд долларов США с прогнозируемыми совокупными годовыми темпами роста на уровне 5,1% до 2022 года. [ 21 ]
Он используется в ряде производственных процессов в качестве дорогостоящего специального химического вещества, включая электронную промышленность, промышленность по производству ароматизаторов и ароматизаторов. [ 4 ] специальные растворители, сшивка полимеров и фармацевтическая промышленность. В 2004 году годовое мировое производство малоновой кислоты и родственных диэфиров составило более 20 000 метрических тонн. [ 22 ] Потенциальный рост этих рынков может быть результатом достижений промышленной биотехнологии, которая стремится вытеснить химические вещества на основе нефти в промышленных применениях.
В 2004 году малоновая кислота была включена Министерством энергетики США в число 30 основных химических веществ, производимых из биомассы. [ 23 ]
В пищевой и лекарственной промышленности малоновая кислота может использоваться для контроля кислотности либо в качестве наполнителя в фармацевтических рецептурах, либо в качестве натуральной консервирующей добавки для пищевых продуктов. [ 4 ]
Малоновая кислота используется в качестве строительного материала для производства множества ценных соединений. [ 24 ] включая вкусовые и ароматические соединения гамма-ноналактон, коричную кислоту и фармацевтическое соединение вальпроат .
Малоновая кислота (до 37,5% по весу) использовалась для сшивания кукурузного и картофельного крахмала с целью производства биоразлагаемого термопластика; процесс проводится в воде с использованием нетоксичных катализаторов. [ 25 ] [ 26 ] В 2014 году полимеры на основе крахмала занимали 38% мирового рынка биоразлагаемых полимеров, причем крупнейшими сегментами конечного использования были упаковка для пищевых продуктов, пенопластовая упаковка и мешки для компоста. [ 27 ]
Компания Eastman Kodak и другие используют малоновую кислоту и ее производные в качестве хирургического клея. [ 28 ]
Патология
[ редактировать ]Если повышенные уровни малоновой кислоты сопровождаются повышенными уровнями метилмалоновой кислоты , это может указывать на метаболическое заболевание, сочетающее малоновую и метилмалоновую ацидурию (CMAMMA). Рассчитав соотношение малоновой кислоты и метилмалоновой кислоты в плазме крови, CMAMMA можно отличить от классической метилмалоновой ацидемии . [ 29 ]
Биохимия
[ редактировать ]Малоновая кислота является классическим примером конкурентного ингибитора фермента сукцинатдегидрогеназы ( комплекса II) в дыхательной цепи транспорта электронов . [ 30 ] Он связывается с активным центром фермента, не вступая в реакцию, конкурируя с обычным субстратом сукцинатом , но не имея группы -CH 2 CH 2 -, необходимой для дегидрирования. Это наблюдение было использовано для установления структуры активного центра сукцинатдегидрогеназы. Ингибирование этого фермента снижает клеточное дыхание. [ 31 ] [ 32 ] Поскольку малоновая кислота является естественным компонентом многих продуктов питания, она присутствует у млекопитающих, включая человека. [ 33 ]
Сопутствующие химикаты
[ редактировать ]Фторированная версия малоновой кислоты — дифтормалоновая кислота . [1]

Малоновая кислота является дипротонной ; то есть он может отдавать два протона на молекулу. Это первый 2,8, а второй 5,7. [ 2 ] Таким образом, малонат -ион может быть H O O C CH 2 COO − или CH 2 ( CO O ) 2- 2 . Малонатные или пропандиоатные соединения включают соли и эфиры малоновой кислоты, такие как
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (2014). Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 . Королевское химическое общество . п. 746. дои : 10.1039/9781849733069 . ISBN 978-0-85404-182-4 .
- ^ Jump up to: а б с Данные pKa, составленные Р. Уильямсом (pdf; 77 КБ). Архивировано 2 июня 2010 г. на Wayback Machine.
- ^ Jump up to: а б Чисхолм, Хью , изд. (1911). . Британская энциклопедия . Том. 17 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 495.
- ^ Jump up to: а б с «Пропандиовая кислота» . Компания «Добрые ароматы» . Проверено 7 октября 2020 г.
- ^ Ха CN, Нгок НД, Нгок КП, Трунг ДД, Куанг БН (2012). «Концентрация органических кислот в цитрусовом соке, полученном в результате традиционного и органического земледелия» . Акта Садоводство . 933 (933): 601–606. дои : 10.17660/actahortic.2012.933.78 . hdl : 10400.1/2790 . ISSN 0567-7572 .
- ^ Дессень V (1858 г.). яблочной кислоты » о кислоте , полученной окислением « Примечание .
- ^ Гопалан Р.С., Кумарадхас П., Кулкарни Г.У., Рао К.Н. (2000). «Экспериментальное исследование плотности заряда алифатических дикарбоновых кислот». Журнал молекулярной структуры . 521 (1–3): 97–106. Бибкод : 2000JMoSt.521...97S . дои : 10.1016/S0022-2860(99)00293-8 .
- ^ Интернет-книга NIST по химии. «Пропандиовая кислота» .
- ^ Вайнер Н. «Малоновая кислота» . Органические синтезы ; Сборник томов , т. 2, с. 376 .
- ^ Патент США 2373011 , Бриттон EC, Эзра М., «Производство малоновой кислоты», выдан 3 апреля 1945 г., передан компании Dow Chemical Co.
- ^ США 20200172941 , Дитрих Дж.А., «Рекомбинантные клетки-хозяева для производства малоната», передан Lygos Inc.
- ^ Поллак П., Ромедер Г. (2005). «Малоновая кислота и производные». В Поллаке П., Ромедере Дж. (ред.). Химическая энциклопедия Ван Ностранда . дои : 10.1002/0471740039.vec1571 . ISBN 0471740039 .
- ^ Витковский, Анджей; Твитт, Дженнифер; Смит, Стюарт (2011). «Белок ACSF3 млекопитающих представляет собой малонил-КоА-синтетазу, которая поставляет единицы удлинителя цепи для митохондриального синтеза жирных кислот» . Журнал биологической химии . 286 (39): 33729–33736. дои : 10.1074/jbc.M111.291591 . ПМК 3190830 . ПМИД 21846720 .
- ^ Боуман, Кейтлин Э.; Родригес, Сусана; Селен Альпергин, Эбру С.; Акоба, Мишель Г.; Чжао, Лян; Хартунг, Томас; Клейпул, Стивен М.; Уоткинс, Пол А.; Вольфганг, Майкл Дж. (2017). «Малонил-КоА-синтетаза млекопитающих ACSF3 необходима для малонилирования митохондриальных белков и метаболической эффективности» . Клеточная химическая биология . 24 (6): 673–684.е4. doi : 10.1016/j.chembiol.2017.04.009 . ПМЦ 5482780 . ПМИД 28479296 .
- ^ Чепей Л.И., Болла К. «Влияние салициловой кислоты на осциллирующую реакцию Бриггса-Раушера» (PDF) . Студия УББ Химия . 1 : 285–300.
- ^ Дёбнер О. (1902). «О ненасыщенных кислотах с двумя двойными связями, гомологичных сорбиновой кислоте» . Отчеты Немецкого химического общества . 35 :1136–36. дои : 10.1002/cber.190203501187 .
- ^ Джессап П.Дж., Петти CB, Роос Дж., Оверман Л.Е. (1988). «1-N-Ациламино-1,3-диены из 2,4-пентадиеновых кислот перегруппировкой Курциуса: бензил-транс-1,3-бутадиен-1-карбамат» . Органические синтезы ; Сборник томов , т. 6, с. 95 .
- ^ Дильс О , Вольф Б (1906). «О угарном газе. Я» . хим. Бер. 39 :689-697. дои : 10.1002/cber.190603901103 .
- ^ Перкс Х.М., Либман Дж.Ф. (2000). «Парадигмы и парадоксы: аспекты энергетики карбоновых кислот и их ангидридов». Структурная химия . 11 (4): 265–269. дои : 10.1023/А:1009270411806 . S2CID 92816468 .
- ^ Факе Т., Субраманиан Р., Дворчак М., Фэн С. (февраль 2004 г.). «Диэтилмалонат блокирует изоцианат в качестве сшивающих агентов для порошковых покрытий, отверждаемых при низких температурах». Материалы 31-го Международного симпозиума по водоборам, покрытиям с высоким содержанием твердых частиц и порошковым покрытиям .
- ^ Джеймс С. Мировой рынок автомобильных покрытий. Отчет Grand View Research Market за 2015 год (Отчет).
- ^ «Диэфиры малоновой кислоты» (PDF) . Инчем . Публикации ЮНЕП. Архивировано из оригинала (PDF) 18 ноября 2017 г. Проверено 11 декабря 2015 г.
- ^ Верпи Т.А., Холладей Дж.Э., Уайт Дж.Ф. (август 2004 г.). Верпи Т.А., Петерсен Г. (ред.). Химикаты с максимальной добавленной стоимостью из биомассы. Том I: Результаты проверки потенциальных кандидатов на сахар и синтез-газ (PDF) (Отчет). Министерство энергетики США. дои : 10.2172/926125 . ОСТИ 926125 .
- ^ Хильдбранд, С.; Поллак, П. Малоновая кислота и ее производные. 15 марта 2001 г. Энциклопедия промышленной химии Ульмана.
- ^ US 9790350 , Нетравали А.Н., Дастидар Т.Г., «Композиции смол из сшитого нативного и воскообразного крахмала и способы их производства», присвоен Корнельскому университету.
- ^ Гош Дастидар Т., Нетравали А.Н. (ноябрь 2012 г.). « Зеленая» сшивка нативных крахмалов малоновой кислотой и их свойства». Углеводные полимеры . 90 (4): 1620–8. дои : 10.1016/j.carbpol.2012.07.041 . ПМИД 22944425 .
- ^ Биоразлагаемые полимеры: Справочник по химической экономике (Отчет). IHS Маркит. Июнь 2021.
- ^ US 3591676 , Хокинс Дж., Фассетт Д., «Хирургические адгезивные композиции».
- ^ де Сайн-ван дер Фельден М.Г., ван дер Хам М., Янс Дж.Дж., Виссер Г., Принсен Х.К., Верховен-Дуиф Н.М. и др. (2016). Морава Э., Баумгартнер М., Паттерсон М., Рахман С. (ред.). «Новый подход к быстрой метаболической диагностике при КМАММА» . Отчеты JIMD . 30 . Берлин, Гейдельберг: Springer: 15–22. дои : 10.1007/8904_2016_531 . ISBN 978-3-662-53681-0 . ПМК 5110436 . ПМИД 26915364 .
- ^ Парди AB, Поттер VR (март 1949 г.). «Малонатное ингибирование окисления в цикле трикарбоновых кислот Кребса» . Журнал биологической химии . 178 (1): 241–250. дои : 10.1016/S0021-9258(18)56954-4 . ПМИД 18112108 .
- ^ Поттер В.Р., Дюбуа К.П. (март 1943 г.). «Исследование механизма транспорта водорода в тканях животных: VI. Исследования ингибитора сукцинатдегидрогеназы» . Журнал общей физиологии . 26 (4): 391–404. дои : 10.1085/jgp.26.4.391 . ПМК 2142566 . ПМИД 19873352 .
- ^ Дервартанян Д.В., Вигер С. (1964). «Исследования сукцинатдегидрогеназы». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) — Специализированный отдел по энзимологическим вопросам . 92 (2): 233–247. дои : 10.1016/0926-6569(64)90182-8 .
- ^ «Метабокард для малоновой кислоты» . База данных метаболомов человека . 13 марта 2020 г. Проверено 6 октября 2020 г.