Фумаровая кислота является одним из веществ, которые образуются в клетках человека и других животных в процессе естественного метаболизма. Ее соединения находят применение в медицине, сельском хозяйстве, пищевой и химической промышленности. В большом количестве данное вещество способно вызывать негативные реакции – аллергию и желудочно-кишечные расстройства.
Общее описание
Фумаровая кислота – изомер этилен-1,2-дикарбоновой кислоты в трансконфигурации (имеет расположение углеводородных заместителей по разные стороны двойной связи С-С). Впервые это вещество получили из янтарной кислоты.
Эмпирическая формула фумаровой кислоты: C4H4O4.
По внешнему виду соединение представляет собой бесцветный кристаллический порошок без запаха.
Структурная формула фумаровой кислоты изображена на рисунке ниже:
Кислота содержится во многих растениях (повилика европейская, хохлатка, маковые и другие), лишайниках и грибах, а также образуется при брожении углеводов в присутствии грибка аспергилла дымящего (aspergillus fumigatus).
Свойства
Основными физическими и химическими свойствами фумаровой кислоты являются следующие:
- Молекулярная масса – 116,07 а. е. м.
- Растворимость: o в спиртах – хорошая; o в воде и диэтиловом эфире – слабая; o в органических растворителях – не растворима.
- Температура плавления – 296,4 °С.
- Температура кипения – 165 °С.
Фумаровая и малеиновая кислоты легко восстанавливаются до янтарной кислоты. При окислении перекисными соединениями происходит образование мезовинной кислоты, при взаимодействии со спиртами – моно- и диэфиров (фумаратов).
Биохимия
Фумаровая кислота содержится в крови здорового человека в концентрации до 3 мг/л. Она образуется в качестве промежуточного вещества в цикле трикарбоновых кислот, в процессе синтеза мочевины и окисления некоторых аминокислот, а также в коже человека под воздействием ультрафиолетового излучения.
Фумараты играют важную роль в тканях человека при их кислородном голодании. В комбинации с яблочной кислотой и солями глутаминовой кислоты они увеличивают содержание АТФ и гликогена – основной формы хранения глюкозы, универсального источника энергии для клеток. В опытах над крысами было установлено, что это вещество повышает продолжительность сокращения сердца при его изоляции. При геморрагическом шоке фумараты способствуют увеличению выживаемости животных.
Синтез
Получение фумаровой кислоты в промышленных масштабах производится с помощью каталитической изомеризации малеиновой кислоты в водном растворе. В России по такой технологии синтезируют техническую кислоту, которая не применима в пищевой промышленности и фармации из-за наличия солей тяжелых металлов.
Пищевая фумаровая кислота высокой степени очистки производится из яблочной или винной кислоты. Этот способ изготовления вещества сопряжен с техническими сложностями (требуется трудоемкая многоступенчатая очистка) и является более дорогим. Качество технической фумаровой кислоты в большей степени зависит от чистоты малеиновой кислоты, которую получают из малеинового и фталевого ангидридов.
Применение
В химической промышленности кислота используется для производства следующих веществ:
- полиэфирные смолы;
- синтетические высыхающие масла;
- пластификаторы;
В пищевой промышленности (добавка E297) она применяется как подкислитель (заменитель лимонной и винной кислоты) при приготовлении напитков, сладостей и выпечки. Ее расход при этом ниже, чем у аналогов. Технические характеристики пищевой добавки регламентируются по ГОСТ 33269-2015.
Медицина
В медицине данное соединение используются в следующих целях:
- диметиловый эфир (диметилфумарат) – лечение кожных патологий (псориаз, лишай), рассеянного склероза, облысения, гранулематозных заболеваний; фунгицидное, противогрибковое средство;
- натриевая соль фумаровой кислоты – инфузионные препараты, кристаллоидные кровезаменители, обладающие антигипоксическим, антиоксидантным действием (применяются при гастродуоденальных кровотечениях, перитоните, тяжелых термических травмах, кардиохирургических операциях, остром коронарном синдроме, гиповолемии, обширных кровопотерях, интоксикациях);
- другие производные – средства, повышающие аппетит, транквилизаторы, рентгеноконтрастные препараты, лекарства для терапии ринита.
Среди препаратов второй группы наибольшее практическое применение находят Мафусолом, Мексидолом, Конфумин и Полиоксифумарин.
В настоящее время проводятся также клинические испытания препаратов с фумаровой кислотой для лечения таких патологий, как:
- злокачественные новообразования;
- хорея Гентингтона;
- ВИЧ;
- малярия.
Проведенные опыты на животных показали, что длительно принимаемый с пищей 1% раствор кислоты значительно снижает активность канцерогенов.
Фумаровая кислота приводит к уменьшению кислотности желудка и влияет на микрофлору ЖКТ. В кишечнике она создает слабокислую среду, благодаря чему угнетается рост патогенных бактерий и создаются благоприятные условия для развития лакто-, бифидо- и ацидобактерий. Однако из-за сложности получения кислоты высокой степени очистки в фармацевтических целях и при производстве БАД это соединение применяется редко.
Сельское хозяйство
В сельском хозяйстве фумаровая кислота используется в качестве добавки в корм домашних животных для выполнения следующих функций:
- улучшение обмена веществ при стрессовых ситуациях;
- повышение перевариваемости кормов, усиление аппетита;
- стимулирование набора мышечной ткани, ускорение формирования костей и образования яиц у домашней птицы (негормональный анаболик);
- повышение защитных сил организма в период массовых заболеваний и вакцинации;
- нормализация кишечной флоры, профилактика грибковых и бактериальных заболеваний.
Фумаровая кислота вызывает ускоренное образование АТФ, способствует накоплению питательных веществ и аскорбиновой кислоты, которая является одним из главных антиоксидантов.
Вред для здоровья
Очищенная кислота высокого качества безопасна для здоровья человека. Вред фумаровой кислоты обусловлен главным образом тем, что недобросовестные производители используют продукт технического качества, содержащий токсичные примеси малеиновой кислоты и солей тяжелых металлов.
Диметилфумарат также применяется в качестве дешевого биоцида для защиты кожаной мебели и обуви от грибковых поражений во время транспортировки. Однако в таком качестве кислота может вызвать тяжелые кожные аллергические реакции. Так, в Финляндии и Великобритании более тысячи потребителей потребовали денежной компенсации за нанесение вреда здоровью при покупке китайской мебели. С 2008 г. в европейских странах вводится запрет на реализацию обуви и мебели с пропиткой диметилфумаратом.
