Янтарная кислота
CAS номер: 110-15-6
Брутто формула: C4H6O4
Внешний вид: порошок белого цвета
Химическое название и синонимы: Succinic acid, Butanedioic acid; 1,2-Ethanedicarboxylic acid; Amber acid
Физико-химические свойства:
Молекулярная масса 118.09 г/моль
Температура плавления 185-190 °С
Температура кипения 235 ºC
Растворимость в воде: частично растворима в холодной воде 80 г / л (20 ºC)
Удельный вес: 1,56 (вода = 1)
Воспламеняемость субстанции: Может быть горючим при высокой температуре.
Продукты сгорания субстанции: эти продукты представляют собой оксиды углерода (CO, CO2).
Описание:
Янтарная кислота или бутандиовая кислота представляет собой дикарбоновую кислоту, состоящую из четырех атомов углерода и встречающуюся в растительных и животных тканях. Янтарная кислота по физическому состоянию является твердыми кристаллами без запаха, она растворима в воде и имеет кисловатый вкус. Она растворяется в воде, слегка растворяется в этаноле, эфире, ацетоне и глицерине. Succinic acid не растворяется в бензоле, сульфиде углерода, четыреххлористом углероде или масляном эфире. Янтарная кислота может давать ацилгалогениды, ангидриды, сложные эфиры, амиды и нитрилы для применения в медицинских средствах, сельском хозяйстве, пищевых продуктах и других отраслях.
Эта четырехатомная дикарбоновая кислота используется во множестве отраслей промышленности, включая полимеры (волокна одежды), продукты питания, ПАВ и другие вещества, ароматизаторы.
Химическое вещество играет важную роль в промежуточном метаболизме или в цикле Кребса в организме. Янтарная кислота широко распространена в природе, где она содержится даже в пластинчатожаберных морских организмах, водорослях, лишайниках, бактериях и т. д. Она была впервые выявлена в середине 16 века, когда доктор Георгий Агрикола в Германии «перегонял» янтарь. Янтарная кислота не токсична, стабильна и безвредна для человеческого организма. Она образуется в цикле лимонной кислоты и янтарном кислотно-глициновом цикле через процесс метаболизма и в результате чего образуется энергия.
Применение:
Субстанцию янтарной кислоты часто применяют для производства ароматических средств, используют для продуктов питания и напитков. Широко находит применение в химической промышленности: в производстве лакокрасочных изделий, красителей, алкидных смол, полимеров и других химических веществ. Янтарная кислота, которая используется в качестве химического промежуточного продукта, в медицине, производстве лаков и для производства эфиров духов. Он также используется в пищевых продуктах в качестве секвестранта, буфера и нейтрализующего агента.
Является исходным веществом в процессе синтеза некоторых важных химических веществ, например из нее, можно получить адипиновую кислоту, N-метилпирролидинон, 2-пирролидинон, сукцинатные соли, 1,4-бутандиол, малеиновый ангидрид, тетрагидрофуран и гамма-бутиролактон, которые используются в фармацевтической промышленности.
Янтарная кислота имеет много применений в фармацевтической промышленности – например, она является исходным материалом для активных фармацевтических ингредиентов (API), в качестве добавки в составе, моноэтиловый эфир янтарной кислоты использовали в качестве инсулинотропного агента и соединение также используется в качестве сшивающего агента в полимерах, контролирующих лекарственное средство. В медицине янтарная кислота часто входит в состав некоторых лекарственных средств, таких как седативные средства, спазмолитики, НПВС, контрацептивные средства и даже в онкологии.
Как и молочная кислота, и 1,3-пропандиол, янтарная кислота может быть использована в качестве мономера для синтеза полимера. Ферментативное же производство янтарной кислоты из возобновляемых ресурсов приобрело большой интерес в последние несколько лет.
Выброс в окружающую среду этого вещества может происходить в процессе промышленного использования: в качестве промежуточной стадии в дальнейшем производстве другого вещества (использование промежуточных продуктов), в технологиях переработки на промышленных объектах, в производстве изделий, для производства термопластов и в качестве вспомогательного средства для обработки.
Получение:
Химическое вещество также известно как «Дух янтаря». Когда оно было впервые обнаружено, его экстрагировали из янтаря путем измельчения и отгонки с использованием песчаной ванны.
Сегодня янтарная кислота генерируется для использования человеком синтетически или превращается из биомассы путем ферментации. Общие промышленные пути синтеза включают частичное гидрирование малеиновой кислоты, окисление 1,4-бутандиола и карбонилирование этиленгликоля. Кроме того, генетическая инженерия микроорганизмов, таких как Escherichia coli или Saccharomyces cerevisiae, недавно позволила производить коммерческую продукцию при ферментации глюкозы. Мировое производство оценивается в 16 000-30 000 тонн в год, с ежегодным темпом роста 10%.
Многие метаболически модифицированные бактерии E.coli были разработаны как более благоприятные организмы для ферментативного производства янтарной кислоты из глюкозы. В анаэробных условиях E. coli продуцирует смесь органических кислот, включая янтарную кислоту . Для увеличения производства янтарной кислоты были изучены многие подходы к метаболической инженерии и мутации, в том числе:
1) сверхэкспрессирующий нативный фосфоенолпируват (PEP) карбоксилаза для направления большего количества пирувата в янтарную кислоту
2) сверхэкспрессию фумаратредуктазы для дальнейшего улучшения конверсии фумарата
3) инактивации генов пирувата формиата лиазы (pfl) и лактатдегидрогеназы (ldhA) для закрытия конкурирующих путей при сверхэкспрессии яблочного фермента.
4) введение гетерологичных генов для пируваткарбоксилазы (pyc) для увеличения доступности оксалацетата
5) инактивации гена ptsG и системы глюкозофосфотрансферазы (PTSG) для увеличения доступности фосфоенолпирувата .
У штамма E.coli с мутациями в pfl, ldhA, pyc и ptsG удалось продуцировать янтарную кислоту из глюкозы с высокой конечной концентрацией (99,2 г / л), продуктивностью (1,3 г / л) и выходом (1,1 г / г ) в двухфазной (аэробной для роста клеток с последующим анаэробным для производства) ферментации с использованием сложной среды, содержащей дрожжевой экстракт и триптон. Выход сукцината(анион янтарной кислоты) выше 1,0 г / г, вероятно, обусловлен включением СО2 и дополнительными источниками углерода, присутствующими в сложной среде.
Ферментативное производство янтарной кислоты рекомбинантной E. coli ограничено кофактором NADH и плохим ростом клеток и медленным образованием в анаэробных условиях [97, 98]. Была разработана система производства аэробных сукцинатов, которая позволяет E. coli производить и накапливать сукцинат в аэробных условиях. Множественные мутации в цикле трикарбоновой кислоты (sdhAB, icd, iclR) и ацетатные пути (poxB, ackA-pta) перенаправляют поток углерода к янтарной кислоте через два пути:
1) цикл глиоксилата, когда icd также выбивается, и 2) окислительная ветвь цикла TCA, когда icd не выбивается. Выпадение sdhAB позволяет накопить сукцинат у мутантов, который обычно не происходит в E. coli в аэробных условиях. При инактивации ptsG и сверхэкспрессии устойчивой к пират-карбоксилазе ингибирования малатной обратной связи мутанты способны вырабатывать максимальный теоретический выход сукцината в 1,0 моль / моль (0,66 г / г), потребляемой глюкозой. Это первая аэробная сукцинатная система производства, основанная на создании новой аэробной центральной метаболической сети в E. coli .Однако производительность сукцината была низкой, менее 0,27 г / л-ч, а также было существенное накопление промежуточных продуктов цикла пирувата и ТСА цикла С6 в ферментации. Для этой системы необходимо сделать больше усовершенствований в области метаболической инженерии, чтобы сделать производство аэробного сукцината более эффективным и экономичным.
Действие на организм:
Субстанция принимает участие в важнейшем для организма цикле Кребса. Цикл Кребса представляет собой последовательный процесс ферментативной реакции, в котором янтарная кислота последовательно в 3 этапа превращается в четырёхуглеродный оксалоацетат, для обеспечения энергии в виде высокоэнергетических фосфатных связей.
Янтарная кислота способна доставлять электроны в цепочку переноса электронов. Сукцинатдегидрогеназа (SDH) играет важную роль в митохондриальной функции, являясь как частью дыхательной цепи, так и цикла Кребса. SDH с ковалентно прикрепленной протезной группой FAD, способна связывать несколько различных субстратов фермента (сукцинат и фумарат) и физиологические регуляторы (оксалоацетат и АТФ). Окисляющий сукцинат связывает SDH с циклом быстрого цикла Krebs, где он участвует в расщеплении ацетил-CoA в течение всего цикла Кребса. Сукцинат может быть легко импортирован в митохондриальную матрицу с помощью н-бутилмалонат- (или фенилсукцинат-) чувствительного дикарбоксилатного носителя в обмен с неорганическим фосфатом или другой органической кислотой. Мутации в четырех генах, кодирующих субъединицы митохондриальной сукцинатдегидрогеназы, связаны с широким спектром клинических проявлений, то есть с заболеванием Хантингтона . Более того, считается, что янтарная кислота связана с D-2-гидроксиглутаровой кислой, что является врожденной ошибкой метаболизма. Янтарная кислота недавно была идентифицирована как онкометаболит или эндогенный, вызывающий рак метаболит. Высокие уровни этой органической кислоты можно найти в опухолях или биожидкостях, окружающих опухоли. Его онкогенное действие, по-видимому, связано с его способностью ингибировать ферменты, содержащие пролилгидроксилазу. Во многих опухолях доступность кислорода становится очень ограниченной (гипоксия) очень быстро из-за быстрой пролиферации клеток и ограниченного роста кровеносных сосудов. Основным регулятором реакции на гипоксию является фактор транскрипции HIF (HIF-альфа). При нормальном уровне кислорода уровни белка HIF-альфа очень низки из-за постоянной деградации, опосредуемой серией событий после трансляционной модификации, катализируемых ферментами PHD1, 2 и 3, содержащими домен, пролилгидроксилазы (также известный как EglN2, 1 и 3), что гидроксилат HIF-альфа и приводит к его деградации. Все три фермента PHD ингибируются сукцинатом.
Было показано, что янтарная кислота также является хорошим «естественным» антибиотиком из-за ее относительной кислотной или каустической природы (высокие концентрации могут даже вызывать ожоги). Показано, что сукцинатные добавки помогают уменьшить эффекты похмелья, активируя деградацию ацетальдегида - токсического побочного продукта алкогольного обмена - в CO2 и H2O через аэробный обмен. Показано, что янтарная кислота стимулирует восстановление нервной системы и укрепляет иммунную систему. Утверждалось также, что она повышает осведомленность, концентрацию и рефлексы.
Янтарная кислота обладает особыми свойствами, которые снимают стресс и беспокойство. Улучшает клеточное дыхание.
Недавние исследования показали, что способность янтарной кислоты улучшать клеточное дыхание, а также метаболизм глюкозы, которые позволяют организму функционировать оптимально. Когда клетки способны принимать кислород и использовать его для получения энергии.
Токсикологические данные:
При оральном применении (LD50): Острая токсичность: 2260 мг / кг [крыса].
