フマル酸：構造、特性、用途、リスク - 化学 - 2025

フマル酸又は弱いtransbutenodioicoジカルボンTCAサイクルに関与する酸（又はトリカルボン酸の周期）と尿素サイクル。その分子構造はHOOCCH = CHCOOHであり、その凝縮分子式はC ₄ H ₄ O ₄です。フマル酸の塩とエステルはフマル酸塩と呼ばれます。

これは、コハク酸から酸化されたコハク酸からクレブスサイクルで生成され、コハク酸としてFAD（フラビンアデニルジヌクレオチド）を使用して、コハク酸デヒドロゲナーゼという酵素の作用によりフマル酸に酸化されます。一方、FADはFADH _2に削減されます。続いて、酵素フマラーゼの作用によりフマル酸塩がL-リンゴ酸塩に水和される。

出典：Wikimedia CommonsのBen Mills著

尿素サイクルでは、アルギノコハク酸リアーゼの作用により、アルギノコハク酸がフマル酸に変換されます。フマル酸はサイトゾルのフマラーゼによってリンゴ酸に変換されます。

フマル酸は、菌Rhizopus nigricansが仲介するプロセスでグルコースから作られます。フマル酸はマレイン酸の熱異性化によっても得られます。五酸化バナジウムの存在下で、塩素酸ナトリウムによるフルフラールの酸化によっても合成できます。

フマル酸には多くの用途があります。食品添加物、樹脂製造、乾癬や多発性硬化症などのいくつかの疾患の治療として。ただし、考慮する必要があるわずかな健康上のリスクがあります。

化学構造

上の画像は、フマル酸の分子構造を示しています。黒い球はその疎水性骨格を構成する炭素原子に対応し、赤い球は2つのカルボキシル基COOHに属しています。したがって、両方のCOOHグループは、C = Cの二重結合で連結された2つの炭素によってのみ分離されます。

フマル酸の構造は直線的な幾何学を持っていると言うことができます。これは、その炭酸塩骨格のすべての原子がsp ²ハイブリダイゼーションを持っているため、2つの中央の水素原子（上向きと下向きの2つの白い球）に加えて同じ平面にあるためです。 ）。

この平面から突き出ている2つの原子（および急角度が少ない）は、COOHグループの2つの酸性プロトン（側面の白い球）だけです。フマル酸が完全に脱プロトン化されると、その端で共鳴する2つの負の電荷が得られ、二塩基性アニオンになります。

幾何異性

フマル酸の構造はトランス（またはE）異性を持っています。これは、二重結合置換基の相対的な空間的位置にあります。2つの小さな水素原子は、2つのCOOHグループと同様に、反対方向を指します。

これにより、フマル酸は「ジグザグ」の骨格になります。他の幾何異性体であるcis（またはZ）はマレイン酸にすぎませんが、「C」の形の湾曲した骨格を持っています。この曲率は、2つのCOOHグループと2つのHが同じ向きで正面から出会った結果です。

出典：Wikimedia CommonsのNinomyによる

物理的及び化学的性質

分子式

C ₄ H ₄ O ₄。

分子量

116.072 g / mol。

外見

無色の結晶性固体。結晶は単斜晶、針状です。

白色の結晶性粉末または顆粒。

におい

トイレ。

味

かんきつ類の果実。

沸点

1.7 mmmHg（522°C）の圧力で329°F。200ºC（392ºF）で昇華し、287ºCで分解します。

融点

572°F〜576°F（287°C）。

引火点

273ºC（オープンガラス）。230ºC（閉じたガラス）。

水溶性

25℃で7,000 mg / l

他の液体への溶解度

-エタノールおよび濃硫酸に可溶。エタノールでは水素結合を形成でき、水分子とは異なり、エタノールはその構造の有機骨格との親和性が高くなります。

・エチルエステル、アセトンに溶けにくい。

密度

1635グラム/ cmで³ 68ºFで1635グラム/ cmの³で20ºC.

蒸気圧

254 Cで1.54 x 10 ^-4 mmHg

安定

好気性微生物および嫌気性微生物により分解されますが、安定しています。

フマル酸を150℃〜170℃の水で密閉容器内で加熱すると、DL-リンゴ酸が形成されます。

自己発火

1,634°F（375°C）。

燃焼熱

2,760カロリー/グラム。

pH

3.0-3.2（25°Cで0.05％溶液）。この値は、2つのプロトンの解離度に依存します。これは、ジカルボン酸であるため、二塩基性であるためです。

分解

加熱すると分解し、腐食性ガスを発生します。強力な酸化剤と激しく反応し、引火性で有毒なガスを生成し、火災や爆発を引き起こす可能性があります。

部分燃焼では、フマル酸は刺激性の無水マレイン酸に変わります。

用途

食べ物で

・食品の酸味料として使用され、酸味の調節機能を果たします。また、酒石酸やクエン酸の代用にもなります。また、食品保存料としても使用されています。

-食品業界では、酸味料としてフマル酸が使用され、ソフトドリンク、洋風ワイン、冷たい飲み物、濃縮果汁、缶詰の果物、漬物、アイスクリーム、ソフトドリンクに使用されています。

-フマル酸は、チョコレートミルク、エッグノッグ、ココア、コンデンスミルクなどの日常の飲料に使用されます。フマル酸は、プロセスチーズや代替チーズなどのチーズにも追加されます。

-プリン、フレーバーヨーグルト、シャーベットなどのデザートには、フマル酸が含まれている場合があります。この酸は卵とカスタードのような卵ベースのデザートを保存することができます。

食品業界でのその他の用途

-フマル酸は、食品の安定化と風味付けに役立ちます。ベーコンや缶詰にもこの化合物が追加されています。

-安息香酸塩やホウ酸と組み合わせて使用​​することで、肉、魚、貝類の分解に役立ちます。

-抗酸化作用があるため、バター、チーズ、粉乳の保存に使用されています。

・小麦粉生地の取り扱いが容易になり、作業性が向上します。

-豚の食事で、体重増加、消化活動の改善、消化器系の病原菌の減少に成功しています。

樹脂の製造において

-フマル酸は不飽和ポリエステル樹脂の製造に使用されます。耐薬品性、耐熱性に優れた樹脂です。さらに、アルキド樹脂、フェノール樹脂、エラストマー（ゴム）の製造にも使用されます。

-フマル酸と酢酸ビニルのコポリマーは、高品質の接着剤です。フマル酸とスチレンの共重合体はガラス繊維製造の原料です。

-多価アルコールの製造や着色剤の媒染剤として使用されています。

医学では

-フマル酸ナトリウムは硫酸第一鉄と反応してフマル酸鉄ゲルを形成し、フェルサマルという名前の薬物を生成します。これは、子供の貧血の治療にも使用されます。

-フマル酸ジメチルエステルは多発性硬化症の治療に使用されており、障害の進行を抑えています。

-フマル酸の様々なエステルが乾癬の治療に使用されています。フマル酸化合物は、免疫調節能力および免疫抑制能力を介して治療効果を発揮します。

-植物Fumaria officinalisは自然にフマル酸を含み、乾癬の治療に何十年も使用されてきました。

しかし、腎不全、肝機能障害、胃腸への影響、および紅潮が、乾癬のためにフマル酸で治療された患者で観察されました。疾患は急性尿細管壊死と診断された。

この化合物を使った実験

-1日に8 mgのフマル酸を1日与えられた人間で行われた実験では、参加者の誰も肝障害を示しませんでした。

-フマル酸は、マウスのチオセタミド誘発肝腫瘍を抑制するために使用されています。

-これはマイトマイシンCで治療されたマウスで使用されています。この薬物は、核周囲の不規則性、クロマチン凝集、異常な細胞質オルガネラなどのさまざまな細胞学的変化からなる肝臓異常を引き起こします。また、フマル酸はこれらの変化の発生率を減らします。

-ラットを用いた実験で、フマル酸は食道乳頭腫、脳神経膠腫、腎臓の間葉系腫瘍の発生を抑制する能力を示しています。

-癌性腫瘍に関してフマル酸の反対の効果を示す実験があります。最近、癌を引き起こす可能性のあるオンコメタボライトまたは内因性代謝物として特定されています。腫瘍および腫瘍周囲の体液には高レベルのフマル酸があります。

リスク

-目と接触すると、フマル酸粉末が刺激を引き起こし、赤み、涙、痛みが現れます。

-皮膚に接触すると、刺激や発赤を引き起こす可能性があります。

-その吸入は、鼻腔、喉頭、喉の粘膜を刺激する可能性があります。また、咳や息切れを引き起こす可能性があります。

・一方、フマル酸は摂取しても毒性を示しません。

参考文献

1. スティーブン・A・ハーディンガー（2017）。有機化学の説明された用語集：フマル酸。取得元：chem.ucla.edu
2. Transmerquimグループ。（2014年8月）。フマル酸。。取得元：gtm.net
3. ウィキペディア。（2018）。フマル酸。引用元：en.wikipedia.org/wiki/Fumaric_acid
4. PubChem。（2018）。フマル酸。pubchem.ncbi.nlm.nih.govから取得
5. 王立化学協会。（2015）。フマル酸。取得元：chemspider.com
6. ChemicalBook。（2017）。フマル酸。撮影元：chemicalbook.com