Ácido fumárico: estrutura, propriedades, usos e riscos - Ciência - 2023

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o ácido fumárico ou o ácido trans-butenodioico é um ácido dicarboxílico fraco que participa do ciclo de Krebs (ou ciclo do ácido tricarboxílico) e do ciclo da ureia. Sua estrutura molecular é HOOCCH = CHCOOH, cuja fórmula molecular condensada é C₄H₄OU₄. Os sais e ésteres do ácido fumárico são chamados fumaratos.

É produzida no ciclo de Krebs a partir do succinato que é oxidado a fumarato pela ação da enzima succinato desidrogenase, utilizando FAD (Flavin Adenil Dinucleotide) como coenzima. Enquanto FAD é reduzido a FADH₂. Posteriormente, o fumarato é hidratado a L-malato pela ação da enzima fumarase.

No ciclo da ureia, o arginosuccinato é convertido em fumarato pela ação da enzima arginosuccinato liase. O fumarato é convertido em malato pela fumarase citosólica.

O ácido fumárico pode ser obtido a partir da glicose em um processo mediado pelo fungo Rhizopus nigricans. O ácido fumárico também pode ser obtido pela isomerização calórica do ácido maleico. Também pode ser sintetizado por oxidação de furfural com clorato de sódio na presença de pentóxido de vanádio.

O ácido fumárico tem muitos usos; como aditivo alimentar, na produção de resinas e no tratamento de algumas doenças, como psoríase e esclerose múltipla. No entanto, apresenta pequenos riscos à saúde que devem ser considerados.

Estrutura química

A imagem superior ilustra a estrutura molecular do ácido fumárico. As esferas pretas correspondem aos átomos de carbono que compõem seu esqueleto hidrofóbico, enquanto as esferas vermelhas pertencem aos dois grupos carboxílicos COOH. Assim, ambos os grupos COOH são separados apenas por dois carbonos ligados por uma ligação dupla, C = C.

Pode-se dizer que a estrutura do ácido fumárico tem geometria linear. Isso ocorre porque todos os átomos de seu esqueleto de carbonato têm hibridização sp² e, portanto, eles repousam no mesmo plano, além dos dois átomos de hidrogênio centrais (as duas esferas brancas, uma voltada para cima e a outra voltada para baixo).

Os únicos dois átomos que se projetam desse plano (e com poucos ângulos acentuados) são os dois prótons ácidos dos grupos COOH (as esferas brancas nas laterais). Quando o ácido fumárico está completamente desprotonado, adquire duas cargas negativas que ressoam em suas extremidades, tornando-se um ânion dibásico.

Isomeria geométrica

A estrutura do ácido fumárico mostra isomeria trans (ou E). Este reside nas posições espaciais relativas dos substituintes de ligação dupla. Os dois pequenos átomos de hidrogênio apontam em direções opostas, assim como os dois grupos COOH.

Isso dá ao ácido fumárico um esqueleto em “ziguezague”. Já para seu outro isômero geométrico, cis (ou Z), que nada mais é do que ácido maleico, possui um esqueleto curvo em forma de "C". Esta curvatura é o resultado do encontro frontal dos dois grupos COOH e os dois H's nas mesmas orientações:

Propriedades físicas e químicas

Fórmula molecular

C₄H₄OU₄.

Peso molecular

116,072 g / mol.

Aspecto físico

Um sólido cristalino incolor. Os cristais são monoclínicos em forma de agulha.

Pó ou grânulos cristalinos brancos.

Odor

Banheiro.

Sabor

Citrino.

Ponto de ebulição

329 ° F a uma pressão de 1,7 mmmHg (522 ° C). Sublima a 200º C (392º F) e se decompõe a 287º C.

Ponto de fusão

572 ° F a 576 ° F (287 ° C).

Ponto de inflamação

273º C (vidro aberto). 230º C (vidro fechado).

Solubilidade em água

7.000 mg / l a 25ºC.

Solubilidade em outros líquidos

-Solúvel em etanol e em ácido sulfúrico concentrado. Com o etanol pode formar ligações de hidrogênio e, ao contrário das moléculas de água, as do etanol interagem com maior afinidade com o esqueleto orgânico de sua estrutura.

-Fracamente solúvel em éster etílico e acetona.

Densidade

1.635 g / cm³ a 68º F. 1.635 g / cm³ a 20º C.

Pressão de vapor

1,54 x 10^-4 mmHg a 25º C.

Estabilidade

É estável, embora seja degradável por microrganismos aeróbios e anaeróbios.

Quando o ácido fumárico é aquecido em um recipiente fechado com água entre 150ºC e 170ºC, o ácido DL-málico é formado.

Autoignição

1.634 ° F (375 ° C).

Calor de combustão

2.760 cal / g.

pH

3,0-3,2 (solução a 0,05% a 25 ° C). Este valor depende do grau de dissociação dos dois prótons, por se tratar de um ácido dicarboxílico e, portanto, diprótico.

Decomposição

Ele se decompõe com o aquecimento, produzindo um gás corrosivo. Reage violentamente com oxidantes fortes, criando gases inflamáveis e tóxicos que podem causar incêndio e até explosões.

Sob combustão parcial, o ácido fumárico se converte no irritante anidrido maleico.

Formulários

Na comida

-É utilizado como acidulante em alimentos, cumprindo uma função reguladora da acidez. Ele também pode substituir o ácido tartárico e o ácido cítrico para essa finalidade. Além disso, é usado como conservante de alimentos.

-Na indústria de alimentos, o ácido fumárico é usado como agente de acidificação, aplicado em refrigerantes, vinhos de estilo ocidental, refrigerantes, sucos concentrados de frutas, frutas enlatadas, picles, sorvetes e refrigerantes.

-O ácido fumárico é usado em bebidas diárias, como leite com chocolate, gemada, cacau e leite condensado. O ácido fumárico também é adicionado ao queijo, incluindo queijos processados e seus substitutos.

- Sobremesas como pudim, iogurte aromatizado e sorvetes podem conter ácido fumárico. Este ácido pode preservar ovos e sobremesas à base de ovo, como creme.

Usos adicionais na indústria alimentícia

-O ácido fumárico ajuda a estabilizar e dar sabor aos alimentos. Bacon e alimentos enlatados também têm esse composto adicionado.

-Seu uso combinado com benzoatos e ácido bórico é útil contra a degradação de carnes, peixes e crustáceos.

-Possui propriedades antioxidantes, razão pela qual tem sido utilizado na conservação de manteiga, queijos e leite em pó.

- Facilita o manuseio da massa de farinha, permitindo que seja trabalhada com mais facilidade.

-Tem sido utilizado com sucesso na dieta de suínos em termos de ganho de peso, melhora da atividade digestiva e redução de bactérias patogênicas no sistema digestivo.

Na produção de resinas

-O ácido fumárico é utilizado na produção de resinas de poliéster insaturado. Esta resina possui excelente resistência à corrosão química e resistência ao calor. Além disso, é utilizado na fabricação de resinas alquídicas, resinas fenólicas e elastômeros (borrachas).

-O copolímero de ácido fumárico e acetato de vinila é uma forma de adesivo de alta qualidade. O copolímero de ácido fumárico com estireno é uma matéria-prima na fabricação de fibras de vidro.

-Tem sido utilizado para a produção de álcoois poliídricos e como mordente de corantes.

Em medicina

-O fumarato de sódio pode reagir com o sulfato ferroso para formar o gel de fumarato de ferro, originando o fármaco com o nome de Fersamal. Isso também é usado no tratamento de anemia em crianças.

-Éster de fumarato de dimetila tem sido usado no tratamento da esclerose múltipla, produzindo assim uma redução na progressão da deficiência.

-Vários ésteres de ácido fumárico têm sido usados no tratamento da psoríase. Os compostos de ácido fumárico exerceriam sua ação terapêutica por meio de sua capacidade imunomoduladora e imunossupressora.

-A planta Fumaria officinalis contém naturalmente ácido fumárico e é usada há décadas no tratamento da psoríase.

No entanto, foram observados insuficiência renal, insuficiência hepática, efeitos gastrointestinais e rubor em um paciente tratado com ácido fumárico para psoríase. O distúrbio foi diagnosticado como Necrose Tubular Aguda.

Experimentos com este composto

-Em um experimento realizado em humanos que receberam 8 mg de ácido fumárico / dia durante um ano, nenhum dos participantes apresentou lesão hepática.

-O ácido fumárico tem sido usado para inibir tumores hepáticos induzidos por tiocetamida em camundongos.

-Tem sido usado em camundongos tratados com mitomicina C. Este medicamento causa anormalidades hepáticas, consistindo em várias alterações citológicas, como irregularidade perinuclear, agregação da cromatina e organelas citoplasmáticas anormais. O ácido fumárico também reduz a incidência dessas alterações.

-Em experimentos com ratos, o ácido fumárico demonstrou capacidade inibitória para o desenvolvimento do papiloma esofágico, glioma cerebral e nos tumores mesenquimais do rim.

-Existem experiências que mostram um efeito oposto do ácido fumárico em relação aos tumores cancerígenos. Recentemente, foi identificado como um oncometabólito ou metabólito endógeno capaz de causar câncer. Existem altos níveis de ácido fumárico nos tumores e no fluido ao redor do tumor.

Riscos

-Em contato com os olhos, o pó de ácido fumárico pode causar irritação, manifestada por vermelhidão, lacrimejamento e dor.

-Em contato com a pele pode causar irritação e vermelhidão.

-Sua inalação pode irritar a membrana mucosa das vias nasais, laringe e garganta. Também pode causar tosse ou falta de ar.

- Por outro lado, o ácido fumárico não apresenta toxicidade quando ingerido.

Referências

Steven A. Hardinger. (2017). Glossário ilustrado de química orgânica: ácido fumárico. Retirado de: chem.ucla.edu
Grupo Transmerquim. (Agosto de 2014). Ácido fumárico. [PDF]. Retirado de: gtm.net
Wikipedia. (2018). Ácido fumárico. Retirado de: en.wikipedia.org/wiki/Fumaric_acid
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Royal Society of Chemistry. (2015). Ácido fumárico. Retirado de: chemspider.com
ChemicalBook. (2017). Ácido fumárico. Retirado de: chemicalbook.com