Введение
Карбоновая кислота с химической формулой CH2(COOH)2
Chembox
| ImageFile = Malonsäure.svg
| ImageAlt = Скелетная формула малоновой кислоты
| ImageFile1 = Malonic acid molecule ball from xtal.png
| ImageAlt1 = Шаро-стержневая модель молекулы малоновой кислоты
| PIN = Пропандиовая кислота
| OtherNames = Метандикарбоновая кислота
|Section1=
|Section2=Свойства Chembox
| C=3 | H=4 | O=4
| MeltingPtC = 135–137
| MeltingPt notes = (разлагается)
| Density = 1,619 г/см³
| Solubility = 763 г/л
| BoilingPt = разлагается
| pKa = pKa1 = 2,83 pKa2 = 5,69 – это природное вещество, содержащееся во многих фруктах и овощах. Предполагается, что цитрусовые, выращенные в органическом земледелии, содержат более высокий уровень малоновой кислоты, чем фрукты, выращенные традиционными методами. Малоновая кислота была впервые получена в 1858 году французским химиком Виктором Десайном путем окисления яблочной кислоты.
Chembox
| ImageFile = Malonsäure. svg
| ImageAlt = Skeletal formula of malonic acid
| ImageFile1 = Malonic acid molecule ball from xtal. png
| ImageAlt1 = Ball and stick model of the malonic acid molecule
| PIN = Propanedioic acid
| OtherNames = Methanedicarboxylic acid
|Section1=
|Section2=Chembox Properties
| C=3 | H=4 | O=4
| MeltingPtC = 135 to 137
| MeltingPt notes = (decomposes)
| Density = 1.619 g/cm3
| Solubility = 763 g/L
| BoilingPt = decomposes
| pKa = pKa1 = 2.83 pKa2 = 5.69 is a naturally occurring substance found in many fruits and vegetables. There is a suggestion that citrus fruits produced in organic farming contain higher levels of malonic acid than fruits produced in conventional agriculture. Malonic acid was first prepared in 1858 by the French chemist Victor Dessaignes via the oxidation of malic acid.
Органические реакции
Малоновая кислота реагирует как типичная карбоновая кислота, образуя амиды, эфиры, ангидриды и хлорангидриды. Малоновый ангидрид может использоваться в качестве промежуточного продукта для получения моноэфиров или моноамидов, а хлорид малонила наиболее удобен для синтеза диэфиров или диамидов. В известной реакции малоновая кислота конденсируется с мочевиной с образованием барбитуровой кислоты. Малоновая кислота также может конденсироваться с ацетоном, образуя кислоту Мелдрума – универсальный промежуточный продукт для дальнейших превращений. Эфиры малоновой кислоты также используются как синтон -CH2COOH в синтезе с использованием малоновых эфиров.
Синтез митохондриальных жирных кислот
Малоновая кислота является исходным субстратом синтеза митохондриальных жирных кислот (mtFASII), в ходе которого она превращается в малонил-КоА под действием малонил-КоА-синтетазы (ACSF3). Кроме того, производное малоната, малонил-КоА, является важным предшественником в биосинтезе цитозольных жирных кислот наряду с ацетил-КоА. В цитозоле малонил-КоА образуется из ацетил-КоА при участии ацетил-КоА-карбоксилазы, после чего малонат переносится на ацил-носитель белка для присоединения к растущей цепи жирной кислоты.
Реакция Бриггса-Раушера
Малоновая кислота является ключевым компонентом реакции Бриггса-Раушера, классического примера колебательной химической реакции.
Конденсация Knoevenagel
При конденсации Кнёвенагеля малоновая кислота или её диэфиры реагируют с карбонильной группой альдегида или кетона, за которой следует реакция дегидратации. Когда используется сама малоновая кислота, это обычно связано с тем, что желаемый продукт образуется в результате второй стадии, сопровождающейся отщеплением углекислого газа, в так называемой модификации Дёбнера. Например, продуктом реакции акролеина и малоновой кислоты в пиридине является транс-2,4-пентадиеновая кислота, содержащая одну карбоксильную группу, а не две.
Приготовление субоксида углерода
Субоксид углерода получают нагреванием сухой смеси пентаоксида фосфора (P4O10) и малоновой кислоты. Он реагирует аналогичным образом с малоновым ангидридом, образуя малонаты.
Приложения
Малоновая кислота является предшественником специальных полиэстеров. Ее можно превратить в 1,3-пропандиол для использования в полиэстерах и полимерах, хотя их практическая ценность пока не ясна. Она также может быть компонентом алкидных смол, которые применяются в различных покрытиях для защиты от повреждений, вызванных УФ-излучением, окислением и коррозией. Одно из применений малоновой кислоты – в качестве сшивающего агента для порошковых покрытий, отверждаемых при низкой температуре, которые становятся все более востребованными для термочувствительных материалов и для ускорения процесса нанесения покрытий. В 2014 году мировой рынок автомобильных покрытий оценивался в 18,59 миллиарда долларов США, с прогнозируемым среднегодовым темпом роста в 5,1% до 2022 года. Она используется в ряде производственных процессов как ценное специализированное химическое вещество, в том числе в электронной промышленности, а также в производстве ароматизаторов и отдушек. Потенциальный рост этих рынков может быть обусловлен достижениями в области промышленной биотехнологии, направленной на замену нефтехимических веществ в промышленных приложениях. В 2004 году министерство энергетики США включило малоновую кислоту в список 30 наиболее перспективных химических веществ для производства из биомассы. В пищевой и фармацевтической промышленности малоновая кислота может использоваться для регулирования кислотности, как вспомогательное вещество в фармацевтических препаратах или как натуральный консервант для пищевых продуктов, включая ароматические соединения, такие как гамма-ноналактон, коричная кислота, и фармацевтическое соединение вальпроат. Малоновая кислота (до 37,5% мас./мас.) использовалась для сшивания кукурузного и картофельного крахмала с целью получения биоразлагаемого термопластика; процесс осуществляется в воде с использованием нетоксичных катализаторов. Полимеры на основе крахмала составляли 38% мирового рынка биоразлагаемых полимеров в 2014 году, при этом наибольшими сегментами конечного использования являлись упаковка для пищевых продуктов, пенопластовая упаковка и мешки для компоста. Компания Eastman Kodak и другие используют малоновую кислоту и ее производные в качестве хирургического клея.
Патология
Если повышенные уровни малоновой кислоты сопровождаются повышенными уровнями метилмалоновой кислоты, это может указывать на метаболическое заболевание – комбинированную малоновую и метилмалоновую ацидурию (CMAMMA). Расчет соотношения малоновой кислоты к метилмалоновой кислоте в плазме крови позволяет отличить CMAMMA от классической метилмалоновой ацидемии.
Биохимия
Малоновая кислота является классическим примером конкурентного ингибитора фермента сукцинатдегидрогеназы (комплекс II) в дыхательной цепи транспорта электронов. Она связывается с активным центром фермента, не вступая в реакцию, конкурируя с обычным субстратом – сукцинатом, но лишена группы -CH2CH2-, необходимой для дегидрогенирования. Это наблюдение было использовано для определения структуры активного центра сукцинатдегидрогеназы. Ингибирование этого фермента снижает клеточное дыхание. Поскольку малоновая кислота является естественным компонентом многих продуктов питания, она присутствует в организмах млекопитающих, включая человека.