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.

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.