Оксалат: Свойства, формы и содержание в продуктах питания
Oxalate
Оксалат: химическая формула, свойства и применение. Узнайте о соединении C2O4(2−), его солях (например, оксалате натрия) и естественном содержании в продуктах.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Любой производный оксаловой кислоты; химическое соединение, содержащее оксалатную группу. Оксалат (систематическое название IUPAC: этанодиоат) — это анион с химической формулой C₂O₄²⁻. Этот дианион бесцветен. Он встречается в природе, в том числе в некоторых продуктах питания. Он образует различные соли, например оксалат натрия (Na₂C₂O₄), и несколько сложных эфиров, таких как оксалат диметила ((CH₃)₂C₂O₄). Это сопряженное основание оксаловой кислоты. При нейтральном pH в водном растворе оксаловая кислота полностью превращается в оксалат.
Any derivative of oxalic acid; chemical compound containing oxalate moiety
Oxalate (systematic IUPAC name: ethanedioate) is an anion with the chemical formula formula |C2O4(2−). This dianion is colorless. It occurs naturally, including in some foods. It forms a variety of salts, for example sodium oxalate (|Na2C2O4), and several esters such as dimethyl oxalate (|(CH3)2C2O4). It is a conjugate base of oxalic acid. At neutral pH in aqueous solution, oxalic acid converts completely to oxalate.
Связь с оксаловой кислотой
Диссоциация протонов из оксаловой кислоты происходит поэтапно; как и в случае с другими полипротоновыми кислотами, потеря одного протона приводит к образованию моновалентного аниона гидрогеноксалата |HC2O4−. Соль с этим анионом иногда называют кислым оксалатом, одноосновным оксалатом или гидрогенооксалатом. Константа равновесия (Ka) для потери первого протона составляет 5,37e+2 (pKa = 1,27). Потеря второго протона, в результате которой образуется оксалат-ион, имеет константу равновесия 5,25e+5 (pKa = 4,28). Эти значения подразумевают, что в растворах с нейтральным pH оксаловая кислота отсутствует, а гидрогенооксалата содержится лишь в незначительных количествах. В литературе часто нечетко разграничиваются |H2C2O4, |HC2O4− и |C2O4(2−), и совокупность этих форм обычно обозначается как оксаловая кислота.
The dissociation of protons from oxalic acid proceeds in a stepwise manner; as for other polyprotic acids, loss of a single proton results in the monovalent hydrogenoxalate anion |HC2O4−. A salt with this anion is sometimes called an acid oxalate, monobasic oxalate, or hydrogen oxalate. The equilibrium constant (Ka) for loss of the first proton is 5.37e 2 (pKa = 1.27). The loss of the second proton, which yields the oxalate ion, has an equilibrium constant of 5.25e 5 (pKa = 4.28). These values imply, in solutions with neutral pH, no oxalic acid and only trace amounts of hydrogen oxalate exist. The literature is often unclear on the distinction between |H2C2O4, |HC2O4−, and |C2O4(2−), and the collection of species is referred to as oxalic acid.
Структура
Оксалатный анион существует в неплоской конформации, где диэдрические углы O–C–C–O приближаются к 90° с приблизительной симметрией D2d. При комплексообразовании с катионами оксалат принимает плоскую конформацию D2h. Однако, в структуре оксалата цезия |Cs2C2O4 диэдрический угол O–C–C–O составляет 81(1)°. Следовательно, |Cs2C2O4 лучше аппроксимируется структурой с симметрией D2d, поскольку две плоскости |CO2 сдвинуты относительно друг друга. С помощью рентгеноструктурного анализа монокристаллов идентифицированы две структурные формы оксалата рубидия |Rb2C2O4: одна содержит плоский оксалат, а другая – сдвинутый оксалат. Барьер вращения вокруг этой связи рассчитан как приблизительно 2–6 ккал/моль для свободного дианиона |C2O4(2−). Эти результаты согласуются с интерпретацией, согласно которой центральная связь C–C рассматривается как одинарная связь с минимальными π-взаимодействиями между двумя |CO2− группами. Другие съедобные растения со значительной концентрацией оксалата включают, в порядке убывания: карамбола (звездчатый фрукт), черный перец, петрушка, мак, амарант, мангольд, свекла, какао, шоколад, большинство орехов, большинство ягод, пальмы фиштейл, новозеландский шпинат (Tetragonia tetragonioides) и бобы. Листья чайного растения (Camellia sinensis) содержат одни из самых высоких измеренных концентраций щавелевой кислоты по сравнению с другими растениями. Однако напиток, полученный путем заваривания в горячей воде, обычно содержит лишь небольшое или умеренное количество щавелевой кислоты из-за небольшого количества листьев, используемых для заваривания.
The oxalate anion exists in a nonplanar conformation where the O–C–C–O dihedrals approach 90° with approximate D2d symmetry. When chelated to cations, oxalate adopts the planar, D2h conformation. However, in the structure of caesium oxalate |Cs2C2O4 the O–C–C–O dihedral angle is 81(1)°. Therefore, |Cs2C2O4 is more closely approximated by a D2d symmetry structure because the two |CO2 planes are staggered. Two structural forms of rubidium oxalate |Rb2C2O4 have been identified by single crystal X ray diffraction: one contains a planar and the other a staggered oxalate. The barrier to rotation about this bond is calculated to be roughly 2–6 kcal/mol for the free dianion, |C2O4(2−). Such results are consistent with the interpretation that the central C−C bond is regarded as a single bond with minimal π interactions between the two |CO2− units. Other edible plants with significant concentrations of oxalate include, in decreasing order, star fruit (carambola), black pepper, parsley, poppy seed, amaranth, chard, beets, cocoa, chocolate, most nuts, most berries, fishtail palms, New Zealand spinach (Tetragonia tetragonioides), and beans. Leaves of the tea plant (Camellia sinensis) contain among the greatest measured concentrations of oxalic acid relative to other plants. However, the drink derived by infusion in hot water typically contains only low to moderate amounts of oxalic acid due to the small mass of leaves used for brewing. +Common high oxalate foods Food item Serving Oxalatecontent(mg) Beetroot greens, cooked cup 916 Purslane, leaves, cooked cup 910 Rhubarb, stewed, no sugar cup 860 Spinach, cooked cup 750 Beet, cooked cup 675 Chard, Swiss, leaves cooked cup 660 Rhubarb, canned cup 600 Spinach, frozen cup 600 Beet, pickled cup 500 Poke greens, cooked cup 476 Endive, raw 20 long leaves 273 Cocoa, dry cup 254 Dandelion greens, cooked cup 246 Okra, cooked 8–9 pods 146 Sweet potato, cooked cup 141 Kale, cooked cup 125 Peanuts, raw cup (1 3/4 oz) 113 Turnip greens, cooked cup 110 Chocolate, unsweetened 1 oz 91 Parsnips, diced, cooked cup 81 Collard greens, cooked cup 74 Pecans, halves, raw cup (1 1/4 oz) 74 Tea, leaves (4 minute infusion) 1 level tsp in 7 fl oz water 72 Cereal germ, toasted cup 67 Gooseberries cup 66 Potato, Idaho white, baked 1 medium 64 Carrots, cooked cup 45 Apple, raw with skin 1 medium 41 Brussels sprouts, cooked 6–8 medium 37 Strawberries, raw cup 35 Celery, raw 2 stalks 34 Milk chocolate bar 1 bar (1.02 oz) 34 Raspberries, black, raw cup 33 Orange, edible portion 1 medium 24 Green beans, cooked cup 23 Chives, raw, chopped 1 tablespoon 19 Leeks, raw medium 15 Blackberries, raw cup 13 Concord grapes cup 13 Blueberries, raw cup 11 Redcurrants cup 11 Apricots, raw 2 medium 10 Raspberries, red, raw cup 10 Broccoli, cooked 1 large stalk 6 Cranberry juice cup (4 oz) 6
The oxalate anion exists in a nonplanar conformation where the O–C–C–O dihedrals approach 90° with approximate D2d symmetry. When chelated to cations, oxalate adopts the planar, D2h conformation. However, in the structure of caesium oxalate |Cs2C2O4 the O–C–C–O dihedral angle is 81(1)°. Therefore, |Cs2C2O4 is more closely approximated by a D2d symmetry structure because the two |CO2 planes are staggered. Two structural forms of rubidium oxalate |Rb2C2O4 have been identified by single crystal X ray diffraction: one contains a planar and the other a staggered oxalate. The barrier to rotation about this bond is calculated to be roughly 2–6 kcal/mol for the free dianion, |C2O4(2−). Such results are consistent with the interpretation that the central C−C bond is regarded as a single bond with minimal π interactions between the two |CO2− units. Other edible plants with significant concentrations of oxalate include, in decreasing order, star fruit (carambola), black pepper, parsley, poppy seed, amaranth, chard, beets, cocoa, chocolate, most nuts, most berries, fishtail palms, New Zealand spinach (Tetragonia tetragonioides), and beans. Leaves of the tea plant (Camellia sinensis) contain among the greatest measured concentrations of oxalic acid relative to other plants. However, the drink derived by infusion in hot water typically contains only low to moderate amounts of oxalic acid due to the small mass of leaves used for brewing. +Common high oxalate foods Food item Serving Oxalatecontent(mg) Beetroot greens, cooked cup 916 Purslane, leaves, cooked cup 910 Rhubarb, stewed, no sugar cup 860 Spinach, cooked cup 750 Beet, cooked cup 675 Chard, Swiss, leaves cooked cup 660 Rhubarb, canned cup 600 Spinach, frozen cup 600 Beet, pickled cup 500 Poke greens, cooked cup 476 Endive, raw 20 long leaves 273 Cocoa, dry cup 254 Dandelion greens, cooked cup 246 Okra, cooked 8–9 pods 146 Sweet potato, cooked cup 141 Kale, cooked cup 125 Peanuts, raw cup (1 3/4 oz) 113 Turnip greens, cooked cup 110 Chocolate, unsweetened 1 oz 91 Parsnips, diced, cooked cup 81 Collard greens, cooked cup 74 Pecans, halves, raw cup (1 1/4 oz) 74 Tea, leaves (4 minute infusion) 1 level tsp in 7 fl oz water 72 Cereal germ, toasted cup 67 Gooseberries cup 66 Potato, Idaho white, baked 1 medium 64 Carrots, cooked cup 45 Apple, raw with skin 1 medium 41 Brussels sprouts, cooked 6–8 medium 37 Strawberries, raw cup 35 Celery, raw 2 stalks 34 Milk chocolate bar 1 bar (1.02 oz) 34 Raspberries, black, raw cup 33 Orange, edible portion 1 medium 24 Green beans, cooked cup 23 Chives, raw, chopped 1 tablespoon 19 Leeks, raw medium 15 Blackberries, raw cup 13 Concord grapes cup 13 Blueberries, raw cup 11 Redcurrants cup 11 Apricots, raw 2 medium 10 Raspberries, red, raw cup 10 Broccoli, cooked 1 large stalk 6 Cranberry juice cup (4 oz) 6
Физиологические эффекты
Избыточное потребление продуктов, богатых оксалатами, связывают с образованием камней в почках, состоящих из ионов металлов, таких как оксалат кальция – фактора риска развития мочекаменной болезни. Некоторые грибы рода Aspergillus продуцируют щавелевую кислоту.
Excess consumption of oxalate rich foods has been linked to kidney stone formation of metal ions, such as calcium oxalate, a risk factor for kidney stones. Some fungi of the genus Aspergillus produce oxalic acid.
Лиганд для ионов металлов
Оксалат также образует координационные соединения, где его иногда обозначают как ox. Он часто встречается в виде бидентатного лиганда. При хелатировании оксалата с одним металлическим центром, он всегда принимает плоскую конформацию. Как бидентатный лиганд, он образует 5-членное кольцо MC2O2. Примером такого комплекса является ферриоксалат калия, K3[Fe(C2O4)3]. Препарат оксалиплатин демонстрирует улучшенную растворимость в воде по сравнению с более старыми препаратами на основе платины, что позволяет избежать дозоограничивающего побочного эффекта – нефротоксичности. Оксаловая кислота и оксалаты могут быть окислены перманганатом в автокаталитической реакции. Одно из основных применений оксаловой кислоты – удаление ржавчины, которое обусловлено образованием оксалатом водорастворимых производных с ионами железа.
Oxalate also forms coordination compounds where it is sometimes abbreviated as ox. It is commonly encountered as a bidentate ligand. When the oxalate chelates to a single metal center, it always adopts the planar conformation. As a bidentate ligand, it forms a 5 membered |MC2O2 ring. An illustrative complex is potassium ferrioxalate, |K3[Fe(C2O4)3]. The drug oxaliplatin exhibits improved water solubility relative to older platinum based drugs, avoiding the dose limiting side effect of nephrotoxicity. Oxalic acid and oxalates can be oxidized by permanganate in an autocatalytic reaction. One of the main applications of oxalic acid is rust removal, which arises because oxalate forms water soluble derivatives with the ferric ion.
Избыток
Избыточный уровень оксалата в крови называется гипероксалемией, а повышенный уровень оксалата в моче – гипероксалурией.
An excess oxalate level in the blood is termed hyperoxalemia, and high levels of oxalate in the urine is termed hyperoxaluria.
Приобретенные
Хотя это и необычно, потребление оксалатов (например, выпас животных на растениях, содержащих оксалаты, таких как Bassia hyssopifolia, или употребление человеком щавеля или, особенно в избыточных количествах, черного чая) может привести к заболеванию почек или даже смерти из-за отравления оксалатами. В "New England Journal of Medicine" был опубликован случай острой оксалатной нефропатии "почти наверняка вызванной чрезмерным употреблением холодного чая" у 56-летнего мужчины, который выпивал "шестнадцать стаканов холодного чая объемом 8 унций ежедневно" (примерно). Авторы статьи предположили, что острая оксалатная нефропатия является недостаточно диагностируемой причиной почечной недостаточности и предложили тщательно изучать историю питания пациентов в случаях необъяснимой почечной недостаточности без протеинурии (избытка белка в моче) и при наличии большого количества оксалата кальция в осадке мочи. Oxalobacter formigenes в составе кишечной флоры может способствовать облегчению этого состояния.
Although unusual, consumption of oxalates (for example, the grazing of animals on oxalate containing plants such as Bassia hyssopifolia, or human consumption of wood sorrel or, specifically in excessive quantities, black tea) may result in kidney disease or even death due to oxalate poisoning. The New England Journal of Medicine reported acute oxalate nephropathy "almost certainly due to excessive consumption of iced tea" in a 56 year old man, who drank "sixteen 8 ounce glasses of iced tea daily" (roughly ). The authors of the paper hypothesized that acute oxalate nephropathy is an underdiagnosed cause of kidney failure and suggested thorough examination of patient dietary history in cases of unexplained kidney failure without proteinuria (an excess of protein in the urine) and with large amounts of calcium oxalate in urine sediment. Oxalobacter formigenes in the gut flora may help alleviate this.
Врожденный
Первичная гипероксалурия – редкое наследственное заболевание, приводящее к повышенному выведению оксалата и частому образованию оксалатных камней.
Primary hyperoxaluria is a rare, inherited condition, resulting in increased excretion of oxalate, with oxalate stones being common.