Kyselina propionová - Propionic acid

Kyselina propionová
Zjednodušený kosterní vzorec
Úplný strukturní vzorec
Model s kuličkou a hůlkou
Model vyplňující prostor
Kyselina propionová.jpg
Jména
Preferovaný název IUPAC
Kyselina propanová
Ostatní jména
Carboxyethane
Ethanecarboxylic kyselina
Ethylformic kyselina
Metacetonic kyselina
Methylacetic kyselina
C3: 0 ( lipidů čísla )
Identifikátory
3D model ( JSmol )
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
DrugBank
Informační karta ECHA 100,001,070 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
Číslo E. E280 (konzervační látky)
Číslo RTECS
UNII
  • InChI = 1S / C3H6O2 / c1-2-3 (4) 5 / h2H2,1H3, (H, 4,5)  šek Y
    Klíč: XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N  šek Y
  • Kyselina propionová: CCC (= O) O
  • Propionát: CCC (= O) [O-]
Vlastnosti
C 3 H 6 O 2
Molární hmotnost 74,079  g · mol -1
Vzhled Bezbarvá, olejovitá kapalina
Zápach Štiplavý, žluklý, nepříjemný
Hustota 0,98797 g / cm 3
Bod tání -20,5 ° C (-4,9 ° F; 252,7 K)
Bod varu 141,15 ° C (286,07 ° F; 414,30 K)
Sublimuje při -48 ° C
Δ subl H o = 74 kJ / mol
8,19 g / g (−28,3 ° C)
34,97 g / g (−23,9 ° C)
mísitelný (≥ −19,3 ° C)
Rozpustnost Mísitelný v ethanolu , etheru , CHCI 3
log P 0,33
Tlak páry 0,32 kPa (20 ° C)
0,47 kPa (25 ° C)
9,62 kPa (100 ° C)
4,45 · 10 −4 L · atm / mol
Kyselost (p K a ) 4,88
-43,50 · 10 −6 cm 3 / mol
Index lomu ( n D )
1,3843
Viskozita 1,175 c p (15 ° C)
1,02 Pa.s (25 ° C),
0,668 Pa.s (60 ° C),
0,495 Pa.s (90 ° C)
Struktura
Monoklinické (-95 ° C)
P2 1 / c
a  = 4,04 Á, b  = 9,06 Á, c  = 11 Á
a = 90 °, β = 91,25 °, γ = 90 °
0,63 D (22 ° C)
Termochemie
152,8 J / mol · K.
191 J / mol · K.
Std entalpie
formace (Δ f H ⦵ 298 )
-510,8 kJ / mol
1527,3 kJ / mol
Nebezpečí
Hlavní nebezpečí Korozívní
Piktogramy GHS GHS02: HořlavýGHS05: Žíravý
Signální slovo GHS Nebezpečí
H314
P280 , P305 + 351 + 338 , P310
NFPA 704 (ohnivý diamant)
Bod vzplanutí 54 ° C (129 ° F; 327 K)
512 ° C (954 ° F; 785 K)
Smrtelná dávka nebo koncentrace (LD, LC):
1370 mg / kg (myš, orální)
NIOSH (limity expozice USA pro zdraví):
PEL (přípustné)
žádný
REL (doporučeno)
TWA 10 ppm (30 mg / m 3 ) ST 15 ppm (45 mg / m 3 )
IDLH (okamžité nebezpečí)
ND
Související sloučeniny
Kyselina octová Kyselina
mléčná Kyselina
3-hydroxypropionová Kyselina
tartronová Kyselina
akrylová Kyselina
máselná
Související sloučeniny
1-propanol
propionaldehyd propionát
sodný
anhydrid kyseliny propionové
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje pro materiály v jejich standardním stavu (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Reference Infoboxu

Kyselina propionová ( / p r oʊ p i ɒ n ɪ k / , z řeckého slova Protos , což znamená „první“ a pion , což znamená „tuk“, známý také jako propanové kyseliny ) je přirozeně se vyskytující karboxylové kyseliny s chemickým vzorcem CH 3 CH 2 CO 2 H. Je to kapalina s pronikavým a nepříjemným zápachem, který trochu připomíná tělesný pach . Anion CH 3 CH 2 CO 2 - , jakož i soli a estery kyseliny propionové, jsou známé jako propionáty nebo propanoates .

Dějiny

Kyselinu propionovou poprvé popsal v roce 1844 Johann Gottlieb , který ji našel mezi produkty odbourávání cukru. Během několika příštích let vyráběli další chemici kyselinu propionovou různými způsoby, nikdo si neuvědomoval, že vyrábějí stejnou látku. V roce 1847 francouzský chemik Jean-Baptiste Dumas zavedl všechny kyseliny na stejnou sloučeninu, kterou nazval kyselinou propionovou, z řeckých slov πρῶτος (prōtos), což znamená první , a πίων (piōn), což znamená tuk , protože je to nejmenší kyselina H (CH 2 ) n COOH, která vykazuje vlastnosti ostatních mastných kyselin , jako je produkce olejové vrstvy, když je solena z vody a má mýdlovou draselnou sůl .

Vlastnosti

Kyselina propionová má fyzikální vlastnosti mezi vlastnostmi menších karboxylových kyselin, kyseliny mravenčí a octové a větších mastných kyselin . Je mísitelný s vodou, ale lze jej z vody odstranit přidáním soli. Stejně jako u kyseliny octové a mravenčí se skládá z párů molekul vázaných na vodík v kapalině i v páře.

Kyselina propionová vykazuje obecné vlastnosti karboxylových kyselin: může tvořit amidové , esterové , anhydridové a chloridové deriváty. To podstoupí reakci Hell-Volhard-Zelinsky , která zahrnuje a- halogenaci karboxylové kyseliny s bromem , katalyzované pomocí bromidu fosforitého , v tomto případě za vzniku kyseliny 2-brompropanové , CH 3 CHBrCOOH. Tento produkt byl použit k přípravě racemické směsi z alaninu o amonolýzou .

Příprava alaninu z kyseliny propionové.png

Výroba

Chemikálie

V průmyslu, kyselina propionová se vyrábí hlavně hydrocarboxylation z ethylenu za použití niklu karbonyl jako katalyzátor:

Hydrokarboxylace etenu oxidem uhelnatým a vodou za vzniku kyseliny propionové v přítomnosti tetrakarbonylu niklu jako katalyzátoru

To je také produkován aerobní oxidací z propionaldehydu . V přítomnosti solí kobaltu nebo manganu (nejčastěji se používá propionát manganatý) probíhá tato reakce rychle při mírných teplotách 40–50 ° C:

Oxidace propionaldehydu v kapalné fázi atmosférickým kyslíkem za vzniku kyseliny propionové v přítomnosti propionátu manganatého jako katalyzátoru

Velké množství kyseliny propionové se kdysi vyrábělo jako vedlejší produkt při výrobě kyseliny octové. V současné době je největším světovým producentem kyseliny propionové společnost BASF s výrobní kapacitou přibližně 150 kt / rok.

Biotechnologické

Biotechnologická výroba kyseliny propionové využívá hlavně kmeny Propionibacterium . Produkce kyseliny propionové ve velkém měřítku Propionibacteria však čelí výzvám, jako je silná inhibice konečných produktů během buněčného růstu a tvorba vedlejších produktů (kyselina octová a kyselina jantarová). Jedním z přístupů ke zlepšení produktivity a výtěžku během fermentace je použití technik imobilizace buněk, které také podporují snadnou obnovu, opětovné použití buněčné biomasy a zvyšují toleranci mikroorganismů vůči stresu. V roce 2018 byla technologie 3D tisku poprvé použita k vytvoření matrice pro imobilizaci buněk ve fermentaci. Jako modelová studie byla zvolena produkce kyseliny propionové pomocí Propionibacterium acidipropionici imobilizované na 3D potištěných nylonových kuličkách. Ukázalo se, že tyto 3D vytištěné kuličky byly schopné podporovat přilnutí buněk s vysokou hustotou a produkci kyseliny propionové, které by mohly být přizpůsobeny jiným fermentačním bioprocesům. Byly testovány další matice imobilizace buněk, jako je Poraver z recyklovaného skla a bioreaktor s vláknitým ložem.

Byly vyzkoušeny alternativní způsoby produkce genetickými inženýrskými kmeny Escherichia coli, které začleňují nezbytnou cestu, Wood-Werkmanův cyklus.

Průmyslové použití

Kyselina propionová inhibuje růst plísní a některých bakterií na úrovních mezi 0,1 a 1% hmotnostními. Výsledkem je, že některá vyrobená kyselina propionová se konzumuje jako konzervační látka jak pro krmení zvířat, tak pro potraviny pro lidskou spotřebu. Ke krmení zvířat se používá buď přímo, nebo jako jeho amonná sůl. Antibiotikum monensin se přidává do krmiva pro dobytek, aby upřednostňovalo propionibakterie před producenty kyseliny octové v bachoru ; to produkuje méně oxidu uhličitého a konverze krmiva je lepší. Tato aplikace představuje přibližně polovinu světové produkce kyseliny propionové. Další hlavní aplikací je jako konzervační prostředek v pečivu, které používá sodné a vápenaté soli. Jako potravinářská přídatná látka je schválena pro použití v EU, USA, Austrálii a na Novém Zélandu.

Kyselina propionová je také užitečná jako meziprodukt při výrobě dalších chemikálií, zejména polymerů. Celulóza-acetát-propionát je užitečný termoplast . Používá se také vinylpropionát . Ve specializovanějších aplikacích se také používá k výrobě pesticidů a farmaceutik . Tyto estery kyseliny propionové má plodech zápachu a někdy se používají jako rozpouštědla nebo umělých příchutí.

V zařízeních na výrobu bioplynu je kyselina propionová běžným meziproduktem, který vzniká fermentací bakteriemi kyseliny propionové. Jeho degradace v anaerobním prostředí (např. Bioplynové stanice) vyžaduje aktivitu komplexních mikrobiálních komunit.

Biologie

Propionová kyselina je produkována biologicky za jeho koenzymu A ester, propionyl-CoA , z metabolického odbourávání mastných kyselin, které obsahují lichá čísla z uhlíkových atomů, a také od rozdělení některých aminokyselin . Bakterie rodu Propionibacterium produkují kyselinu propionovou jako konečný produkt svého anaerobního metabolismu. Tato třída bakterií se běžně vyskytuje v žaludcích přežvýkavců a potních žlázách člověka a jejich činnost je částečně zodpovědná za vůni sýra ementál , amerického „švýcarského sýra“ a potu .

Metabolismus kyseliny propionové začíná její přeměnou na propionyl koenzym A , což je obvyklý první krok v metabolismu karboxylových kyselin . Vzhledem k tomu, že kyselina propionová má tři uhlíky, nemůže propionyl-CoA přímo vstoupit ani do oxidace beta, ani do cyklů kyseliny citronové . U většiny obratlovců je propionyl-CoA karboxylován na D - methylmalonyl-CoA , který je izomerizován na L - methylmalonyl -CoA. Vitamin B 12 dependentní enzym katalyzuje přesmyk L -methylmalonyl-CoA na sukcinyl-CoA , který je meziproduktem kyselého citrátového cyklu a může se tam snadno začleněn.

Kyselina propionová slouží jako substrát pro jaterní glukoneogenezi přeměnou na sukcinyl-CoA . Kromě toho má podávání exogenní kyseliny propionové za následek vyšší produkci endogenní glukózy, než jakou lze vysvětlit samotnou glukoneogenní přeměnou. Exogenní kyselina propionová může zvýšit regulaci endogenní produkce glukózy zvýšením hladiny norepinefrinu a glukagonu , což naznačuje, že chronické požití kyseliny propionové může mít nepříznivé metabolické důsledky.

U propionové acidémie , vzácné dědičné genetické poruchy, působí propionát jako metabolický toxin v jaterních buňkách akumulací v mitochondriích jako propionyl-CoA a jeho derivát, methylcitrát, dva inhibitory cyklu trikarboxylové kyseliny. Propanoát je metabolizován oxidačně glií , což naznačuje astrocytovou zranitelnost při propionové acidemii, když se může hromadit intramitochondriální propionyl-CoA. Propionová acidémie může ovlivnit expresi neuronových i gliových genů ovlivněním acetylace histonů. Když je kyselina propionová napuštěna přímo do mozku hlodavců, vyvolává reverzibilní chování (např. Hyperaktivitu , dystonii , sociální postižení, vytrvalost ) a mozkové změny (např. Vrozený neurozánět, vyčerpání glutathionu), které lze použít jako prostředek k modelování autismu v krysy.

Lidský výskyt

Lidská kůže je hostitelem několika druhů Propionibacteria . Nejvýznamnějším z nich je Cutibacterium acnes (dříve známý jako Propionibacterium acnes ), který žije hlavně v mazových žlázách kůže a je jednou z hlavních příčin akné . Propionát je považován za jednu z nejběžnějších mastných kyselin s krátkým řetězcem produkovaných v tlustém střevě člověka střevní mikroflórou v reakci na nestravitelné sacharidy ( vlákninu ) ve stravě. Byla přezkoumána role střevní mikroflóry a jejich metabolitů, včetně propionátu, při zprostředkování funkce mozku.

Studie na myších naznačují, že propionát je produkován bakteriemi rodu Bacteroides ve střevech a že tam poskytuje určitou ochranu proti Salmonella . Další studie zjistila, že propionát mastných kyselin může uklidnit imunitní buňky, které zvyšují krevní tlak, a tím chránit tělo před škodlivými účinky vysokého krevního tlaku.

Bakteriologie

Bakterie Coprothermobacter platensis produkuje při fermentaci želatiny propionát.

Soli a estery propionátu

Propionát / p r oʊ p i ə n eɪ t / nebo propanoát , iont je C 2 H 5 C O O - je konjugovaná báze kyseliny propionové. Je to forma nacházející se v biologických systémech při fyziologickém pH . Sloučeninou propionovou nebo propanovou je karboxylátová sůl nebo ester kyseliny propionové. V těchto sloučeninách, propionát je často psán zkráceně jako CH 3 CH 2 CO 2 nebo jednoduše EtCO 2 .

Propionáty by se neměly zaměňovat s propenoáty (běžně známými jako akryláty ), ionty / solemi / estery kyseliny propenové (známé také jako kyselina 2-propenová nebo kyselina akrylová ).

Příklady

Solí

Estery

Viz také

Reference

externí odkazy