Acido fumarico

L'acido fumarico, acido trans-butendioico o acido paramaleico,^[2] è un composto chimico di formula ${\displaystyle {\ce {C4H4O4}}}$ che in condizioni normali si presenta come un solido cristallino incolore,^[3] inodore,^[4] dal sapore fortemente acido.^[5]

Le informazioni riportate non sono consigli medici e potrebbero non essere accurate. I contenuti hanno solo fine illustrativo e non sostituiscono il parere medico: leggi le avvertenze.

Acido fumarico
formula di struttura
modello ad asta e sfera
Nome IUPAC
acido E-butendioico
Nomi alternativi
acido trans-butendioico acido trans-1,4-butendioico
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	C4H4O4
Massa molecolare (u)	116,07
Numero CAS	110-17-8
Numero EINECS	203-743-0
Codice ATC	D05AX01
PubChem	444972 e 21883788
DrugBank	DBDB01677
SMILES	C(=CC(=O)O)C(=O)O
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)	1,635 g/cm3 (20 °C)
Costante di dissociazione acida (pKa) a 291 K	pKa1 = 3.03, pKa2 = 4.44
Solubilità in acqua	6,3g/l a 20 °C
Coefficiente di ripartizione 1-ottanolo/acqua	0,46
Temperatura di fusione	287 °C (560 K)
Temperatura di ebollizione	290 °C (563 K)
Proprietà termochimiche
ΔcombH0 (kJ·mol−1)	2.760 cal/g
Indicazioni di sicurezza
Punto di fiamma	273 °C (vaso aperto: 546 K)
Temperatura di autoignizione	740°C
Simboli di rischio chimico
attenzione
Frasi H	H319
Consigli P	P264+P265 - P280 - P305+P351+P338 - P337+P317 [1]

Storia

Il composto fu ottenuto per la prima volta da Lassaigne mediante distillazione dell'acido malico ed analizzato da Pelouge.^[2]

Caratteristiche strutturali e fisiche

Si tratta di un acido carbossilico, un acido butendioico in cui il doppio legame C=C presenta geometria E^[6] e l'isomero dell'acido maleico. Le due sostanze sono isomeri stabili e distinti, dato che la rotazione attorno ad un doppio legame carbonio-carbonio è impedita, poiché la transizione tra gli isomeri cis (Z) e trans (E) possiede una notevole energia di attivazione.^[5]

Il composto è combustibile, anche se è difficile innescarlo.^[3] In caso di incendio si possono sviluppare fumi irritanti di anidride maleica.^[3] Fonde difficilmente e sublima intorno ai 200°C formando anidride maleica e acqua.^[5]

Il composto risulta:^[5][7][8]

• insolubile in cloroformio e benzene;
• praticamente insolubile in olio d'oliva, tetracloruro di carbonio, xilene, canfora fusa e ammoniacaliquida;
• moderatamente solubile in acqua fredda, etere etilico e acetone;
• facilmente solubile in eteri e alcol;
• solubile in etanolo e acido solforico concentrato;
• molto solubile in acido nitrico bollente.

Caratteristiche strutturali[9][10]
N. di atomi pesanti	8
N. di donatori di legami a idrogeno	2
N. di accettori di legami a idrogeno	4
N. di legami ruotabili	2
N. di legami stereogenici	1
Massa monoisotopica	116,01095860 Da
Superficie polare	74,6 Ų
Sezione d'urto	133,58 Ų [M+Na]+
Caratteristiche fisiche
Gravità specifica[3]	1,635 a 20°C
Pressione di vapore[11]	1.,54·10-4 mm Hg a 25 °C

Abbondanza e disponibilità

È naturalmente presente in molte piante, nella C. islandica, nella F. officinalis e in alcuni funghi.^[5]

Sintesi del composto

L'acido fumarico è stato sintetizzato per la prima volta a partire dall'acido succinico.^[12] Si può ottenere:

• dall'ossidazione del furfurale, ottenibile dalla trasformazione del mais, utilizzando un clorato in presenza di un catalizzatore a base di vanadio.^[13]
• per distillazione secca dell'acido malico;
• dall'etere cloroeteniltricarbonico per azione di cianuro di potassio e carbonato di potassio.^[5]

Attualmente, la sintesi industriale dell'acido fumarico è principalmente basata sull'isomerizzazione catalitica dell'acido maleico in soluzioni acquose a pH basso. Quest'ultimo è accessibile in grandi volumi come prodotto di idrolisi dell'anidride maleica, prodotta mediante ossidazione catalitica del benzene o del butano.^[14]

Reattività e caratteristiche chimiche

Il composto reagisce:^[5]

• con basi alcaline o metalliche a formare i corrispondenti fumarati;
• con acido bromidrico fumante a 100°C a formare acido monobromosuccinico;
• direttamente con il bromo (Br₂) a formare l'acido dibromosuccinico;
• con bisolfiti alcalini a formare acido succinilsolfonico;
• con permanganato di potassio a formare acido racemico;
• con zinco metallico in acqua a dare succinato di zinco.

Composti

• MEFAE
• DMFAE^[15]
• etere fumarico
• acido dimetilfumarico
• fumarati^[5]

Biochimica

L’acido fumarico è stabile, sebbene sia soggetto a degradazione da parte di microrganismi sia aerobici che anaerobici.^[16] Il fumarato, la sua forma anionica, è un intermedio nel ciclo dell'acido citrico utilizzato dalle cellule per produrre energia sotto forma di adenosin trifosfato (ATP) da alimenti. Esso è formato dall'ossidazione da parte della succinato deidrogenasi del succinato. Il fumarato viene quindi convertito dalla fumarasi a malato. La pelle umana produce naturalmente acido fumarico quando esposta alla luce solare.^[17] Livelli cronicamente elevati di acido fumarico sono associati ad almeno tre errori congeniti del metabolismo, tra cui: deficit del complesso 2-chetoglutarato deidrogenasi, deficit di fumarasi e deficit di piruvato carbossilasi.^[18]

Farmacologia e tossicologia

Effetti del composto e usi clinici

Due esteri lipofili dell'acido fumarico (MEFAE e DMFAE) si sono dimostrati efficaci nel trattamento della psoriasi volgare e vengono utilizzati associati in capsule gastroresistenti.^[15]

Controindicazioni ed effetti collaterali

L’acido fumarico è generalmente considerato una sostanza relativamente non tossica e non irritante. Tuttavia, sono stati segnalati casi di insufficienza renale acuta e altre reazioni avverse in seguito all’uso terapeutico topico e sistemico dell’acido fumarico e dei suoi derivati nel trattamento della psoriasi o di altri disturbi cutanei. Altri effetti collaterali della terapia orale includono alterazioni della funzionalità epatica, disturbi gastrointestinali e vampate di calore.^[16]

Tossicologia

L’inalazione della polvere può causare irritazioni alle vie respiratorie. Il composto non è tossico se ingerito. Il contatto prolungato con occhi o pelle può provocare irritazioni.^[3]

Applicazioni

Industria alimentare

È utilizzato come stabilizzante di diversi prodotti e come regolatore di acidità in prodotti alimentari dal 1946, generalmente in sostituzione dell'acido tartarico e a volte, dell'acido citrico. È denotato con la sigla E297.^[19] Viene utilizzato nella preparazione dei vini poiché ha un effetto negativo sulla fermentazione malolattica. A dosaggi compresi tra 300 e 600 mg/l ha un'azione battericida che inibisce i batteri lattici.^[20]

Altri usi

L'acido fumarico è utilizzato nella fabbricazione di resine poliesteree e polialcoli e come mordente per i coloranti.^[21] Fin dai primi anni del XXI secolo è stato utilizzato per sintetizzare una delle prime strutture metallo-organiche che presentano applicazioni commerciali grazie alle sue notevoli proprietà meccaniche e di adsorbimento, in combinazione con una bassa tossicità rispetto ad altri MOFs ben studiati.^[22] Viene inoltre utilizzato nei prodotti cosmetici.^[23]