丁二酸

丁二酸

琥珀酸(IUPAC中文名稱為丁二酸;傳統認為它是琥珀的精髓)是一種二羧酸,化學式為HOOC–CH2–CH2–COOH。在常溫的情況下,純琥珀酸是固體,呈無色無味的晶體。有二種晶形,相對密度1.572(25/4℃)。它的熔點及沸點分別是185°C及235°C。溶解特性:1g溶於13 ml冷水、1 ml沸水、18.5 ml乙醇、6.3 ml甲醇、36 ml丙酮、20 ml甘油和11 ml乙醚,幾乎不溶於苯、二硫化碳、四氯化碳和石油醚。它形成的陰離子稱為琥珀酸根離子,是三羧酸循環其中的一分子,且是能夠在以下化學反應中放出電子予電子傳遞鏈:琥珀酸鹽 + 黃素腺嘌呤二核苷酸→延胡索索酸鹽 + FADH2這個過程由琥珀酸脫氫酶(或是由粒線體電子傳遞鏈中的複合物II)所催化。該複合物是4亞單位膜結合脂蛋白,配合琥珀酸的氧化作用及泛醌的還原作用。中介電子載體為黃素腺嘌呤二核苷酸及3個B亞單位Fe2S2群集部份。

基本信息

物理性質

丁二酸丁二酸

丁二酸,又名琥珀酸,分子式為C4H6O4,為無色或白色、無嗅而具有酸味的固體。有兩種晶型(α-型和β-型),α-型在137℃以下穩定,而β-型在137℃以上穩定。在減壓下蒸餾可升華;常溫折射率(n20):1.405,氣相標準燃燒熱(焓)(kJ·mol-1):-1608.7,氣相標準聲稱熱(焓)(kJ·mol-1):-822.6,晶相相標準燃燒熱(焓)(kJ·mol-1):-1491.26,晶相標準聲稱熱(焓)(kJ·mol-1):-940.27,晶相標準熵(J·mol-1·K-1):167.32,晶相標準生成自由能(kJ·mol-1):-744.25,臨界溫度(ºC):557.85,臨界壓力(KPa):6.59,溶解性:1g產品溶於13ml冷水、1ml沸水、18.5ml乙醇、6.3ml甲醇、36ml丙酮、20ml甘油、113ml乙醚,易溶於熱水,幾乎不溶於二硫化碳四氯化碳石油醚;閃點(ºC):>110

化學性質

丁二酸受熱迅速失水,形成丁二酸酐,它是呋喃環系化合物。

可與鹼反應。也可以發生酯化和還原等反應。受熱脫水生成丁二酸酐。

主要用途

丁二酸丁二酸

主要用於製備琥珀酸酐等五雜環化合物。

也用於製備醇酸樹脂(由丁二酸生產的醇酸樹脂具有良好的曲撓性、彈性和抗水性。)、油漆、染料(丁二酸的二苯基酯是染料的中間體,與氨基蒽醌反應後生成蒽醌染料。)、食品調味劑(丁二酸還可作食品酸味劑用於酒、飼料、糖果等的調味。)、照相材料等。

醫藥工業中可用它生產磺胺藥、維生素A、維生素B等抗痙攣劑松痰劑、利尿劑和止血藥物。作為化學試劑,用作鹼量法標準試劑、緩衝劑、氣相色譜對比樣品。還可用作潤滑劑和表面活性劑的原料。

主要用於製取丁二酸酐、丁二酸酯類等衍生物,用作塗料、染料、粘合劑、藥物等的原料。

藥理作用

1.抗菌作用琥珀酸在2mg/ml濃度時對金黃色葡萄球菌、卡他球菌以及傷寒、綠膿、變形、痢疾桿菌有抑制作用。
2.中樞抑制作用大鼠、小鼠、豚鼠、兔、貓和狗腹腔注射琥珀酸能保護動物對抗高壓氧、電休克和聽源性驚厥。抗驚厥作用與提高腦內GABA含量有關。熱板法有鎮痛作用,與戊巴比妥有協同作用,還有鎮靜和降低體溫的作用。
3.抗潰瘍作用大鼠幽門結紮產生胃潰瘍腹腔注射或口服50mg/kg,由於抑制胃液分泌和擴張胃肌而呈抗潰瘍作用。
4.對免疫功能的影響琥珀酸溶於生理鹽水內,加入NaHCO3調pH至6.4,濃度為11.8%,大鼠與家兔每日腹腔注射1mM(118mg)/kg, 2.5mM(295mg)/kg,5mM(590mg)/kg,連注7d,每日1次,用藥後第4天大鼠白細胞數增加(P<0.025),但吞噬率提高不明顯。家兔白細胞數在劑量較大時亦明顯增加,同時吞噬率亦提高(P<0.01)。在特異性皮膚反應實驗中腹腔注射琥珀酸5mg/kg,48h內連用4次,或每日注射1次,連用兩周,對家兔可見琥珀酸能抑制被動及主動皮膚過敏反應,並能減少動物血清1gE抗體形成。
5.解毒作用琥珀酸對毒眼鏡蛇中的小鼠有明顯的保護作用,保護率與原方相近。

成分來源

丁二酸天然來源是松屬植物的樹脂久埋於地下而成的琥珀等,此外還廣泛存在於多種植物、動物的組織中。松科松屬植物的樹脂,埋藏於地下年久而成琥珀,琥珀中含本品7.8%。傘形科植物當歸Angelica sinensis(Oliv.)Diels 根,天南星科植物藤桔 Pothos chinensis(Raf.)Merr.,豆科植物夜關門 Lesspedeza caneata G. Don,桔梗科植物半邊蓮Lo-belia chinen-sis Lour.全草,蘭科植物草珊瑚(腫節風)Sarcardra glabra(Thumb.)Nakai全草,檀香料植物百蕊草 Thesium chinense Turcz. 全草。豆科苜蓿葉、傘形科當歸根、天南星科藤桔、桔梗科半邊蓮、蘭科、檀香科及草莓葡萄等。

製備方法

工業製法較多,主要有以下幾種:

1.氧化法,石蠟經深度氧化生成各種羧酸的混合物,再經過水蒸氣蒸餾結晶等分離步驟後可得丁二酸。

加氫法加氫法

2.加氫法,順丁烯二酸酐或反丁烯二酸在催化劑作用下加氫反應,生成丁二酸,然後經分離得到成品。催化劑為鎳或貴金屬,反應溫度約為130- 140℃。

丙烯酸羰基合成法丙烯酸羰基合成法

3.丙烯酸羰基合成法,丙烯酸和一氧化碳在催化劑作用下,生成丁二酸。尚未工業化。

電解氧化法電解氧化法

4.電解氧化法,苯酐與硫酸和水按1:0.5:4比例,在陶瓷電解槽中電解,可得丁二酸。電解法合成的原料為順丁烯二酸或順酐,陰、陽極液用稀硫酸,由陽離子膜隔開,陰、陽極一般均用鉛板,通常用板框式電解槽合成。

乙炔法乙炔法

5.乙炔法,乙炔與一氧化碳及水在[CO(CO)4]催化劑存在下,於酸性介質中反應可得丁二酸,反應溫度80-250℃,壓力2.94-49.03MPa。
6.新興的發酵法。與傳統化學方法相比,微生物發酵法生產琥珀酸具有諸多優點:生產成本具有競爭力;利用可再生的農業資源包括二氧化碳作為原料,避免了對石化原料的依賴;減少了化學合成工藝對環境的污染。

在實驗室中,丁二酸可用兩分子丙二酸二乙酯的鈉鹽與碘反應,繼而水解脫羧製得。

安全性

毒性防護

丁二酸丁二酸

毒性較小,對眼睛、皮膚、黏膜有一定的刺激作用,對全身不產生毒害作用。大劑量口服可引起嘔吐和腹瀉。大鼠口服LD50為8530mg/kg。在工業上使用時,未見職業性損害的報導。處理或接觸丁二酸蒸汽時要注意穿戴好防護用品,以免引起咳嗽和刺激皮膚。
環境危害: 對環境有危害,對水體和大氣可造成污染。
燃爆危險: 本品可燃,具刺激性。
危險特性: 遇明火、高熱可燃。粉體與空氣可形成爆炸性混合物, 當達到一定濃度時, 遇火星會發生爆炸。受高熱分解, 放出刺激性煙氣。

事故處理

應急處理處置方法

一、泄漏應急處理

切斷火源戴好防毒面具,穿一般消防防護服。用大量水沖洗,經稀釋的洗液放入廢水系統。如大量泄漏,收集回收或無害處理後廢棄。

二、防護措施

呼吸系統防護:一般不需要特殊防護,高濃度接觸時可佩帶供氣式呼吸器。
眼睛防護:必要時戴化學安全防護眼鏡。
身體防護:穿防酸鹼工作服。
手防護:戴橡皮膠手套。
其它:工作現場禁止吸菸。注意個人清潔衛生。

三、急救措施

皮膚接觸:脫去污染的衣著,用流動清水沖洗。
眼睛接觸:立即翻開上下眼瞼,用流動清水沖洗15分鐘。就醫。
吸入:脫離現場至空氣新鮮處。就醫。
食入:誤服者用水漱口,飲足量溫水,催吐。就醫。

滅火方法:霧狀水、泡沫、二氧化碳、乾粉、砂土。

貯存方法

1.儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。應與氧化劑、還原劑、鹼類分開存放,切忌混儲。
2.配備相應品種和數量的消防器材。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。

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干貝素(琥珀酸二鈉鹽,ss50);日本套用轉基因微生物製造琥珀酸,成本降低到每千克1美元以下;在糖代謝過程中三羧酸循環(TCA cycle)途徑的一個中間產物就是琥珀酸

計算化學數據

1、疏水參數計算參考值(XlogP):-0.6
2、氫鍵供體數量:2
3、氫鍵受體數量:4
4、可鏇轉化學鍵數量:3
5、互變異構體數量:
6、拓撲分子極性表面積(TPSA):74.6
7、重原子數量:8
8、表面電荷:0
9、複雜度:92.6
10、同位素原子數量:0
11、確定原子立構中心數量:0
12、不確定原子立構中心數量:0
13、確定化學鍵立構中心數量:0
14、不確定化學鍵立構中心數量:0
15、共價鍵單元數量:1

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