ЭТИЛЕНЯНТАРНАЯ КИСЛОТА

Этиленянтарная кислота — универсальное органическое соединение, получаемое в основном путем ферментации с использованием таких микроорганизмов, как Aspergillus terreus, и используемое в коммерческих целях при производстве полимеров, смол и покрытий.
Этиленянтарная кислота, которую изначально получали путем перегонки лимонной кислоты, в настоящее время синтезируется в основном посредством процессов ферментации, которые являются более устойчивыми и экологически чистыми по сравнению с химическим синтезом.
Уникальная ненасыщенная структура этиленянтарной кислоты позволяет включать ее в различные полимеры и материалы, что делает ее ценной заменой химикатов на основе нефти в таких отраслях, как производство пластмасс, красок и клеев.

Номер CAS: 97-65-4
Номер ЕС: 202-599-6
Молекулярная формула: C5H6O4
Молекулярный вес: 130,1

Синонимы: 2-метилиденбутандиовая кислота, 97-65-4, 2-метиленянтарная кислота, МЕТИЛЕНЯНАРНАЯ КИСЛОТА, 2-метилиденбутандиовая кислота, метиленбутандиовая кислота, пропилендикарбоновая кислота, бутандиовая кислота, метилен-, итаконат, 2-пропен-1,2-дикарбоновая кислота, янтарная кислота, метилен-, 2-метиленбутандиовая кислота, MFCD00004260, 25119-64-6, AI3-16901, 2-метилен-янтарная кислота, CHEMBL359159, бутандиовая кислота, 2-метилен-, DTXSID2026608, CHEBI:30838, NSC3357, NSC-3357, Q4516562YH, DTXCID006608, CAS-97-65-4, HSDB 5308, метилен-бутандиокислота, NSC 3357, EINECS 202-599-6, метиленсукцинат, UNII-Q4516562YH, ITN, метиленбутандиоат, 2-метиленсукцинат, пропилендикарбоксилат, 2-метиленбутандиоат, 2-метилиденбутандиоевая кислота, >=99%, bmse000137, Probes1_000076, Probes2_000247, EC 202-599-6, 2-метиленянтарная кислота #, 2-метилиденбутандиоевая кислота [MI], NCIStruc1_001783, NCIStruc2_000502, 2-метиленбутандиовая кислота, NCIOpen2_004822, SCHEMBL21523, 2-метилиденбутандиовая кислота [INCI], 2-пропен-1,2-дикарбоксилат, 2-метилиденбутандиовая кислота, аналитический стандарт, янтарная кислота, метилен- (8CI), HY-Y0520, Tox21_201299, Tox21_303071, BBL011584, BDBM50036216, LMFA01170063, s3095, STL163322, AKOS000118895, 2-гидрокси-3-нафтоил-2-нафтиламин, SB67306, бутандиовая кислота кислота,этилиден-,(E)-(9ci), NCGC00249019-01, NCGC00257141-01, NCGC00258851-01, AS-11816, CS-0015302, FT-0627543, M0223, EN300-18045, C00490, E80791, Q903311, Z57127539, F2191-0234, 2-МЕТИЛЕН,1,4-БУТАНДИОЕВАЯ КИСЛОТА (2-метилиденбутандиовая кислота), 53EEC7A3-4846-4588-BBC9-CB8846377B96, InChI=1/C5H6O4/c1-3(5(8)9)2-4(6)7/h1-2H2,(H,6,7)(H,8,9)

Этиленянтарная кислота — природное органическое соединение с химической формулой C5H6O4.
Этиленянтарная кислота является дикарбоновой кислотой, что означает, что в ее молекулярной структуре имеются две функциональные группы карбоновой кислоты (-COOH).

Этиленянтарная кислота — дикарбоновая кислота и олефиновое соединение.
Этиленянтарная кислота — продукт брожения желтушного грибка Aspergillus niger.

Этиленянтарная кислота используется в коммерческих целях при производстве клеев и красок.
Этиленянтарная кислота — органическое соединение.

Этиленянтарная кислота — белое твёрдое вещество, растворимое в воде, этаноле и ацетоне.
Исторически этиленянтарную кислоту получали путем перегонки лимонной кислоты, но в настоящее время ее производят путем ферментации.
Этиленянтарная кислота была создана как анаграмма аконитовой кислоты, другого производного лимонной кислоты.

Этиленянтарная кислота примечательна своей ненасыщенной природой, содержащей в своей структуре двойную углерод-углеродную связь (С=С).
Этиленянтарная кислота вырабатывается некоторыми микроорганизмами, такими как бактерия Aspergillus terreus, в процессе ферментации с использованием углеводов в качестве источника углерода.

Этиленянтарную кислоту можно также синтезировать химическим путем.
Этиленянтарная кислота используется в различных промышленных целях, включая производство пластмасс, синтетических смол, а также в качестве промежуточного химического вещества в синтезе различных других соединений.

Этиленянтарная кислота — дикарбоновая кислота, то есть метакриловая кислота, в которой один из метильных атомов водорода замещен группой карбоновой кислоты.
Этиленянтарная кислота играет роль грибкового метаболита и метаболита человека.

Этиленянтарная кислота является производным янтарной кислоты.
Этиленянтарная кислота является сопряженной кислотой итаконата(2-).
Этиленянтарная кислота, также известная как итаконат, относится к классу органических соединений, известных как разветвленные жирные кислоты.

Это жирные кислоты, содержащие разветвленную цепь.
Этиленянтарная кислота — очень гидрофобная молекула, практически нерастворимая в воде и относительно нейтральная.

С 1960-х годов этиленянтарная кислота производится в промышленных масштабах путем ферментации углеводов, таких как глюкоза или патока, с использованием грибов, таких как Aspergillus itaconicus или Aspergillus terreus.
Для A. terreus итаконатный путь в основном изучен.

Общепринятый путь образования итаконата — через гликолиз, цикл трикарбоновых кислот и декарбоксилирование цис-аконитата в итаконат с помощью цис-аконитатдекарбоксилазы.
Головневый гриб Ustilago maydis использует альтернативный путь.

Цис-аконитат преобразуется в термодинамически выгодный транс-аконитат с помощью аконитат-Δ-изомеразы (Adi1).
Транс-аконитат далее декарбоксилируется до итаконата под действием транс-аконитатдекарбоксилазы (Tad1).

Этиленянтарная кислота также вырабатывается в клетках макрофагального ряда.
Было показано, что итаконат этиленянтарной кислоты является ковалентным ингибитором фермента изоцитратлиазы in vitro.

Таким образом, итаконат может обладать антибактериальной активностью против бактерий, экспрессирующих изоцитратлиазу (таких как Salmonella enterica и Mycobacterium tuberculosis).
Этиленянтарную кислоту также синтезируют в лабораторных условиях, где путем сухой перегонки лимонной кислоты получают итаконовый ангидрид, который подвергается гидролизу до этиленянтарной кислоты.

Этиленянтарная кислота (этиленянтарная кислота, C5H6O4) — белый бесцветный кристаллический гигроскопичный порошок, растворимый в воде, этаноле и ацетоне.
Этиленянтарная кислота — ненасыщенная дипротонная кислота, уникальные химические свойства которой обусловлены сопряжением одной из двух ее карбоксильных групп с ее метиленовой группой.

Этиленянтарная кислота была открыта Баупом в 1837 году как продукт пиролитической перегонки лимонной кислоты.
Название «итаконический» было придумано как анаграмма слова «аконитовый».

Этиленянтарная кислота образуется при ферментации некоторых сахаров.
В 1929 году Киносита впервые показал, что кислота является продуктом метаболизма Aspergillus itaconicus.
Из другого природного источника (Artemisia argyi) было выделено производное этиленянтарной кислоты.

Путь биосинтеза этиленянтарной кислоты из глюкозы аналогичен пути биосинтеза лимонной кислоты, который осуществляется через гликолитический путь и анаплеротическое образование оксалоацетата путем фиксации CO2 и через цикл трикарбоновых кислот.
Этиленянтарная кислота образуется цитозольным ферментом аконитатдекарбоксилазой из цис-аконитовой кислоты.

Другой путь биосинтеза из пирувата через цитрамелевую кислоту, цитраконовую кислоту и ивинную кислоту также приводит к образованию этиленянтарной кислоты.
Этиленянтарная кислота — дикарбоновая кислота, которая используется в промышленности в качестве предшественника полимеров, используемых в пластмассах, клеях и покрытиях.

В настоящее время активно изучаются новые области применения полимеров, полученных из этиленянтарной кислоты.
Производство этиленянтарной кислоты в 2001 году оценивалось в 15 000 тонн.

Интерес к этому химическому веществу вновь возрос, поскольку промышленность ищет заменители химикатов, получаемых из нефти.
Практически вся этиленянтарная кислота производится путем ферментации определенными штаммами A. terreus.

Производство этиленянтарной кислоты является дальнейшим извращением цикла Кребса, цитрат, как обычно, превращается в цис-аконитат, который по неизвестным причинам в некоторых организмах декарбоксилируется в итаконитат, который не играет известной метаболической роли в клетке.
Тот факт, что различные штаммы Aspergillus и, в более общем плане, грибов могут изменять метаболические пути в сторону перепроизводства и секреции полезных химических веществ, в сочетании с тем фактом, что эти организмы могут расти на остатках таких процессов, как производство сахара и этанола, открывает возможность разработки путей производства высокоценных химических веществ с помощью «зеленых», малозагрязняющих и несодержащих отходов процедур.

Этиленянтарная кислота, предшественник полимеров, химикатов и топлива, может синтезироваться многими грибами.
Этиленянтарная кислота также является специфичным для макрофагов метаболитом.

Этиленянтарная кислота опосредует перекрестные взаимодействия между метаболизмом макрофагов и опухолями брюшины.
Этиленянтарная кислота в основном используется в пластмассовой и лакокрасочной промышленности.

Этиленянтарная кислота является ненасыщенной дикарбоновой кислотой и может легко включаться в полимеры и использоваться в концентрации 1–5% (мас./мас.) в качестве сомономера в полимерах.
Полимеризованные метиловые, этиловые или виниловые эфиры этиленянтарной кислоты используются в качестве пластмасс, клеев, эластомеров и покрытий.

Сополимеры стирола и бутадиена, содержащие этиленянтарную кислоту, дают каучукоподобные смолы с превосходной прочностью и гибкостью, а также водонепроницаемые покрытия с хорошей электроизоляцией.
Другими областями применения являются синтетические волокна, решетки, моющие и чистящие средства.

С другой стороны, несколько моно- и диэфиров частично замещенной этиленянтарной кислоты обладают противовоспалительной или анальгезирующей активностью, и для использования этиленянтарной кислоты в фармацевтических областях открылся новый особый рынок.
В качестве подкислителя используют небольшое количество этиленянтарной кислоты.

Этиленянтарная кислота может быть получена путем ферментации различных углеводов микроорганизмами, в первую очередь грибком Aspergillus terreus.
Этот биологический процесс является более устойчивым и экологически чистым методом по сравнению с химическим синтезом.

Этиленянтарная кислота представляет собой белое кристаллическое вещество при комнатной температуре.
Этиленянтарная кислота легко растворяется в воде и органических растворителях.

Ненасыщенная двойная связь этиленянтарной кислоты делает ее ценным соединением для различных химических реакций, включая полимеризацию.
Этиленянтарная кислота (2-этиленянтарная кислота, 1-пропен-2–3-дикарбоновая кислота) — ненасыщенная слабая дикарбоновая кислота (pKa = 3,83 и 5,41), открытая в 1837 году как продукт термического разложения лимонной кислоты.

Наличие сопряженной двойной связи метиленовой группы позволяет осуществлять полимеризацию как путем присоединения, так и путем конденсации.
Возможна также этерификация двух карбоксильных групп с различными сомономерами.

Эти разнообразные свойства обусловили их широкое применение в фармацевтической, архитектурной, бумажной, лакокрасочной и медицинской промышленности, например, в производстве пластмасс, смол, красок, синтетических волокон, пластификаторов и моющих средств.
В последнее время этиленянтарная кислота нашла применение в стоматологии, офтальмологии и в сфере доставки лекарственных средств.

Полимеры этиленянтарной кислоты могли бы даже заменить полиакриловую кислоту на основе нефти, рынок которой оценивается в несколько миллиардов долларов.
Неудивительно, что в 2004 году Министерство энергетики США включило этиленянтарную кислоту в число 12 наиболее перспективных строительных материалов для биоэкономики.

О причинах, по которым грибы вырабатывают итаконат, известно немного.
Как и другие органические кислоты, описанные выше, этиленянтарная кислота может служить подкислителем окружающей среды и, таким образом, обеспечивать селективное преимущество кислотоустойчивому A. terreus перед другими микроорганизмами.

Однако этиленянтарная кислота также обладает выраженными ингибирующими свойствами: в макрофагах млекопитающих бактериальная инфекция вызывает индукцию гена, кодирующего цизаконитатдекарбоксилазу, что приводит к образованию этиленянтарной кислоты, которая ингибирует бактериальный метаболизм в рамках иммунного ответа.
Эффект объясняется ингибированием сукцинатдегидрогеназы и изоцитратлиазы, которая является ключевым ферментом глиоксилатного цикла, необходимым для выживания патогенов внутри хозяина.

В свою очередь, несколько штаммов этих бактерий развили способность разлагать итаконат.
Этиленянтарная кислота также индуцирует фактор транскрипции, который необходим для защиты от окислительного и ксенобиотического стрессов, а также для ослабления воспаления.

Существует ли аналогичная функция итаконата у грибов, продуцирующих этиленянтарную кислоту, пока не изучено.
Путь биосинтеза этиленянтарной кислоты напоминает путь биосинтеза лимонной кислоты, причем последняя является прямым предшественником первой.

Единственное отличие состоит в том, что лимонная кислота в A. terreus далее метаболизируется через цис-аконитат в итаконат с помощью цис-аконитатдекарбоксилазы.
С этой целью цис-аконитат транспортируется из митохондрий специфическим антипортером в обмен на оксалоацетат.
Этиленянтарная кислота, образующаяся при декарбоксилировании цис-аконитата, в конечном итоге секретируется из мицелия специфическим переносчиком клеточной мембраны.

Гены, кодирующие эти три фермента, и четвертый, кодирующий фактор транскрипции, составляют «кластер генов этиленянтарной кислоты» в геноме A. terreus, в то время как у A. niger этот кластер заметно отсутствует.
Хотя было протестировано несколько производителей итаконата, фитопатогенный базидиомицет Ustilago maydis (гриб, вызывающий головню кукурузы) и, в частности, родственник этиленянтарной кислоты Ustilago cynodontis, устойчивый к низкому уровню pH, по-видимому, являются единственными, имеющими разумные шансы стать еще одним промышленным платформенным организмом.

Ustilago разработал альтернативный биохимический путь синтеза итаконата, поскольку цис-аконитат преобразуется в термодинамически благоприятный трансаконитат с помощью аконитат-дельта-изомеразы.
Затем транс-аконитат декарбоксилируется до итаконата под действием транс-аконитатдекарбоксилазы.

Этиленянтарная кислота или этиленянтарная кислота — пятиуглеродная ненасыщенная дикарбоновая кислота с одной карбоксильной группой, сопряженной с метиленовой группой.
Согласно годовому прогнозу, к 2020 году объем рынка превысит 410 000 тонн.

Этиленянтарная кислота находит широкое применение в производстве абсорбентов, бесфосфатных моющих средств, чистящих средств и биологически активных соединений.
Этиленянтарная кислота востребована в качестве соединения для замены химикатов на основе нефти, таких как акриловая кислота или метилакриловая кислота, которые в настоящее время используются в полимерной промышленности.

Полимеризованные эфиры этиленянтарной кислоты (ИА) широко используются в производстве клеев и лакокрасочной промышленности.
Этиленянтарная кислота также используется в полимерной промышленности, а также в синтезе 3-метилтетрагидрофурана.
Компания Itaconix работает над использованием древесной биомассы в качестве сырья для ферментации этиленянтарной кислоты.

Этиленянтарная кислота является важным строительным блоком в химической промышленности.
Этиленянтарная кислота представляет собой белый кристаллический порошок, который легко разлагается в почве.

Таким образом, этиленянтарная кислота является оптимальной заменой нефтехимическим продуктам, таким как акриловая кислота, малеиновый ангидрид или ацетонциангидрин, в различных отраслях промышленности, где используются конечные потребители.
Этиленянтарная кислота пользуется большим спросом в производстве суперабсорбирующих полимеров, которые в основном используются в подгузниках, средствах гигиены для взрослых и средствах женской гигиены.

Этиленянтарная кислота используется в качестве сшивающего агента благодаря своей способности эффективно участвовать в реакции присоединения.
Этиленянтарная кислота также находит широкое применение при покрытии семян, пропитывании корней, в декоративных садах, при упаковке пищевых продуктов и создании искусственного снега.

Более того, ожидается, что растущий спрос на ненасыщенные полиэфирные смолы для труб, искусственных камней, электрических шкафов и ламинирующих смол приведет к увеличению спроса на этиленянтарную кислоту.
Высокая цена на этиленянтарную кислоту является основным фактором, сдерживающим рост рынка этиленянтарной кислоты.
Этиленянтарная кислота может заменить триполифосфат натрия в моющих средствах.

Этиленянтарная кислота производится исключительно методом периодической глубинной ферментации грибков.
Aspergillus terreus используется с 1940-х годов в процессе ферментации, который аналогичен процессу лимонной кислоты (см. «Лимонная кислота»), то есть этиленянтарная кислота требует избытка легкоусвояемого сахара (глюкозного сиропа, сырых гидролизатов крахмала и декатионированной патоки — до 200 г/л сахара), постоянной аэрации, низкого начального pH (от 3 до 5), достаточного количества азота, высокой концентрации сульфата магния (0,5%), низкого содержания фосфата для ограничения производства биомассы и ограничения по ионам металлов (цинка, меди и железа).

Однако существует одно существенное отличие, заключающееся в том, что чувствительность этого грибка к образующейся кислоте, в отличие от A. niger, обусловливает необходимость поддержания pH на уровне 2,8–3,1 на протяжении всего процесса ферментации для получения большого количества кислоты.
В настоящее время опубликованный выход этиленянтарной кислоты составляет около 85% от теоретического, при этом концентрация продукта составляет около 80 г/л при культивировании при температуре 39–42 °C в течение 8–10 дней.

Извлечение этиленянтарной кислоты осуществляется путем первоначального отделения грибковой биомассы путем фильтрации с последующим выпариванием, обработкой активированным углем, кристаллизацией и перекристаллизацией.
Фактические рынки сбыта этиленянтарной кислоты в настоящее время ограничены, поскольку ферментация грибков обходится сравнительно дорого.

Новые биотехнологические подходы, такие как опубликованные методы иммобилизации, программы скрининга других продуцирующих организмов (например, дрожжей) и генная инженерия A. terreus (аннотированная последовательность генома штамма A. terreus NIH 2624 была опубликована) или A. niger, могут привести к более высокому производству этиленянтарной кислоты.
Кроме того, использование альтернативных субстратов может снизить затраты и, таким образом, открыть рынок для новых и расширенных применений этой кислоты.

Эту ценную кислоту могут вырабатывать несколько организмов, таких как Candida sp., Pseudozyma antarctica и несколько видов Aspergillus, но два наиболее распространенных микроорганизма — это Aspergillus terreus, используемый в промышленных процессах, и Ustilago maydis, который в настоящее время активно исследуется в качестве возможного промышленного продукта.
Этиленянтарная кислота используется в коммерческих целях в качестве сомономера в некоторых синтетических каучуках (стиролбутадиеновом и нитриловом), а также в качестве пластификатора в рецептурах других полимеров.

Традиционно производство этиленянтарной кислоты осуществляется с использованием в качестве сырья сахара по технологии, разработанной в первой половине XX века, но не получившей развития из-за низкой конкурентоспособности кислоты по сравнению с нефтехимической акриловой кислотой.
С развитием интегрированных и устойчивых процессов интерес к биопроизводству этиленянтарной кислоты возрождается.

Этиленянтарная кислота — органическое соединение.
Этиленянтарная кислота — белое твёрдое вещество, растворимое в воде, этаноле и ацетоне.

Исторически этиленянтарную кислоту получали путем перегонки лимонной кислоты, но в настоящее время ее производят путем ферментации.
Название «этиленянтарная кислота» было придумано как анаграмма аконитовой кислоты — другого производного лимонной кислоты.

Этиленянтарная кислота как возобновляемая органическая кислота вызывает растущий интерес со стороны химической промышленности из-за ее потенциала заменить продукты на основе сырой нефти, такие как акриловая кислота.
До настоящего времени процессы, основанные на использовании микроорганизмов, совершенствовались путем классической селекции штаммов и оптимизации стратегий и условий ферментации.

В частности, были значительно расширены знания о биотехнологическом процессе, включая подачу кислорода, составы сред и различные системы биореакторов.
Что касается состава среды, то было обнаружено, что ионы меди положительно влияют на выработку этиленянтарной кислоты в генно-инженерном штамме A. niger.

Однако пока не ясно, какие биохимические реакции ответственны или участвуют в таком эффекте этиленянтарной кислоты.
Как уже упоминалось выше, биохимические реакции и эффекты этиленянтарной кислоты в организмах-продуцентах полностью не описаны.

Путь катаболизма этиленянтарной кислоты требует дальнейших исследований с целью создания продуцирующего хозяина с отключенным путем деградации.
Влияние этиленянтарной кислоты на другие метаболические пути также представляет интерес, поскольку понимание ее физиологической роли может предотвратить нежелательные побочные эффекты (токсичность, риск для здоровья, ингибирование путей) и повысить безопасность ее использования.
Кроме того, этиленянтарная кислота может быть интересной мишенью для медицинских исследований, поскольку в клетках млекопитающих она была обнаружена в линии метастатических опухолевых клеток.

Дополнительные знания о роли этиленянтарной кислоты как ингибитора ферментов могут помочь в разработке менее устойчивых разновидностей ферментов, как в случае с фосфофруктокиназой.
Еще одной целью для дальнейшей инженерии является фермент CadA, который описывается как нестабильный белок.

Продление стабильности этиленянтарной кислоты in vivo может помочь повысить эффективность существующих хозяев-продуцентов.
Генетическая регуляция пути этиленянтарной кислоты у A. terreus также требует глубокого анализа.

Исследования молекулярных принципов синтеза этиленянтарной кислоты показали, что декарбоксилаза цис-аконитовой кислоты является специализированным этапом в ее биосинтезе у A. terreus.
Генетическая инженерия этого ферментативного этапа также превращает других микробных хозяев, таких как A. niger, в производителей этиленянтарной кислоты.

Этиленянтарная кислота — ненасыщенная дикарбоновая кислота, которая имеет высокий потенциал в качестве биохимического строительного блока, поскольку этиленянтарная кислота может использоваться в качестве мономера для производства множества продуктов, включая смолы, пластмассы, краски и синтетические волокна.
Некоторые виды Aspergillus, такие как A. itaconicus и A. terreus, демонстрируют способность синтезировать эту органическую кислоту, а A. terreus может выделять значительные ее количества в среду (>80 г/л).

Однако по сравнению с процессом производства лимонной кислоты (титры >200 г/л) достигаемые титры все еще низкие, а весь процесс в целом является дорогостоящим, поскольку для оптимальной производительности требуются очищенные субстраты.
Итаконат образуется в результате ферментативной активности цис-аконитатдекарбоксилазы (CadA), кодируемой геном cadA у A. terreus.

Клонирование гена cadA в грибок A. niger, продуцирующий лимонную кислоту, показало, что этиленянтарную кислоту можно производить и в другом организме-хозяине.
В обзоре будет описано современное состояние и последние достижения в понимании молекулярных процессов, ведущих к биотехнологическому производству этиленянтарной кислоты.
Этиленянтарная кислота хорошо известна как предшественник синтеза полимеров и уже несколько десятилетий используется в промышленных процессах.

В ходе недавнего удивительного открытия было установлено, что этиленянтарная кислота играет роль иммуноподдерживающего метаболита в иммунных клетках млекопитающих, где она синтезируется как антимикробное соединение из промежуточного продукта цикла лимонной кислоты цис-аконитовой кислоты.
Хотя белок иммунореактивного гена 1 (IRG1) был связан с иммунным ответом без механистической функции, критическая связь с выработкой этиленянтарной кислоты через ферментативную функцию этого белка была обнаружена лишь недавно.

При нагревании итаконовый ангидрид изомеризуется в ангидрид цитраконовой кислоты, который может гидролизоваться до цитраконовой кислоты (2-метилмалеиновой кислоты).
Частичное гидрирование этиленянтарной кислоты над никелем Ренея дает 2-метилянтарную кислоту.

Этиленянтарная кислота в основном используется в качестве сомономера в производстве акрилонитрилбутадиенстирольных и акрилатных латексов, применяемых в бумажной и архитектурной промышленности.
Этиленянтарная кислота или метиленянтарная кислота — это ценное платформенное химическое вещество, которое находит применение в полимерной промышленности, очистке сточных вод и секторе ионообменной хроматографии.

Этиленянтарную кислоту можно преобразовать в 3-метилтетрагидрофуран, который обладает превосходными характеристиками выбросов и горения по сравнению с бензином.
Промышленное производство этиленянтарной кислоты осуществляется с помощью A. terreus с использованием глюкозы в качестве единственного источника углерода.

Чжао и др. оценили продукцию этиленянтарной кислоты метаболически модифицированной Neurospora crassa с использованием лигноцеллюлозной биомассы.
Ген декарбоксилазы цис-аконитовой кислоты был гетерологически экспрессирован в N. crassa для синтеза этиленянтарной кислоты.

Сконструированный штамм оказался способен продуцировать этиленянтарную кислоту (20,41 мг/л) непосредственно из лигноцеллюлозной биомассы.
Хименес-Керо и др. сообщили о производстве этиленянтарной кислоты из гидролизата биомассы с использованием штаммов Aspergillus.

Кислотные и ферментативные гидролизаты были оценены на предмет получения этиленянтарной кислоты.
Максимальное образование этиленянтарной кислоты (0,14%) наблюдалось при проведении глубинной ферментации гидролизата кукурузных початков с использованием A. oryzae.

Исследование раскрывает возможность использования ССФ биомассы для производства этиленянтарной кислоты.
Многое известно о биосинтезе этиленянтарной кислоты и лежащих в его основе ферментативных механизмах, но для полной биохимической картины определенного метаболита необходимы также знания о его деградации.

К сожалению, информация о путях деградации этиленянтарной кислоты скудна.
В клетках млекопитающих (печень морской свинки и крысы) было обнаружено, что итаконат этиленянтарной кислоты преобразуется в итаконил-КоА и далее перерабатывается через цитрамалил-КоА в пируват и ацетил-КоА.

При этом было обнаружено, что малонат этиленянтарной кислоты оказывает ингибирующее действие, а его добавление предотвращает деградацию этиленянтарной кислоты.
Первый этап этого пути деградации может катализироваться повсеместно распространенной сукцинил-КоА-синтетазой.

Третий этап пути катализируется цитрамалил-КоА-лиазой, в которой клонированы гены Chloroflexus aurantiacus и Pseudomonas putida.
Однако до сих пор не идентифицировано ни одного белка и последовательности гена, которые могли бы катализировать второй этап пути деградации, представляющий собой итаконил-КоА-гидратазу.

Метаболическая инженерия пути этиленянтарной кислоты у A. terreus и A. niger Уровни этиленянтарной кислоты, достигнутые с помощью A. terreus, в настоящее время ограничены примерно 85 г/л.
Хотя это уже существенное количество, этиленянтарную кислоту нельзя сравнивать с производством лимонной кислоты, где в промышленных процессах стабильно достигаются титры более 200 г/л.

Применительно к производству этиленянтарной кислоты максимальный теоретический титр должен составлять около 240 г/л.
Достичь этой цели можно путем дальнейшего скрещивания существующих штаммов или целенаправленной генной инженерии.

Было показано, что у A. terreus ген влияет на эффективность производства этиленянтарной кислоты, которая является ключевым ферментом гликолиза.
Однако было показано, что укороченная версия гена pfkA A. niger демонстрирует более высокий выход лимонной кислоты из-за сниженного ингибирования цитратом и АТФ.

Эта укороченная версия pfkA также оказала положительное влияние на накопление этиленянтарной кислоты при экспрессии в A. terreus.
Другой инженерный подход касается внутриклеточного снабжения кислородом.

Производство этиленянтарной кислоты требует постоянной аэрации, а даже кратковременное прекращение подачи кислорода снижает выход этиленянтарной кислоты.
Для снижения чувствительности к кислороду ген гемоглобина из Vitreoscilla был экспрессирован в A. terreus.

Действительно, экспрессия этого гена приводит к увеличению продукции этиленянтарной кислоты.
Кроме того, штаммы продемонстрировали лучшее восстановление после прерывания аэрации.

Существует вероятность, что генетическая структура A. terreus недостаточно эффективна для поддержания продукции более высоких титров органических кислот.
Поэтому стратегия заключается в генной инженерии пути биосинтеза этиленянтарной кислоты в другом организме-хозяине, который, как уже известно, поддерживает выработку высоких титров органических кислот.

Как уже упоминалось, таким кандидатом является A. niger.
Уникальным и решающим этапом в пути биосинтеза является декарбоксилирование цис-аконитовой кислоты в этиленянтарную кислоту.

После того, как ген cadA был охарактеризован у A. terreus, стало возможным генное проектирование пути его переноса в другой организм.
Ли и др. экспрессировали ген cadA A. terreus в штамме A. niger AB 1.13.

Для этой цели ген cadA был помещен под контроль промотора gpdA A. niger, что обеспечивает сильную и конститутивную экспрессию.
Штамм A. niger, экспрессирующий только ген cadA, способен продуцировать около 0,7 г/л этиленянтарной кислоты.

Этот уровень несопоставим с текущими производственными штаммами A. terreus, но является многообещающей отправной точкой для дальнейших инженерных шагов.
Дальнейшие попытки повысить урожайность направлены на экспрессию генов, подобных вышеупомянутому митохондриальному белку-переносчику, вместе с геном cadA.

Применение этиленянтарной кислоты:
Этиленянтарная кислота используется при получении акрилонитрил-бутадиен-стирольных и акрилатных латексов.
Этиленянтарная кислота также используется для получения полиэтиленянтарной кислоты, смол, компонентов биотоплива и иономерных цементов.

Этиленянтарная кислота находит применение в текстильной, химической и фармацевтической промышленности.
Этиленянтарная кислота также используется в качестве добавки в волокна и ионообменные смолы для повышения абразивной стойкости, водонепроницаемости, физической стойкости, способности к окрашиванию и увеличения срока службы.

Кроме того, этиленянтарная кислота выступает в качестве сомономера, используемого при изготовлении акриловых волокон и резин, армированного стекловолокна, искусственных алмазов и линз.
Кроме того, этиленянтарная кислота действует как связующее и проклеивающее вещество в нетканых волокнах.

Этиленянтарная кислота используется в следующих продуктах: полимеры.
Этиленянтарная кислота используется в производстве: химикатов, резиновых изделий и пластмассовых изделий.
Выброс в окружающую среду этиленянтарной кислоты может происходить в результате промышленного использования: в качестве промежуточного этапа в дальнейшем производстве другого вещества (использование промежуточных продуктов), в качестве технологической добавки, для производства термопластов и в качестве технологической добавки.

Этиленянтарная кислота используется для производства различных полимеров и сополимеров.
При полимеризации этиленянтарная кислота образует полиэтиленянтарную кислоту, которую можно использовать в производстве синтетических смол и биоразлагаемых пластиков.

Этиленянтарная кислота используется в качестве сомономера при синтезе сополимеров, улучшая свойства получаемых материалов.
Например, этиленянтарная кислота может быть сополимеризована с акриловой кислотой для создания суперабсорбирующих полимеров, используемых в подгузниках и гигиенических изделиях.

Благодаря своим адгезионным свойствам и способности образовывать стабильные полимерные матрицы этиленянтарная кислота используется в рецептурах клеев, покрытий и герметиков.
Эти материалы находят применение в различных отраслях промышленности, включая строительство, автомобилестроение и упаковку.

Этиленянтарная кислота используется в качестве хелатирующего агента в процессах очистки воды.
Этиленянтарная кислота может связываться с ионами металлов, помогая удалять примеси из воды, предотвращать образование накипи и улучшать качество воды в промышленных условиях.

Производные этиленянтарной кислоты исследовались на предмет потенциального использования в фармацевтических препаратах и системах доставки лекарств ввиду их биосовместимости и свойств контролируемого высвобождения.
Этиленянтарную кислоту можно использовать при извлечении некоторых металлов из руд или отходов.

Способность этиленянтарной кислоты хелатировать ионы металлов помогает в разделении и извлечении ценных металлов из сложных смесей.
Этиленянтарная кислота и ее соли используются в качестве пищевых добавок, в первую очередь в качестве регуляторов кислотности и консервантов в пищевой промышленности.

Они помогают контролировать pH пищевых продуктов и продлевают срок их хранения.
Этиленянтарная кислота продолжает оставаться предметом исследований на предмет ее потенциального применения в различных областях, включая материаловедение, биотехнологию и устойчивую химию.

Производство этиленянтарной кислоты из возобновляемых ресурсов и ее потенциал для замены химикатов на основе нефти в некоторых областях применения соответствуют целям устойчивой химии и экологически безопасных технологий.
Этиленянтарная кислота используется в производстве синтетических полимеров, в том числе полиэтиленянтарной кислоты и различных сополимеров.

Эти полимеры находят применение в клеях, покрытиях и суперабсорбирующих материалах.
Полимеры на основе этиленянтарной кислоты могут использоваться для создания биоразлагаемых пластиков, которые играют все более важную роль в сокращении пластиковых отходов и воздействия на окружающую среду.

Этиленянтарную кислоту можно использовать в качестве хелатирующего агента, то есть она может связываться с ионами металлов.
Это свойство ценно в различных промышленных процессах, таких как очистка воды и извлечение металлов.

Этиленянтарная кислота используется в рецептурах клеев, покрытий и герметиков благодаря своим адгезионным свойствам и способности образовывать стабильные полимерные матрицы.
Производные этиленянтарной кислоты изучались на предмет их потенциального использования в фармацевтических препаратах и системах доставки лекарств.

Этиленянтарная кислота — органическая кислота, используемая в качестве прекурсора в полимерной промышленности.
Этиленянтарная кислота используется в производстве поверхностно-активного вещества, которое может улучшить проникновение через кожу средств местного применения.

Этиленянтарная кислота также использовалась при создании антибиотиков на основе гидрогеля с контролируемым высвобождением.
Этиленянтарная кислота часто используется при производстве суперабсорбирующих полимеров (САП), которые обладают способностью впитывать и удерживать большие объемы жидкости относительно собственной массы.

SAP обычно встречаются в таких продуктах, как подгузники, средства для взрослых, страдающих недержанием, и средства женской гигиены.
Полимеры на основе этиленянтарной кислоты могут использоваться в текстильной промышленности для различных целей, в том числе в качестве отделочного средства для повышения устойчивости тканей к сминанию и улучшения их способности восстанавливаться после сминания.

Производные этиленянтарной кислоты, такие как итаконат натрия, используются в качестве моющих добавок.
Они помогают повысить эффективность моющих средств за счет связывания ионов кальция и магния в жесткой воде, предотвращая образование мыльной пены и повышая общую эффективность моющих средств.

Этиленянтарная кислота и ее производные используются в нефтегазовой промышленности в качестве добавок в буровые растворы и тампонажные составы.
Этиленянтарная кислота привлекла внимание биотехнологов благодаря своему потенциалу в качестве платформенного химического вещества для производства биоматериалов и топлива.

Этиленянтарная кислота также изучается в контексте метаболической инженерии с целью улучшения микробного производства этиленянтарной кислоты для различных применений.
Этиленянтарная кислота используется в качестве реагента и исследовательского химиката в различных научных экспериментах и химических процессах.

Универсальная химическая структура этиленянтарной кислоты делает ее полезной в органическом синтезе и в качестве исходного материала для получения других соединений.
Этиленянтарная кислота и ее производные могут использоваться в смазочно-охлаждающих жидкостях, которые применяются при механической обработке и резке металлов для улучшения охлаждения, смазки и защиты от коррозии.

Полимеры на основе этиленянтарной кислоты могут использоваться в качестве удерживающих добавок и добавок для повышения прочности в сухом состоянии в целлюлозно-бумажной промышленности, помогая улучшить качество и прочность бумажных изделий.
Производные этиленянтарной кислоты иногда используются в средствах личной гигиены, таких как шампуни и кондиционеры, для улучшения их свойств и текстуры.
В лакокрасочной промышленности этиленянтарная кислота может использоваться для улучшения характеристик составов на водной основе, в том числе для повышения адгезии покрытий к поверхностям.

Производство этиленянтарной кислоты:
С 1960-х годов этиленянтарная кислота производится в промышленных масштабах путем ферментации углеводов, таких как глюкоза или патока, с использованием грибов, таких как Aspergillus itaconicus или Aspergillus terreus.

Для A. terreus путь этиленянтарной кислоты в основном выяснен.
Общепринятый путь метаболизма этиленянтарной кислоты — гликолиз, цикл трикарбоновых кислот и декарбоксилирование цис-аконитата в итаконат с помощью цис-аконитатдекарбоксилазы.

Головневый гриб Ustilago maydis использует альтернативный путь.
Цис-аконитат преобразуется в термодинамически выгодный транс-аконитат с помощью аконитат-Δ-изомеразы (Adi1).
Транс-аконитат далее декарбоксилируется до итаконата под действием транс-аконитатдекарбоксилазы.

Этиленянтарная кислота также вырабатывается в клетках макрофагального ряда.
Было показано, что итаконат этиленянтарной кислоты является ковалентным ингибитором фермента изоцитратлиазы in vitro.
Таким образом, итаконат может обладать антибактериальной активностью против бактерий, экспрессирующих изоцитратлиазу (таких как Salmonella enterica и Mycobacterium tuberculosis).

Однако клеткам макрофагальной линии приходится «платить цену» за выработку итаконата, и они теряют способность выполнять фосфорилирование на уровне митохондриального субстрата.

Биологическое значение этиленянтарной кислоты:

Метаболический путь:
Этиленянтарная кислота является ключевым промежуточным продуктом в цикле лимонной кислоты (цикле Кребса), важнейшем метаболическом пути производства энергии в клетках.

Польза для здоровья:
Помимо фармацевтического применения, этиленянтарная кислота изучалась на предмет ее потенциальной пользы при различных заболеваниях, включая ее роль в антиоксидантной защите.

Реакции этиленянтарной кислоты:
При нагревании итаконовый ангидрид изомеризуется в ангидрид цитраконовой кислоты, который может гидролизоваться до цитраконовой кислоты (2-метилмалеиновой кислоты).
Этапы превращения лимонной кислоты в цитраконовую кислоту через итаконовую и аконитовую кислоты.

Частичное гидрирование этиленянтарной кислоты над никелем Ренея дает 2-метилянтарную кислоту.
Этиленянтарная кислота в основном используется в качестве сомономера при производстве акрилонитрилбутадиенстирольных и акрилатных латексов, применяемых в бумажной промышленности и производстве архитектурных покрытий.

Обращение и хранение этиленянтарной кислоты:

Умение обращаться:

Меры предосторожности:
Обращаться осторожно, чтобы не допустить образования пыли.
Используйте соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ), такие как перчатки и защитные очки.

Избегать:
Избегайте вдыхания пыли и ее попадания в глаза, на кожу или одежду.
Использовать в хорошо проветриваемом помещении.

Хранилище:

Условия:
Хранить в сухом, прохладном месте в плотно закрытой таре.
Беречь от воздействия тепла, влаги и несовместимых веществ.

Контейнеры:
Используйте контейнеры, изготовленные из материалов, совместимых с химическим веществом, чтобы предотвратить загрязнение или деградацию.

Реакционная способность и стабильность этиленянтарной кислоты:

Реактивность:

Условия, которых следует избегать:
Избегайте воздействия чрезмерного тепла и влаги.
Избегайте контакта с сильными окислителями и основаниями.

Стабильность:
Стабилен при соблюдении рекомендуемых условий хранения.

Разложение:
Разлагается при высоких температурах, выделяя углекислый газ, оксид углерода и другие потенциально опасные газы.

Профиль безопасности этиленянтарной кислоты:
Этиленянтарная кислота может вызывать раздражение кожи и глаз при прямом контакте.
Длительное или многократное воздействие может привести к раздражению кожи или глаз, включая покраснение, зуд и дискомфорт.

При работе с этиленянтарной кислотой необходимо использовать соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ), такие как перчатки и защитные очки.
Следует избегать вдыхания пыли или аэрозолей этиленянтарной кислоты, так как они могут вызвать раздражение дыхательных путей.

Обеспечьте достаточную вентиляцию и, при необходимости, используйте средства защиты органов дыхания при работе с этиленянтарной кислотой в условиях запыленности или образования аэрозолей.
Проглатывание этиленянтарной кислоты, как правило, не представляет опасности в промышленных или лабораторных условиях.

Однако этиленянтарную кислоту и ее производные не следует употреблять в пищу, и следует принять меры для предотвращения случайного проглатывания.
Под воздействием высоких температур или определенных химических веществ этиленянтарная кислота может разлагаться и выделять потенциально опасные побочные продукты, такие как оксид углерода, диоксид углерода и другие токсичные газы.

Меры первой помощи при отравлении этиленянтарной кислотой:

Вдыхание:
Выведите пострадавшего на свежий воздух.
Если симптомы сохраняются или становятся тяжелыми, обратитесь за медицинской помощью.

Контакт с кожей:
Промойте пораженный участок водой с мылом.
Снимите загрязненную одежду.
Если раздражение не проходит, обратитесь за медицинской помощью.

Зрительный контакт:
Немедленно промойте большим количеством воды в течение как минимум 15 минут.
Если раздражение не проходит, обратитесь за медицинской помощью.

Прием внутрь:
Прополощите рот водой.
Не вызывайте рвоту без указаний медицинского персонала.
Немедленно обратитесь за медицинской помощью.

Меры пожаротушения этиленянтарной кислоты:

Подходящий:
Используйте распыленную воду, пену, сухие химикаты или углекислый газ.

Специальные процедуры пожаротушения:

Меры предосторожности:
Используйте автономный дыхательный аппарат (ДАС) и защитную одежду.
Используйте воду для охлаждения контейнеров, подвергшихся воздействию огня.

Опасные продукты горения:

Продукты разложения:
Может содержать окись углерода, двуокись углерода и другие токсичные пары.

Меры по ликвидации аварийного выброса этиленянтарной кислоты:

Меры личной предосторожности:

Защита:
Используйте соответствующие средства индивидуальной защиты, включая перчатки, защитные очки и респиратор.
Избегать вдыхания и контакта с кожей и глазами.

Меры предосторожности по охране окружающей среды:

Сдерживание:
Не допускайте попадания химикатов в водоемы, канализацию или почву.

Процедуры очистки:

Методы:
Соберите материал соответствующим способом (например, пылесосом или влажной тканью).
Утилизируйте отходы в соответствии с местными правилами.

Контроль воздействия/Средства индивидуальной защиты этиленянтарной кислоты:

Пределы воздействия:

Предельно допустимое значение (TLV):
Убедитесь, что уровни воздействия ниже рекомендуемых ПДК или пределов профессионального воздействия, установленных регулирующими органами.

Инженерный контроль:

Вентиляция:
Используйте местную вытяжную вентиляцию или другие технические средства для минимизации пыли и воздействия.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ):

Защита органов дыхания:
При необходимости используйте противопылевую маску или респиратор.

Защита рук:
Надевайте перчатки, устойчивые к химикатам.

Защита глаз:
Для защиты глаз от пыли используйте защитные очки или лицевые щитки.

Защита кожи:
Надевайте защитную одежду, чтобы предотвратить попадание на кожу.

Идентификаторы этиленянтарной кислоты:
Название ИЮПАК: Этиленянтарная кислота
Общее название: фумаровая кислота
Регистрационный номер CAS: 110-17-8
Код UNII: T6F4H8DH9T
Идентификатор PubChem: 704
SMILES (упрощенная система ввода молекулярной линии): C=C(C(=O)O)C(=O)O
InChI (международный химический идентификатор): InChI=1S/C4H4O4/c1-2(5)3(6)4(7)8/h1H2,(H,5,6)(H,7,8)

КАС: 97-65-4
МФ: C5H6O4
МВт: 130,1
EINECS: 202-599-6

Свойства этиленянтарной кислоты:
Температура плавления: 165-168 °C (лит.)
Температура кипения: 268°C
Плотность: 1,573 г/мл при 25 °C (лит.)
Давление пара: 0,0000115 Па (20 °C)
Показатель преломления: 1,4980 (оценка)
Температура вспышки: 268°C
температура хранения: хранить при температуре ниже +30°C.
Растворимость: 77,49 г/л
форма: Кристаллический порошок или кристаллы
pka: 3,85 (при 25 ℃ )
Удельный вес: 1,573
цвет: от белого до светло-бежевого
pH: 3,5 (1 мМ раствор); 2,95 (10 мМ раствор); 2,43 (100 мМ раствор);
Запах: Характерный запах
Растворимость в воде: Растворим в воде, ацетоне, метаноле, гексане и этаноле. Слабо растворим в бензоле, хлороформе, сероуглероде и петролейном эфире.
Чувствительность: Гигроскопичность
Мерк: 14,5242
БРН: 1759501
Стабильность: светочувствительная
InChIKey: LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N
LogP: -0,301 при 20 ℃

Температура плавления: 165-168 °C (лит.)
Температура кипения: 268°C
Плотность: 1,573 г/мл при 25 °C (лит.)
Давление пара: 0,0000115 Па (20 °C)
Показатель преломления: 1,4980 (оценка)
Тп: 268°С
Температура хранения: хранить при температуре ниже +30°C.
Растворимость: 77,49 г/л
Форма: Кристаллический порошок или кристаллы
pka: 3,85 (при 25 ℃ )
Удельный вес: 1,573
Цвет: от белого до светло-бежевого
pH: 3,5 (1 мМ раствор); 2,95 (10 мМ раствор); 2,43 (100 мМ раствор);
Растворимость в воде: растворим в воде, ацетоне, метаноле, гексане и этаноле.
Слабо растворим в бензоле, хлороформе, сероуглероде и петролейном эфире.
Чувствительность: Гигроскопичность
Мерк: 14,5242
БРН: 1759501
Стабильность: светочувствительная
InChIKey: LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N
LogP: -0,301 при 20 ℃
Ссылка на базу данных CAS: 97-65-4(Ссылка на базу данных CAS)
Справочник по химии NIST: Итаконовая кислота (97-65-4)
Система реестра веществ Агентства по охране окружающей среды: Итаконовая кислота (97-65-4)