ACIDE FUMARIQUE ANHYDRE

L'acide fumarique anhydre, ou acide trans-butènedioïque, est un composé organique de formule HO₂CCH=CHCO₂H.
Solide blanc, l'acide fumarique anhydre est largement présent dans la nature.
L'acide fumarique anhydre a un goût fruité et est utilisé comme additif alimentaire.

CAS : 110-17-8
MF : C4H4O4
PM : 116,07
EINECS : 203-743-0

Synonymes
ACIDE TRANS-2-BUTÈNE-1,4-DIOÏQUE ; ACIDE TRANS-2-BUTÈNE-DIOÏQUE ; ACIDE TRANS-BUTÈNE-DICARBOXYLIQUE ; ACIDE TRANS-BUTÈNE-DIOÏQUE ; ACIDE TRANS-1,2-ÉTHYLÈNE-DICARBOXYLIQUE ; ACIDE TRANS-1,2-ÉTHYLENTRICARBOXYLIQUE ; RARECHEM AL BO 0142 ; ACIDUM FUMARICUM

Le numéro E de l’acide fumarique anhydre est E297.
Les sels et les esters sont appelés fumarates.
L’acide fumarique anhydre peut également désigner l’ion C4H2O2−4 (en solution).
L'acide fumarique anhydre est l'isomère trans de l'acide butènedioïque, tandis que l'acide maléique en est l'isomère cis.
L'acide fumarique anhydre est une matière première importante en chimie organique et un intermédiaire pour la chimie fine.
L'acide fumarique anhydre est également un dérivé important de l'anhydride maléique, largement utilisé dans les aliments, les revêtements, les résines et les plastifiants.
Dans l'industrie agroalimentaire, l'acide fumarique anhydre, utilisé comme agent acidifiant, peut être appliqué aux boissons gazeuses, au vin de type occidental, aux boissons fraîches, aux concentrés de jus de fruits, aux fruits en conserve, aux cornichons et aux glaces.
En tant que substance acide utilisée comme agent de production de gaz solide pour les boissons, l'acide fumarique anhydre présente une excellente durabilité des bulles et une organisation délicate du produit.

L'acide fumarique anhydre est utilisé comme acidulant alimentaire depuis 1946.
En tant qu'additif alimentaire, l'acide fumarique anhydre est utilisé comme correcteur d'acidité et peut être désigné par le numéro E297.
Chimiquement, l'acide fumarique anhydre est un acide dicarbonique insaturé et fait partie du cycle de l'acide citrique.
L'acide fumarique anhydre est un additif alimentaire courant, utilisé dans de nombreux aliments transformés pour leur assurer une stabilité et leur donner une acidité accrue.
L'acide fumarique anhydre a un goût plus acide que l'acide citrique, un autre additif alimentaire courant.
L'acide fumarique est naturellement présent dans la fumeterre, les cèpes, le lichen et la mousse d'Islande.
En tant qu'additif, l'acide fumarique anhydre est produit synthétiquement, principalement à partir de l'acide malique des pommes.

L'acide fumarique anhydre est réglementé par la Norme générale pour les additifs alimentaires (NGAA) du Codex Alimentarius, un ensemble de normes internationalement reconnues.
La Food and Drug Administration des États-Unis le considère comme sûr.
Un acide butènedioïque dont la double liaison C2C présente une géométrie E.
L'acide fumarique anhydre est un métabolite intermédiaire du cycle de l'acide citrique.
Acide butènedioïque : L’un des deux isomères de formule HCOOHC:CHCOOH.
Ces deux composés peuvent être considérés comme des dérivés de l’éthène, dans lesquels un atome d’hydrogène sur chaque carbone a été remplacé par un groupe –COOH.
Ces composés présentent une isomérie cis–trans. La forme trans est l’acide fumarique (d.r. : 1,64 ; sublime à 165 °C) et la forme cis est l’acide maléique (d.r. : 1,59 ; p.f. : 139–140 °C).

Ces deux composés cristallins incolores sont utilisés dans la fabrication de résines synthétiques.
La forme cis est moins stable que la forme trans et se transforme en forme trans à 120 °C.
Contrairement à la forme trans, l’acide fumarique anhydre peut éliminer l’eau par chauffage pour former un anhydride acyclique contenant un groupe –CO.O.CO– (anhydride maléique). L’acide fumarique est un intermédiaire du cycle de Krebs.
L'acide fumarique anhydre est utilisé comme assaisonnement, car l'E297 est l'acide organique le plus acide.
Trois parts d'acide fumarique anhydre sont aussi acides que cinq parts d'acide citrique.
L'acide fumarique anhydre est également utilisé comme antioxydant, mordant (substance favorisant l'adhérence de la teinture au tissu) et tampon (conservant une acidité ou une alcalinité particulière).
L'acide fumarique anhydre est utilisé pour abaisser le pH (acide rendant certains aliments plus acides).

Cela améliore l'efficacité des agents antimicrobiens.
L'acide fumarique anhydre lui-même détruit les bactéries.
L'acide fumarique anhydre rompt la liaison soufre-gluten de la pâte à pain, ce qui rend la pâte plus facile à usiner.
L'acide fumarique anhydre est utilisé dans le pain de seigle et la levure, les rendant plus acides. L'acide fumarique anhydre, combiné à un agent levant (dioxyde de carbone, produit du carbamide pour la levée du pain), ralentit la fermentation. Dissout uniquement dans l'eau chaude, l'acide fumarique anhydre retarde l'action levante avant la cuisson du pain. L'acide fumarique anhydre est également utilisé pour produire des résines polyester insaturées, dont la formule est HO₂CCH = CHCO₂H. Ce composé cristallin blanc est issu de deux isomères de l'acide dicarboxylique insaturé, l'acide maléique, dont l'un est un groupe acide carboxylique du CIS [= (Z)].
Acide fumarique à l'arôme fruité.

Propriétés chimiques de l'acide fumarique anhydre
Point de fusion : 298-300 °C (subl.) (lit.)
Point d'ébullition : 137,07 °C (estimation approximative)
Densité : 1,62
Pression de vapeur : 1,7 mm Hg (165 °C)
Indice de réfraction : 1,5260 (estimation)
FEMA : 2488 | ACIDE FUMARIQUE
Fp : 230 °C
Température de stockage : Conserver à une température inférieure à +30 °C. Solubilité : 95 % d’éthanol : soluble 0,46 g/10 mL, limpide, incolore
Forme : Poudre cristalline fine
Pka : 3,02, 4,38 (à 25 °C)
Couleur : Blanc
PH : 3,19 (solution à 1 mM) ; 2,57 (solution à 10 mM) ; 2,03 (solution à 100 mM) ;
Odeur : inodore
Type d’odeur : inodore
Source biologique : synthétique
Limite d’explosivité : 40 %
Solubilité dans l’eau : 0,63 g/100 mL (25 °C)
Merck : 14,4287
Numéro JECFA : 618
BRN : 605763
Stabilité : Stable à température ambiante. Se décompose vers 230 °C. Incompatible avec les agents oxydants forts, les bases et les agents réducteurs. Combustible.
InChIKey : VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N
LogP : -4,02 à 20 °C
Référence CAS : 110-17-8
Référence chimique NIST : Acide fumarique anhydre (110-17-8)
Système d’enregistrement des substances EPA : Acide fumarique anhydre (110-17-8)

L’acide fumarique anhydre est naturellement présent dans les corydales, les champignons et le bœuf frais.
Le produit précipité dans l’eau est une poudre cristalline blanche monoclinique, en forme d’aiguilles, de prismes ou de feuilles.
L’acide fumarique anhydre est inodore et possède une acidité particulière et forte, environ 1,5 fois supérieure à celle de l’acide citrique.
L'acide fumarique anhydre a un point de fusion de 287 °C et un point d'ébullition de 290 °C, et peut subir une sublimation à une température supérieure à 200 °C.
Chauffé à 230 °C, il perd de l'eau et se transforme en anhydride maléique.
L'ébullition de l'acide fumarique anhydre avec l'eau peut produire de l'acide DL-malique.
L'acide fumarique anhydre est soluble dans l'éthanol, légèrement soluble dans l'eau et l'éther, mais insoluble dans le chloroforme.
Le pH de la solution aqueuse à 3 % est compris entre 2,0 et 2,5, avec un fort pouvoir tampon, permettant de maintenir le pH de la solution aqueuse autour de 3,0.
L'acide fumarique anhydre est non toxique ; DL50 orale chez le rat : 8 000 mg/kg.
L'acide fumarique anhydre est une poudre cristalline incolore à blanche et inodore.
Goût fruité-acide.

L'acide fumarique anhydre se présente sous forme de granulés blancs, inodores ou presque inodores, ou de poudre cristalline pratiquement non hygroscopique.
L'acide fumarique anhydre est inodore et possède une saveur acidulée et acide-aigre. L'acide fumarique est utilisé en remplacement de l'acide tartrique.
Granulés blancs et inodores ou poudre cristalline.
L'acide fumarique anhydre est soluble dans l'alcool, légèrement soluble dans l'eau et l'éther, et très légèrement soluble dans le chloroforme.
L'acide fumarique anhydre est utilisé en remplacement de l'acide tartrique.
L'acide fumarique anhydre a une saveur inodore, acidulée et acide-aigre.
L'acide fumarique anhydre peut être synthétisé par l'action de certains champignons (Rhizopus nigricans) sur le glucose, par oxydation du furfural par du chlorate de sodium en présence de pentoxyde de vanadium.

Biosynthèse et occurrence
L'acide fumarique anhydre est produit chez les organismes eucaryotes à partir du succinate du complexe 2 de la chaîne de transport d'électrons, via l'enzyme succinate déshydrogénase.
On le trouve dans la fumeterre (Fumaria officinalis), les cèpes (plus précisément Boletus fomentarius var. pseudo-igniarius), les lichens et la mousse d'Islande.
L'acide fumarique anhydre est un intermédiaire du cycle de l'acide citrique utilisé par les cellules pour produire de l'énergie sous forme d'adénosine triphosphate (ATP) à partir des aliments.
L'acide fumarique anhydre est formé par l'oxydation du succinate par l'enzyme succinate déshydrogénase.
L'acide fumarique anhydre est ensuite converti en malate par l'enzyme fumarase.
La peau humaine produit naturellement de l'acide fumarique lorsqu'elle est exposée au soleil.
L'acide fumarique anhydre est également un produit du cycle de l'urée.

Utilisations
Présent dans de nombreuses plantes.
Essentiel à la respiration des végétaux et des tissus.
Utilisé comme antioxydant.
L'acide fumarique anhydre est utilisé dans les produits alimentaires comme acidifiant. Son goût acide se marie particulièrement bien avec les produits caramélisés ou sucrés, les produits de boulangerie, etc.
L'acide fumarique est un acidulant non hygroscopique, acide fort et peu soluble.
L'acide fumarique anhydre a une solubilité de 0,63 g dans 100 ml d'eau distillée à 25 °C.
L'acide fumarique anhydre se dissout lentement dans l'eau froide, mais sa solubilité s'améliore lorsqu'il est mélangé au dioctylsulfosuccinate de sodium.
La solubilité augmente également avec la taille des particules. Une quantité de 0,317 kg d'acide fumarique peut remplacer 0,453 kg d'acide citrique.
L'acide fumarique anhydre est utilisé dans les préparations sèches telles que les desserts, les garnitures pour tartes et les bonbons.
L'acide fumarique anhydre est utilisé dans les préparations pour boissons sèches car il est stable au stockage, fluide et non hygroscopique.
L'acide fumarique anhydre agit comme un antioxydant synergique avec le BHA et le BHT dans les produits à base d'huile et de saindoux.
Dans les desserts à la gélatine, l'acide fumarique anhydre améliore la stabilité du goût et augmente la durée de conservation et la résistance du gel.

1. L'acide fumarique anhydre est utilisé pour la production de résine polyester insaturée.
Ce type de résine se caractérise par une excellente résistance à la corrosion chimique et à la chaleur ; le copolymère d'acide fumarique et d'acétate de vinyle est un excellent adhésif.
Le copolymère d'acide fumarique anhydre et de styrène est la matière première pour la fabrication de fibres de verre.
Le plastifiant de l'acide fumarique anhydre est non toxique et peut être appliqué sur le latex d'acétate de vinyle en contact avec les aliments.
L'acide fumarique anhydre est un intermédiaire pour les agents de blanchiment pharmaceutiques et optiques et d'autres produits chimiques fins.
La neutralisation de l'acide fumarique par le carbonate de sodium peut produire du fumarate de sodium ([17013-01-3]), qui est ensuite remplacé par du sulfate ferreux pour obtenir du fumarate de fer, le Fersamal étant utilisé pour le traitement de l'anémie des petits globules rouges.
L'acide fumarique anhydre est utilisé comme additif alimentaire et agent acidifiant dans les boissons gazeuses, les sucres de fruits, les gelées et les glaces, la plupart du temps en association avec l'acide citrique, un agent acidifiant.
Le sel monosidum issu de la réaction entre l'acide fumarique anhydre et l'hydroxyde de sodium peut également être utilisé comme assaisonnement acide, ainsi que comme intermédiaire pour la fabrication de résines synthétiques et de mordants.

2. L'acide fumarique anhydre est présent dans de nombreux produits laitiers, notamment les boissons lactées telles que le lait chocolaté, le cacao, le lait de poule, le lait concentré et les boissons à base de protéines de lactosérum.
L'acide fumarique anhydre peut également être ajouté à la crème caillée, au lait et à la crème en poudre, ainsi qu'aux produits similaires (substituts) du lait et de la crème.
L'acide fumarique anhydre est ajouté aux produits fromagers, notamment au fromage fondu et aux substituts de fromage.
Les desserts laitiers, tels que les poudings, les yaourts aromatisés, les sorbets et les sorbets, peuvent également contenir de l'acide fumarique anhydre.
Les matières grasses laitières à tartiner et les mélanges à tartiner peuvent contenir de l'acide fumarique anhydre, tout comme les œufs en conserve et les desserts à base d'œufs comme la crème anglaise.

3. Certains aliments transformés et emballés contiennent de l'acide fumarique anhydre pour les stabiliser et rehausser leur saveur.
Par exemple, de nombreuses viandes transformées, comme le bacon et les viandes en conserve, contiennent de l'acide fumarique anhydre.
Les fruits de mer surgelés, les viandes fumées et les boyaux comestibles entourant les saucisses peuvent également en contenir.
Les fruits et légumes fermentés, en conserve, séchés et transformés peuvent également contenir cet additif alimentaire.
Les galettes de riz et autres préparations à base de riz précuites, les œufs en conserve ou séchés, la moutarde, le vinaigre, le cidre, le vin et autres boissons alcoolisées sont d'autres exemples d'aliments susceptibles de contenir de l'acide fumarique anhydre.
L'acide fumarique anhydre est utilisé pour parfumer les produits et en diminuer le pH. Il peut également contribuer à maintenir un pH stable.
L'acide fumarique anhydre est généralement utilisé dans les nettoyants.
L'acide fumarique anhydre est naturellement présent dans les plantes, comme le lichen et la mousse d'Islande, et chez les animaux.
Par exemple, la peau produit de l'acide fumarique anhydre lorsqu'elle est exposée à la lumière.
L'acide fumarique anhydre peut également être fabriqué synthétiquement.

Aliments
L'acide fumarique anhydre est utilisé comme acidulant alimentaire depuis 1946.
L'acide fumarique anhydre est approuvé comme additif alimentaire dans l'UE, aux États-Unis, en Australie et en Nouvelle-Zélande.
En tant qu'additif alimentaire, l'acide fumarique anhydre est utilisé comme correcteur d'acidité et est désigné par le numéro E297.
L'acide fumarique anhydre est généralement utilisé dans les boissons et les levures chimiques, dont la pureté est soumise à des exigences strictes.
L'acide fumarique anhydre est utilisé dans la fabrication des tortillas de blé comme conservateur alimentaire et comme acide dans les agents levants.
L'acide fumarique anhydre est généralement utilisé comme substitut de l'acide tartrique et parfois à la place de l'acide citrique, à raison de 1 g d'acide fumarique pour environ 1,5 g d'acide citrique, afin d'ajouter de l'acidité, de la même manière que l'acide malique.

Entre également dans la composition de certains arômes artificiels de vinaigre, comme les chips « Sel et Vinaigre », l'acide fumarique anhydre est également utilisé comme coagulant dans les préparations pour puddings.

Médicaments
L'acide fumarique anhydre a été développé comme médicament pour traiter le psoriasis, une maladie auto-immune, dans les années 1950 en Allemagne. Il se présentait sous forme de comprimé contenant trois esters, principalement le fumarate de diméthyle, et était commercialisé sous le nom de Fumaderm par Biogen Idec en Europe.
Biogen a ensuite développé l'ester principal, le fumarate de diméthyle, pour traiter la sclérose en plaques. Chez les patients atteints de sclérose en plaques récurrente-rémittente, l'ester diméthyl fumarate (BG-12, Biogen) a significativement réduit les rechutes et la progression du handicap lors d'un essai de phase 3.
L'acide fumarique anhydre active la voie de réponse antioxydante Nrf2, principale défense cellulaire contre les effets cytotoxiques du stress oxydatif.

Applications pharmaceutiques
L'acide fumarique anhydre est principalement utilisé dans les préparations pharmaceutiques liquides comme acidulant et agent aromatisant.
Il peut être utilisé comme composant acide dans les formulations de comprimés effervescents, mais son utilisation est limitée en raison de sa très faible solubilité dans l'eau.
Il est également utilisé comme agent chélateur et présente une synergie lorsqu'il est utilisé en association avec d'autres antioxydants.
L'acide fumarique a été utilisé pour faciliter la sphéronisation lors de la conception de nouvelles formulations granulées fabriquées par extrusion-sphéronisation, favorisant ainsi la production de granulés fins.
L'acide fumarique anhydre a également été étudié comme agent de remplissage alternatif au lactose dans les granulés.
L'acide fumarique anhydre a été étudié comme lubrifiant pour les comprimés effervescents, et des copolymères d'acide fumarique anhydre et d'acide sébacique ont été étudiés comme microsphères bioadhésives. L'acide fumarique anhydre est utilisé dans les formulations de granulés pelliculés comme agent acidifiant et pour augmenter la solubilité des médicaments.
L'acide fumarique anhydre est également utilisé comme additif alimentaire à des concentrations allant jusqu'à 3600 ppm, et comme agent thérapeutique dans le traitement du psoriasis et d'autres affections cutanées.

Préparation
Par action de certains champignons (Rhizopus nigricans) sur le glucose ; par oxydation du furfural par du chlorate de sodium en présence de pentoxyde de vanadium.

Méthodes de production
L'acide fumarique anhydre peut être préparé commercialement à partir de glucose par action de champignons tels que Rhizopus nigricans, comme sous-produit de la fabrication des anhydrides maléique et phtalique, et par isomérisation de l'acide maléique par la chaleur ou un catalyseur.
En laboratoire, l'acide fumarique anhydre peut être préparé par oxydation du furfural par du chlorate de sodium en présence de pentoxyde de vanadium.

Synthèse
L'acide fumarique anhydre est produit par isomérisation catalytique de l'acide maléique en solution aqueuse à faible pH.
L'acide fumarique anhydre précipite dans la solution réactionnelle.
L'acide maléique est disponible en grandes quantités sous forme de produit d'hydrolyse de l'anhydride maléique, produit par oxydation catalytique du benzène ou du butane.

Voies historiques et de laboratoire
L'acide fumarique anhydre a d'abord été préparé à partir d'acide succinique.
Une synthèse traditionnelle implique l'oxydation du furfural (issu de la transformation du maïs) à l'aide de chlorate en présence d'un catalyseur à base de vanadium.