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L'acide fumarique est une matière première importante en chimie organique, ainsi qu'un intermédiaire dans la synthèse de produits de chimie fine.
Par ailleurs, l'acide fumarique est également un dérivé important de l'anhydride maléique, largement utilisé dans l'alimentation, les revêtements, les résines et les plastifiants.
Dans l'industrie alimentaire, l'acide fumarique, utilisé comme agent acidifiant, entre dans la composition des boissons gazeuses, des vins de type occidental, des boissons fraîches, des jus de fruits concentrés, des fruits en conserve, des cornichons et des crèmes glacées.
CAS : 110-17-8
Formule formule brute : C₄H₄O₄
Masse molaire : 116,07
EINECS : 203-743-0
Synonymes : Acide trans-butènedicarboxylique ; Acide trans-butènedioïque ; Acide trans-1,2-éthylènedicarboxylique ; Acide trans-1,2-éthylentricacarboxylique ; Rarechem AL BO 0142 ; Acidum fumaricum ; Acide fumarique ; Acide allomaléique
Utilisé comme agent de production de gaz pour boissons solides, l’acide fumarique offre une excellente tenue des bulles et une structure de produit optimale.
Il est utilisé comme acidifiant alimentaire depuis 1946.
En tant qu’additif alimentaire, il sert de correcteur d’acidité et est désigné par le numéro E 297.
Chimiquement, l'acide fumarique est un acide dicarbonique insaturé et fait partie du cycle de l'acide citrique.
C'est un additif alimentaire courant, présent dans de nombreux aliments transformés pour les stabiliser et leur conférer une saveur acidulée.
L'acide fumarique a une saveur plus acide que l'acide citrique, un autre additif alimentaire courant.
On trouve naturellement de l'acide fumarique dans la fumeterre, le cèpe, le lichen et la mousse d'Islande.
En tant qu'additif, l'acide fumarique est produit synthétiquement, principalement à partir d'acide malique extrait de pommes.
L'acide fumarique, en tant qu'additif, est réglementé par la Norme générale pour les additifs alimentaires (NGAA) du Codex Alimentarius, un ensemble de normes internationalement reconnues.
La FDA (Food and Drug Administration) américaine le considère comme sûr.
C'est un acide butènedioïque dont la double liaison C2C possède une géométrie E.
L'acide fumarique est un métabolite intermédiaire du cycle de l'acide citrique.
C'est un composé cristallin présent dans certaines plantes.
L'acide fumarique est utilisé dans la fabrication de résines synthétiques. L'acide fumarique peut être converti en isomère trans par chauffage à 120 °C.
Il existe deux isomères de formule HCOOHC:CHCOOH.
Ces deux composés peuvent être considérés comme des dérivés de l'éthène, dans lesquels un atome d'hydrogène de chaque carbone a été remplacé par un groupe –COOH.
Ces composés présentent une isomérie cis-trans.
La forme trans est l'acide fumarique (d.e. 1,64 ; sublimation à 165 °C) et la forme cis est l'acide maléique (d.e. 1,59 ; p.f. 139–140 °C).
Ce sont deux composés cristallins incolores utilisés dans la fabrication de résines synthétiques.
La forme cis est moins stable que la forme trans et se convertit en forme trans à 120 °C.
Contrairement à la forme trans, l'acide fumarique peut éliminer de 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.
C'est un solide cristallin incolore.
Le principal danger réside dans la menace qu'il représente pour l'environnement.
Des mesures immédiates doivent être prises pour limiter sa propagation dans l'environnement.
Combustible, bien que difficile à enflammer. Il est utilisé dans la fabrication de peintures et de plastiques, dans la transformation et la conservation des aliments, ainsi que pour d'autres applications.
L'acide fumarique, ou acide trans-butènedioïque, est un composé organique de formule HO₂CCH=CHCO₂H.
Solide blanc, l'acide fumarique est largement présent dans la nature.
Il possède un goût fruité et a été utilisé comme additif alimentaire.
Son numéro E est E297.
Ses sels et esters sont appelés fumarates.
L'acide fumarique peut également désigner l'ion C₄H₂O₄⁻ (en solution).
L'acide fumarique est l'isomère trans de l'acide butènedioïque, tandis que l'acide maléique est l'isomère cis. L'acide fumarique est un acide dicarboxylique utilisé dans le traitement des maladies intestinales.
L'acide fumarique est un fumarate, ce qui signifie qu'il possède deux groupes acide carboxylique et un groupe hydroxyle.
L'acide fumarique réagit avec le chlorure de cuivre pour former de la vapeur d'eau, qui peut être toxique par inhalation.
L'acide fumarique présente également des propriétés antimicrobiennes contre les bactéries et les champignons et peut être utilisé comme agent pharmacologique pour le traitement de diverses maladies.
Les propriétés chimiques de l'acide fumarique sont similaires à celles des sels de sodium, ce qui peut expliquer son utilisation dans de nombreux produits tels que les injections ou les solutions.
L'analyse structurale révèle que la molécule d'acide fumarique a une forme linéaire, avec trois atomes d'hydrogène de chaque côté de l'atome de carbone central.
Biosynthèse et présence
L'acide fumarique est produit chez les organismes eucaryotes à partir du succinate dans le complexe II de la chaîne de transport d'électrons, grâce à l'enzyme succinate déshydrogénase.
L'acide fumarique 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 est formé par l'oxydation du succinate par l'enzyme succinate déshydrogénase.
L'acide fumarique 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 est également un produit du cycle de l'urée.
Propriétés chimiques de l'acide fumarique
Point de fusion : 298-300 °C (substrat) (littérature)
Point d'ébullition : 137,07 °C (estimation approximative)
Densité : 1,62
Pression de vapeur : 1,7 mmHg (165 °C)
Indice de réfraction : 1,5260 (estimation)
FEMA : 2488 | ACIDE FUMARIQUE
Point d'ébullition : 230 °C
Température de stockage : À conserver en dessous de +30 °C
Solubilité : Éthanol à 95 % : soluble 0,46 g/10 mL, limpide, incolore
Aspect : 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 oxydants forts, les bases et les réducteurs. Inflammable. Fonctions des ingrédients cosmétiques : TAMPON
Revue des ingrédients cosmétiques (CIR) : Acide fumarique (110-17-8)
InChI : 1S/C4H4O4/c5-3(6)1-2-4(7)8/h1-2H,(H,5,6)(H,7,8)/b2-1+
InChIKey : VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N
LogP : -4,02 à 20 °C
Référence CAS : 110-17-8
Référence chimique NIST : Acide fumarique (110-17-8)
Système d’enregistrement des substances de l’EPA : Acide fumarique (110-17-8)
L’acide fumarique est naturellement présent dans les corydales, les champignons et le bœuf frais. Le produit précipité de l'eau se présente sous forme de poudre cristalline blanche, monoclinique, aciculaire, prismatique ou lamellaire.
L'acide fumarique est inodore et possède une saveur acide prononcée, environ 1,5 fois supérieure à celle de l'acide citrique.
Son point de fusion est de 287 °C et son point d'ébullition de 290 °C. Il se sublime à une température supérieure à 200 °C.
Chauffé à 230 °C, il perd de l'eau et se transforme en anhydride maléique.
L'ébullition simultanée de l'acide fumarique et de l'eau permet d'obtenir de l'acide DL-malique.
L'acide fumarique est soluble dans l'éthanol, légèrement soluble dans l'eau et l'éther, mais insoluble dans le chloroforme.
Une solution aqueuse à 3 % présente un pH compris entre 2,0 et 2,5 et possède un fort pouvoir tampon, permettant de maintenir le pH de la solution aqueuse autour de 3,0.
Ce produit est non toxique. DL50 orale chez le rat : 8 000 mg/kg.
L’acide fumarique se présente sous forme de poudre cristalline incolore à blanche, inodore.
Goût fruité-acide.
L’acide fumarique se présente sous forme de granules blancs, inodores ou presque inodores, ou sous forme de poudre cristalline pratiquement non hygroscopique.
L’acide fumarique est inodore et possède une saveur acidulée. Il est utilisé comme substitut de l’acide tartrique.
Granules blancs inodores ou poudre cristalline.
L’acide fumarique est soluble dans l’alcool, légèrement soluble dans l’eau et dans l’éther, et très légèrement soluble dans le chloroforme.
L’acide fumarique est utilisé comme substitut de l’acide tartrique.
L’acide fumarique possède une saveur acidulée, inodore et légèrement acide.
L’acide fumarique peut être synthétisé par l’action de certains champignons (Rhizopus nigricans) sur le glucose. Par oxydation du furfural avec du chlorate de sodium en présence de pentoxyde de vanadium.
Utilisations
Présent dans de nombreuses plantes.
Essentiel à la respiration des végétaux et des tissus.
Utilisé comme antioxydant.
L'acide fumarique 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 acidifiant non hygroscopique, un acide fort peu soluble.
Sa solubilité est de 0,63 g dans 100 ml d'eau distillée à 25 °C.
L'acide fumarique se dissout lentement dans l'eau froide, mais sa solubilité s'améliore lorsqu'il est mélangé à du sulfosuccinate de sodium et de dioctyle.
La solubilité augmente également avec la taille des particules.
Une quantité de 0,317 kg peut remplacer 0,453 kg d'acide citrique. L'acide fumarique est utilisé dans les préparations sèches telles que les desserts, les garnitures à tartes et les confiseries.
L'acide fumarique est utilisé dans les préparations pour boissons en poudre car il est stable au stockage, fluide et non hygroscopique.
L'acide fumarique agit comme antioxydant synergique avec le BHA et le BHT dans les produits à base d'huile et de saindoux.
Dans les desserts gélifiés, l'acide fumarique améliore la stabilité des arômes, augmente la durée de conservation et renforce le gel.
L'acide fumarique est utilisé pour parfumer les produits et en abaisser le pH.
Il contribue également à la stabilité du pH.
L'acide fumarique est couramment utilisé dans les nettoyants.
On le trouve naturellement dans certaines plantes, comme le lichen et la mousse d'Islande, ainsi que chez certains animaux. Par exemple, la peau en produit lorsqu'elle est exposée à la lumière.
L'acide fumarique peut également être synthétisé.
1. L'acide fumarique 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 et de styrène est la matière première pour la fabrication de la fibre de verre.
Le plastifiant à base d'acide fumarique est non toxique et peut être utilisé dans le latex d'acétate de vinyle en contact avec les aliments.
L'acide fumarique est un intermédiaire dans la synthèse d'agents de blanchiment pharmaceutiques et optiques, ainsi que d'autres produits chimiques fins.
La neutralisation de l'acide fumarique par le carbonate de sodium permet d'obtenir du fumarate de sodium ([17013-01-3]), qui, après substitution par le sulfate ferreux, donne du fumarate de fer, composant du médicament Fersamal utilisé pour le traitement de l'anémie par hématopoïèse à petits globules rouges.
L'acide fumarique, utilisé comme additif alimentaire et agent acidifiant, entre dans la composition des boissons gazeuses, des sirops de fruits, des gelées et des crèmes glacées, le plus souvent en association avec l'acide citrique. Le sel monosidique issu de la réaction entre l'acide fumarique et l'hydroxyde de sodium peut être utilisé comme assaisonnement acidulé, ainsi que comme intermédiaire dans la synthèse de résines et comme mordant.
2. L'acide fumarique est présent dans de nombreux produits laitiers.
Parmi ceux-ci figurent les boissons lactées telles que le lait chocolaté, le cacao, le lait de poule, le lait concentré et les boissons protéinées à base de lactosérum.
L'acide fumarique peut également être ajouté à la crème caillée, au lait et aux poudres de crème, ainsi qu'à leurs analogues (substituts).
On le retrouve aussi dans les fromages, notamment le fromage fondu et les substituts de fromage.
Les desserts laitiers, comme le pudding, le yaourt aromatisé, le sorbet et le sorbet classique, peuvent également contenir de l'acide fumarique.
Les matières grasses laitières à tartiner et les pâtes à tartiner mélangées peuvent en contenir, de même que les œufs de conservation et les desserts à base d'œufs, comme la crème anglaise.
3. Certains aliments transformés et emballés contiennent de l'acide fumarique ajouté pour les stabiliser et en rehausser la saveur.
Par exemple, de nombreuses charcuteries, comme le bacon et les conserves de viande, contiennent de l'acide fumarique ajouté.
Les fruits de mer surgelés, les viandes fumées et les boyaux comestibles des saucisses peuvent également contenir de l'acide fumarique.
Les fruits et légumes fermentés, en conserve, séchés et transformés peuvent aussi contenir cet additif alimentaire.
Les galettes de riz et autres produits à base de riz précuits, les œufs séchés ou conservés, 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.
Applications pharmaceutiques
L'acide fumarique est principalement utilisé dans les préparations pharmaceutiques liquides comme acidifiant et agent aromatisant.
Il peut être incorporé comme composant acide dans les formulations de comprimés effervescents, bien que cet usage soit limité par sa très faible solubilité dans l'eau.
L'acide fumarique est également utilisé comme agent chélateur, présentant une synergie lorsqu'il est associé à d'autres antioxydants. Dans la conception de nouvelles formulations granulées fabriquées par extrusion-sphéronisation, l'acide fumarique a été utilisé pour faciliter la sphéronisation, favorisant ainsi la production de granulés fins.
L'acide fumarique a également été étudié comme agent de charge alternatif au lactose dans les granulés.
L'acide fumarique a été étudié comme lubrifiant pour les comprimés effervescents, et des copolymères d'acide fumarique et d'acide sébacique ont été étudiés comme microsphères bioadhésives.
L'acide fumarique a été utilisé dans les formulations de granulés pelliculés comme agent acidifiant et pour augmenter la solubilité des principes actifs.
L'acide fumarique est également utilisé comme additif alimentaire à des concentrations allant jusqu'à 3 600 ppm, et comme agent thérapeutique dans le traitement du psoriasis et d'autres affections cutanées.
Alimentation
L'acide fumarique est utilisé comme acidifiant alimentaire depuis 1946.
L'acide fumarique est autorisé comme additif alimentaire dans l'Union européenne, aux États-Unis, en Australie et en Nouvelle-Zélande. L'acide fumarique est utilisé comme additif alimentaire, correcteur d'acidité, et est désigné par le numéro E297. Il est généralement employé dans les boissons et les poudres à lever pour lesquelles des exigences de pureté sont requises.
L'acide fumarique entre dans la composition des tortillas de blé comme conservateur et agent levant.
Il est généralement utilisé comme substitut de l'acide tartrique et parfois de l'acide citrique, à raison de 1 g d'acide fumarique pour environ 1,5 g d'acide citrique, afin d'apporter de l'acidité, de la même manière que l'acide malique.
Outre sa présence dans certains arômes artificiels de vinaigre, comme ceux des chips aromatisées « sel et vinaigre », l'acide fumarique est également utilisé comme coagulant dans les préparations pour pudding à cuire sur la cuisinière. Le comité scientifique de la Commission européenne sur la nutrition animale, qui fait partie de la DG Santé, a conclu en 2014 que l'acide fumarique est « pratiquement non toxique », mais que des doses élevées sont probablement néphrotoxiques après une utilisation prolongée.
Médicament
L'acide fumarique a été développé dans les années 1950 en Allemagne comme médicament pour traiter le psoriasis, une maladie auto-immune. Il se présentait alors sous forme de comprimés contenant trois esters, principalement le diméthylfumarate, et était commercialisé sous le nom de Fumaderm par Biogen Idec en Europe. Biogen a par la suite développé l'ester principal, le diméthylfumarate, comme traitement de la sclérose en plaques.
Chez les patients atteints de sclérose en plaques rémittente-récurrente, l'ester diméthylfumarate (BG-12, Biogen) a significativement réduit les poussées et la progression du handicap lors d'un essai de phase 3.
L'acide fumarique active la voie de réponse antioxydante Nrf2, principal mécanisme de défense cellulaire contre les effets cytotoxiques du stress oxydatif.
Autres utilisations
L'acide fumarique est utilisé dans la fabrication de résines de polyester et d'alcools polyhydriques, ainsi que comme mordant pour les colorants.
L'acide fumarique peut être utilisé pour la synthèse de la 6-méthylcoumarine. L'ajout d'acide fumarique à l'alimentation des agneaux permet de réduire jusqu'à 70 % la production de méthane lors de la digestion.
Méthodes de production
À l'échelle industrielle, l'acide fumarique peut être préparé à partir de glucose par l'action de champignons tels que Rhizopus nigricans, comme sous-produit de la fabrication des anhydrides maléique et phtalique, ou par isomérisation de l'acide maléique à l'aide de chaleur ou d'un catalyseur.
En laboratoire, l'acide fumarique peut être préparé par oxydation du furfural avec du chlorate de sodium en présence de pentoxyde de vanadium.
Synthèse
L'acide fumarique est produit par isomérisation catalytique de l'acide maléique en solution aqueuse à faible pH.
L'acide fumarique précipite de la solution réactionnelle.
L'acide maléique est disponible en grande quantité comme produit d'hydrolyse de l'anhydride maléique, lui-même obtenu par oxydation catalytique du benzène ou du butane.
Production biotechnologique
Actuellement, l'acide fumarique est principalement produit par synthèse chimique à partir de son précurseur, l'acide maléique, lui-même obtenu par oxydation catalytique du benzène ou du n-butane.
Il existe cependant des voies de production enzymatiques et fermentaires.
Avant l'avènement de la chimie à base de pétrole, peu coûteuse, l'acide fumarique était produit industriellement par fermentation à l'aide de bactéries du genre Rhizopus, avec une production annuelle de 4 000 tonnes.
Des concentrations de produit de 30 à 130 g·L⁻¹, des rendements de 0,3 à 1,0 g d'acide fumarique par gramme de glucose et des productivités de 0,46 à 2,0 g·L⁻¹·h⁻¹ ont été obtenus en culture sur glucose.
Ces dernières années, de nouvelles approches faisant appel au génie métabolique ont été étudiées. Par exemple, des concentrations d'acide fumarique de 28,2 g·L⁻¹ avec une productivité de 0,448 g·L⁻¹·h⁻¹ ont été obtenues par culture en fed-batch d'une souche d'E. coli génétiquement modifiée.
Huit modifications ont été mises en œuvre pour parvenir à ce résultat.
L'acide fumarique peut également être synthétisé par voie enzymatique à partir d'acide maléique, comme par synthèse chimique.
Grâce à la biocatalyse par cellules entières de la souche XD-1 de Pseudomonas alcaligenes, un rendement de 0,698 g d'acide fumarique par gramme d'acide maléique et un taux de production de 6,98 g·L⁻¹·h⁻¹ ont été atteints.
Le procédé a été optimisé.
La formation d'acide malique, sous-produit de la réaction, a été évitée grâce à l'inactivation de la fumarase par un traitement thermique préalable des cellules. Finalement, un rendement de 0,95 g d'acide fumarique par gramme d'acide maléique et un taux de production de 14,25 g.L-1.h-1 ont été observés.
