Пропионовая кислота

Структурная формула
Общий
Фамилия	Пропионовая кислота
Другие названия	Пропановая кислота ( ИЮПАК ) Этанкарбоновая кислота Метацетоновая кислота E 280 ПРОПИОНОВАЯ КИСЛОТА ( INCI )
Молекулярная формула	С 3 Н 6 О 2
Краткое описание	бесцветная жидкость с неприятным запахом
Внешние идентификаторы / базы данных
Количество CAS 79-09-4 Номер ЕС 201-176-3 ECHA InfoCard 100.001.070 PubChem 1032 ChemSpider 1005 DrugBank DB03766 Викиданные Q422956
характеристики
Молярная масса	74,08 г моль -1
Физическое состояние	жидкость
плотность	0,99 г см −3 (20 ° С)
Температура плавления	−21 ° С
точка кипения	141 ° С
Давление газа	2,28 ч Па (15,3 ° C) 3,99 гПа (23 ° C) 7,43 гПа (32,2 ° C) 22,01 гПа (50,1 ° C)
p K s значение	4.87
растворимость	легко в воде (370 г л -1 при 20 ° С) растворим в этаноле , диэтиловом эфире и хлороформе
Показатель преломления	1,386
Инструкции по технике безопасности
Маркировка опасности GHS из  Регламента (ЕС) № 1272/2008 (CLP) , при необходимости расширенная Опасность H- и P-фразы ЧАС: 226-314-335 П: 210-280-301 + 330 + 331-305 + 351 + 338-308 + 310
MAK	ДФГ : 10 мл м -3 или 31 мг м -3 Швейцария: 10 мл м -3 или 30 мг м -3
Токсикологические данные	2600 мг кг -1 ( LD 50 ,  мыши ,  оральный ) 496 мг кг -1 ( LD 50 ,  кролик ,  трансдермальный ) 76,2 мг л -1 ( ЛК 50 ,  рыба , 96 ч , среднее значение)
Термодинамические свойства
ΔH f 0	−510,7 кДж / моль
Насколько это возможно и общепринято, используются единицы СИ . Если не указано иное, приведенные данные относятся к стандартным условиям . Показатель преломления: линия Na-D , 20 ° C

Пропионовая кислота является общим названием из пропановой кислоты , А карбоновая кислота с резким запахом. Их соли и сложные эфиры называются пропионатами или пропаноатами .

История и этимология

Иоганн Готтлиб открыл пропионовую кислоту и ее соли в 1844 году, когда углеводы реагировали с расплавленными гидроксидами щелочных металлов . Название пропионовая кислота было дано ему в 1847 году французским химиком Жан-Батистом Дюма . Дюма получил его от греческих protos , «первый», и pion , «жир», поскольку это самая маленькая (первая) карбоновая кислота, которая ведет себя так же, как жирные кислоты, в том смысле, что при высаливании образует масляную пленку на воде и воде. мылообразный. Образует калиевую соль.

Вхождение

Пропионовая кислота естественным образом содержится в некоторых эфирных маслах . Есть также бактерии , вырабатывающие пропионовую кислоту, такие как клостридии , которые колонизируют толстый кишечник человека . Там они образуют кислоту из непереваренных углеводов . Образование пропионовой кислоты определенными бактериями также важно при производстве определенных сыров : бактерии пропионовой кислоты в сырном твороге образуют характерные отверстия и аромат эмменталера и других твердых сыров , выделяя углекислый газ и пропионовую кислоту. Он также образуется во время процессов ферментации и ферментации или во время биологического разложения растительных или животных материалов.

Помимо масляной кислоты , сероводорода и других летучих органических соединений, содержащих серу ( метантиол , диметилсульфид ), одной из причин неприятного запаха изо рта у людей является пропионовая кислота.

Извлечение и представление

Промышленное производство

В настоящее время в химической промышленности для крупномасштабного производства пропионовой кислоты используются два процесса. Hydrocarboxylation из этена (карбонилирования в присутствии воды) была разработана в 1930 году Вальтер Reppe на BASF в Людвигсхафен . Из-за недорогой доступности альдегидов на основе нефтехимического сырья благодаря развитию оксосинтеза или гидроформилирования пропионовая кислота теперь также производится путем окисления пропионового альдегида .

Гидрокарбоксилирование этена (процесс BASF)

В этом процессе этен реагирует с монооксидом углерода и водой при температурах 250-320 ° C и давлении 100-300 бар в присутствии тетракарбонила никеля [Ni (CO) ₄ ] в качестве гомогенного катализатора в жидкой фазе.

Сегодня этот процесс в основном осуществляется на заводах, принадлежащих BASF SE . Компания является крупнейшим в мире производителем пропионовой кислоты и производит ее на предприятиях Verbund в Людвигсхафен-на-Рейне ( Германия ) и Нанкине ( Китай ), которые в последние годы постоянно расширяются. Производственная мощность заводов BASF составляет около 180 000 метрических тонн в год .

Окисление пропиональдегида

Другим важным процессом для крупномасштабного производства пропионовой кислоты является окисление из пропионового альдегида . Последний в настоящее время производится из нефтехимического сырья, поэтому он недорог и доступен в больших количествах. Жидкофазное окисление пропионового альдегида проводят кислородом воздуха при умеренных температурах 30-50 ° C и низких давлениях 1-3 бар в присутствии пропионата марганца (II) в качестве катализатора.

Вы работаете в жидкой фазе и используете пропионовую кислоту в качестве растворителя .

разнообразный

Пропионовая кислота также образуется при извлечении биогаза из органических отходов. Пропионовая кислота производится на второй фазе разложения материала, кислотообразующей фазе, в герметичном бродильном чане.

характеристики

Параметры безопасности

Пропионовая кислота образует легковоспламеняющиеся паровоздушные смеси при высоких температурах. Соединение имеет температуру вспышки 52 ° C. Диапазон взрыва составляет от 2,85% по объему (87 г / м ³ ) в качестве нижнего предела взрывоопасности (НПВ) и 12% по объему (370 г / м ³ ) в качестве верхнего предела взрывоопасности (ВПВ) Взрыв точка 48 ° C . Ограничения зазора ширина была определена равной 1,1 мм. Это приводит к отнесению к группе взрывоопасности IIA. Температура возгорания 485 ° C. Таким образом, вещество относится к температурному классу T1.

использовать

Пропионовая кислота - важный строительный блок в синтезе пластмасс , гербицидов и фармацевтических препаратов . Пропионовая кислота (E 280) и ее соли пропионат натрия (E 281), пропионат кальция (E 282) и пропионат калия (E 283) используются в качестве консервантов . Сама кислота имеет неприятный вкус для человека, поэтому соли кислоты используются в пищевой промышленности, особенно для фасованного нарезанного хлеба или выпечки. Сама кислота часто добавляется в силос , где доля может составлять до 2% от сухого вещества. Добавка имеет положительный побочный эффект предотвращения кетоацидоза у молочного скота. В Федеративной Республике Германии пропионовая кислота и ее соли были запрещены в нарезанном хлебе с 1988 года, так как сообщалось, что они вызывают подобные раку изменения в преддверии желудка у крыс. Согласно последнему закону ЕС, это снова разрешено. Пропионовая кислота также классифицируется как безопасная Американским Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов . Людям необходим витамин B12 для расщепления пропионовой кислоты . Кроме того, пропионовая кислота и ее соли одобрены в качестве консервантов для косметики в соответствии с Постановлением о косметике Германии .

Многие грибы способны расти на чистой пропионовой кислоте. Однако, особенно в связи с другими источниками углерода, такими как глюкоза , поликетидсинтаза грибов и, следовательно, их рост подавляется.

Эти сложные эфиры пропионовой кислоты используются в качестве ароматизаторов , ароматов и растворителей .

Человеческая медицина

Исследования клеточных линий клеток тонкого и толстого кишечника показали, что стимуляция рецепторов, связанных с G- белком, для короткоцепочечных жирных кислот GPR41 (рецептор свободных жирных кислот FFAR 3) и GPR43 (рецептор свободных жирных кислот FFAR 2) пропионовой кислотой. кислота, например, полезна, влияя на метаболизм жиров и сахаров. То же самое наблюдение можно было сделать и непосредственно на крысах.

Повышенное образование двух гормонов, PYY ( пептид YY ) и GLP-1 ( глюкагоноподобный пептид 1 ), особенно важно в этом контексте. PYY и GLP-1 продуцируются в «L-клетках» кишечника, особенно в последней части тонкой кишки (подвздошная кишка) и в толстой кишке (аппендикс, восходящая кишка). ГПП-1 активирует выработку инсулина в поджелудочной железе и в том же время ингибирует глюкагон формирования там (глюкагон является антагонистом инсулина и повышает уровень сахара в крови). Таким образом, уровень сахара в крови снижается за счет короткоцепочечных жирных кислот .

При этом снижается аппетит и усиливается чувство сытости. PYY и GLP-1 действуют как в гипоталамусе , определенной области мозга, вызывая чувство сытости и снижение аппетита, так и в желудке, где опорожнение затруднено.

Если пропионовая кислота добавляется к рациону в форме пропионата натрия или пропионата кальция , это приводит к выработке PYY и GLP-1, уровни которых повышаются в крови. В течение шести месяцев люди с ожирением теряют вес, в том числе в области живота и печени, а инсулинорезистентность, которая ухудшается в контрольной группе, остается прежней.

Тирош и др. в исследовании с участием 14 добровольцев показали, что употребление смешанной пищи, содержащей 1000 мг пропионата, вскоре после еды у людей привело к увеличению уровня глюкагона в плазме , глюконеогенного гормона, называемого связывающим жирную кислоту белком 4 (FABP4), и к высвобождению норадреналина. симпатической нервной системой во главе. Это, в свою очередь, вызывало инсулинорезистентность с компенсаторной гиперинсулинемией . Результаты показывают, что пропионат может действовать как нарушитель обмена веществ, потенциально увеличивая риск сахарного диабета 2 типа и ожирения у людей.

Противовоспалительный эффект

Пропионовая кислота образуется бактериями в толстом кишечнике при диете, богатой клетчаткой, и затем представляет собой один из наиболее важных источников энергии для поверхностных клеток кишечника (кишечного эпителия). Как и другие короткоцепочечные жирные кислоты, пропионовая кислота также регулирует влияние на воспаление кишечника и всего организма Эксперименты на животных предотвращают хронические воспалительные заболевания, такие как рассеянный склероз . В последнее время были даже достигнуты успехи в терапии рассеянного склероза человека. Кроме того, пропионовая кислота стимулирует определенные нейроэндокринные клетки толстого кишечника, так называемые L-клетки, для выработки гормонов (глюкагоноподобные пептиды 1, пептиды YY), которые благотворно влияют на ожирение и диабет.

Сердечно-сосудистые заболевания

В эксперименте на животных исследователи кормили пропионатом мышей с высоким кровяным давлением . После этого у животных было менее выраженное повреждение сердца или аномальное увеличение органа, что сделало их менее склонными к сердечным аритмиям . Сосудистые поражения, такие как B. атеросклероз уменьшился у мышей. Теперь исследовательская группа надеется подтвердить свои результаты, изучая воздействие вещества на людей.

Физиологические эффекты

Если люди придерживаются диеты с высоким содержанием клетчатки, через несколько месяцев состав бактерий в кишечнике меняется, и образуется больше короткоцепочечных жирных кислот.

В эпителиальных клетках толстой кишки поглощают почти 90% жирные кислоты с короткой цепью и передают их в организм через портальную систему вены и печень. Согласно текущим оценкам, люди получают до десяти процентов своей дневной потребности в энергии из короткоцепочечных жирных кислот. Кроме того, эпителий толстой кишки покрывает более половины своих энергетических потребностей за счет короткоцепочечных жирных кислот, особенно масляной кислоты .

У ряда клеток есть рецепторы на своей поверхности, которые позволяют им распознавать короткоцепочечные жирные кислоты. Сигналы, изменяющие поведение клетки, передаются внутрь клетки через эти рецепторы. Интересно, что эти рецепторы присутствуют, с одной стороны, в клетках, которые имеют отношение к метаболизму жиров и сахаров, а с другой стороны, они также обнаруживаются в иммунных клетках, например: это в первую очередь так называемые G-белки. сопряженные рецепторы (GPR), особенно GPR41 (рецептор свободных жирных кислот FFAR 3) и GPR43 (рецептор свободных жирных кислот FFAR 2).

GPR41 обнаруживается в клетках жировой ткани, поджелудочной железы, селезенки , лимфатических узлов , костного мозга, лимфоцитов и моноцитов . GPR43 обнаруживается в дистальном отделе подвздошной кишки , толстой кишки , жировой ткани, в моноцитах и нейтрофилах (самая высокая экспрессия). Соответственно, влияние пропионовой кислоты и ее солей, таких как пропионат натрия , и других короткоцепочечных жирных кислот, особенно на метаболизм сахара и жиров и иммунную систему, переместилось в центр текущих исследований.

Инструкции по технике безопасности

Пропионовая кислота оказывает разъедающее действие и в разбавленном виде раздражает кожу, глаза, слизистые оболочки и дыхательные пути. При длительном введении пропионовой кислоты и пропионатов в корм крысам в дозах от 0,6 до 5% они вызывают изменения в желудочно-кишечном тракте ( утолщение и воспаление). Однако это классифицируется как видоспецифическая реакция для крыс, поскольку у других видов животных, таких как мыши и кролики, такие эффекты не наблюдались.

Смотри тоже

• Пропионовая ацидемия

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Запись на E 280: Пропионовая кислота в европейской базе данных пищевых добавок, по состоянию на 27 июня 2020 г.
2. ↑ запись о пропионовой кислоте в базе данных CosIng Европейской комиссии, по состоянию на 22 апреля 2020 г.
3. ↑ ^{б с д е е г ч я J к л м п о р Q R сек т} входа на пропионовой кислоты в базе данных GESTIS вещества в IFA , доступ к 7 октября 2018 года. (Требуется JavaScript)
4. ↑ У.-Р. Самел, В. Колер, А.О. Геймер, У. Койзер: пропионовая кислота и производные. В: Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Wiley-VCH, Weinheim 2012, DOI : 10.1002 / 14356007.a22_223.pub2 .
5. ↑ ^{a b c} Запись о пропионовой кислоте. В: Römpp Online . Георг Тиме Верлаг, по состоянию на 12 мая 2014 г.
6. ↑ запись на пропионовой кислоты в классификации и маркировки Перечня в Европейское химическое агентство (ECHA), доступ к 1 февраля 2016 г. Производители или поставщики могут расширить гармонизированной системы классификации и маркировки .
7. ↑ Швейцарский фонд страхования от несчастных случаев (Сува): предельные значения - текущие значения MAK и BAT (поиск 79-09-4 или пропионовая кислота ), по состоянию на 2 ноября 2015 г.
8. ↑ Дэвид Р. Лид (Ред.): Справочник CRC по химии и физике . 90-е издание. (Интернет-версия: 2010), CRC Press / Тейлор и Фрэнсис, Бока-Ратон, Флорида, Стандартные термодинамические свойства химических веществ, стр. 5-24.
9. ^ Разработка систематических имен для простых алканов. ( Memento из в оригинале с 16 марта 2012 года в Internet Archive ) Info: архив ссылка была вставлена автоматически и еще не была проверена. Проверьте исходную и архивную ссылку в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. @ 1@ 2Шаблон: Webachiv / IABot / webspace.yale.edu
10. ↑ Вольфганг Легрум: Ароматы между запахом и ароматом , Vieweg + Teubner Verlag, 2011, ISBN 978-3-8348-1245-2 , стр. 61-62.
11. ↑ Ульф - Райнер Самель, Вальтер Колер, Армин Отто Геймер, Ульрих Койзер, Шан - Тянь Ян, Ин Джин, Мэн Линь Чжунцян Ван, Хоаким Энрике Телес: Пропионовая кислота и производные. В: Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Wiley - VCH Verlag GmbH & Co. KGaA., 31 января 2018 г., DOI : 10.1002 / 14356007.a22_223.pub4 .
12. ↑ BASF расширяет производство пропионовой кислоты. CHEMIE TECHNIK, 28 ноября 2007, доступ к 21 марта 2020 года . 
13. ↑ BASF и SINOPEC расширяют мощности по производству пропионовой кислоты в Нанкине, Китай. В: Пресс-релизы BASF. 1 июня 2017, доступ к 19 марта 2021 . 
14. ^ ^{A b} Манфред Федтке, Вильгельм Прицков, Герхард Циммерманн: Техническая органическая химия - основные материалы, промежуточные продукты, конечные продукты, полимеры . 1-е издание. Немецкое издательство базовой промышленности, Лейпциг, 1992, стр.133 , ISBN 3-342-00420-7
15. ↑ Стефан Алерт, Рита Циммерманн, Йоханнес Эблинг, Гельмут Кениг: Анализ консорциумов разлагающих пропионат сельскохозяйственных биогазовых установок. В кн . : MicrobiologyOpen. 5 (6), 2016 г., DOI: 10.1002 / mbo3.386 .
16. ↑ ^{а б в г д} Э. Брандес, В. Мёллер: Параметры безопасности. Том 1: Легковоспламеняющиеся жидкости и газы. Wirtschaftsverlag NW - Verlag für neue Wissenschaft, Бремерхафен, 2003 г.
17. ↑ EFSA: Научное мнение о переоценке пропионовой кислоты (E 280), пропионата натрия (E 281), пропионата кальция (E 282) и пропионата калия (E 283) в качестве пищевых добавок. EFSA, декабрь 2014, доступ к декабрю 2014 . 
18. ↑ Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США: ПРЯМЫЕ ПИЩЕВЫЕ ВЕЩЕСТВА, ПОДТВЕРЖДАЕМЫЕ ОБЩЕСТВЕННЫМИ БЕЗОПАСНЫМИ. В: CFR - Свод федеральных правил. Пищевых продуктов и медикаментов FDA, 1 апреля 2015, доступ к 1 апреля 2015 . 
19. ↑ А. Психас, М.Л. Слит, К.Г. Мерфи и др.: Пропионат жирных кислот с короткой цепью стимулирует секрецию GLP-1 и PYY через рецептор 2 свободных жирных кислот у грызунов. Международный журнал ожирения . В: Международный журнал ожирения (ред.): Международный журнал ожирения . Нет. 39 . MacMillan Publishers, Лондон, Великобритания, 2015 г., стр. 424-429 , DOI : 10.1038 / ijo.2014.153 . 
20. ^ Эдвард С. Чемберс, Александр Виардот и др.: Влияние целевой доставки пропионата в толстую кишку человека на регуляцию аппетита, поддержание массы тела и ожирение у взрослых с избыточным весом . В: Хорошо . Лента 64 , нет. 11 , 2015, с. 1744-1754 , DOI : 10.1136 / gutjnl-2014-307913 ( на английском языке). 
21. ↑ Амир Тирош1 †, Эдиз С. Калай и др.: Пропионат короткоцепочечных жирных кислот увеличивает выработку глюкагона и FABP4, нарушая действие инсулина у мышей и людей. В кн . : Трансляционная медицина. 24 апреля 2019, доступ к 25 апреля 2019 . 
22. ↑ Cell , Vol. 180, issue 6, pp. 1067-1080 (2020), DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.035 .
23. ↑ Э. Н. Бергман: Энергетический вклад летучих жирных кислот из желудочно-кишечного тракта у различных видов . В кн . : Физиологические обзоры . Лента 70 , 1990, стр. 567-590 , PMID 2181501 . 
24. ↑ Хендрик Бартоломеус и др.: Пропионат жирных кислот с короткой цепью защищает от гипертонического поражения сердечно-сосудистой системы. В кн . : Тираж. 2018, DOI: 10.1016 / j.cardiores.2006.06.030 .
25. ↑ Мария Де Ангелис, Эустаккио Монтемурно, Лючия Ваннини и другие: Влияние цельнозернового ячменя на фекальную микробиоту и метаболизм человека . В кн . : Прикладная и экологическая микробиология . Лента 81 , нет. 22 , 2015, с. 7945-7956 , DOI : 10,1128 / AEM.02507-15 , PMID 26386056 . 
26. ↑ JG LeBlanc, F. Chain, R. Martín, LG Bermúdez-Humarán, S. Courau, P. Langella: Благоприятное влияние на энергетический метаболизм хозяина короткоцепочечных жирных кислот и витаминов, продуцируемых комменсальными и пробиотическими бактериями. В кн . : Фабрики микробных клеток. Volume 16, number 1, May 2017, p. 79, doi: 10.1186 / s12934-017-0691-z , PMID 28482838 , PMC 5423028 (свободный полный текст) (обзор).
27. ^ Э. Паттерсон, Дж. Ф. Крайан, Г. Ф. Фитцджеральд, Р. П. Росс, Т. Г. Динан, К. Стентон: Микробиота кишечника, производимые ими фармакологические препараты и здоровье хозяина. В: Труды Общества питания. Том 73, номер 4, ноябрь 2014 г., стр. 477-489, DOI : 10.1017 / S0029665114001426 , PMID 25196939 (обзор), PDF .
28. ↑ Ольга Брандштеттер, Оливер Шанц, Джулия Ворак и другие: Уравновешивание кишечного и системного воспаления за счет специфической для клеточного типа экспрессии репрессора арилуглеводородных рецепторов . В кн . : Научные отчеты . Лента 6 , 2016, с. 26091 , DOI : 10.1038 / srep26091 . 
29. ^ R. Corrêa-Oliveira, JL Fachi, A. Vieira et al.: Регулирование функции иммунных клеток с помощью короткоцепочечных жирных кислот. В кн . : Клиническая и трансляционная иммунология. Том 5, номер 4, апрель 2016 г., стр. E73, doi: 10.1038 / cti.2016.17 , PMID 27195116 , PMC 4855267 (полный текст) (обзор).
30. ↑ Х.-Г. Classen, PS Elias, WP Hammes, M. Winter: Токсиколого-гигиеническая оценка пищевых ингредиентов и добавок. Behr's Verlag, 2001, ISBN 978-3-86022-806-7 .