Ácido malónico

Ácido malónico (nombre sistemático IUPAC: ácido propanodioico) es un ácido dicarboxílico con estructura CH₂(COOH)_{2< /sub>. La forma ionizada del ácido malónico, así como sus ésteres y sales, se conocen como malonatos. Por ejemplo, el malonato de dietilo es el éster dietílico del ácido malónico. El nombre proviene de la palabra griega μᾶλον (malon) que significa "manzana".}

Historia

El ácido malónico es una sustancia natural que se encuentra en muchas frutas y verduras. Se sugiere que los cítricos producidos en agricultura orgánica contienen niveles más altos de ácido malónico que los frutos producidos en agricultura convencional.

El ácido malónico fue preparado por primera vez en 1858 por el químico francés Victor Dessaignes mediante la oxidación del ácido málico.

Estructura y preparación

La estructura se ha determinado mediante cristalografía de rayos X y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología dispone de numerosos datos de propiedades, incluida la termoquímica de fase condensada. Una preparación clásica de ácido malónico parte del ácido cloroacético:

El carbonato de sodio genera la sal de sodio, que luego se hace reaccionar con cianuro de sodio para proporcionar la sal de sodio del ácido cianoacético mediante una sustitución nucleofílica. El grupo nitrilo se puede hidrolizar con hidróxido de sodio para dar malonato de sodio y la acidificación produce ácido malónico. Sin embargo, industrialmente el ácido malónico se produce mediante hidrólisis de malonato de dimetilo o malonato de dietilo. También se ha producido mediante la fermentación de la glucosa.

Reacciones orgánicas

El ácido malónico reacciona como un ácido carboxílico típico: formando derivados de amida, éster, anhídrido y cloruro. El anhídrido malónico se puede utilizar como intermediario para derivados monoéster o amida, mientras que el cloruro de malonilo es más útil para obtener diésteres o diamidas. En una reacción bien conocida, el ácido malónico se condensa con la urea para formar ácido barbitúrico. El ácido malónico también se puede condensar con acetona para formar ácido de Meldrum, un intermedio versátil en transformaciones posteriores. Los ésteres del ácido malónico también se utilizan como sintón ^-CH₂COOH en la síntesis de ésteres malónicos.

Síntesis de ácidos grasos mitocondriales

El ácido malónico es el sustrato inicial de la síntesis de ácidos grasos mitocondriales (mtFASII), en la que se convierte en malonil-CoA mediante la malonil-CoA sintetasa (ACSF3).

Además, la coenzima A derivada del malonato, el malonil-CoA, es un precursor importante en la biosíntesis de ácidos grasos citosólicos junto con el acetil CoA. Allí se forma malonil CoA a partir de acetil CoA mediante la acción de la acetil-CoA carboxilasa, y el malonato se transfiere a una proteína portadora de acilo para agregarla a una cadena de ácido graso.

Reacción de Briggs-Rauscher

El ácido malónico es un componente clave en la reacción de Briggs-Rauscher, el ejemplo clásico de una reacción química oscilante.

Condensación de Knoevenagel

En la condensación de Knoevenagel, el ácido malónico o sus diésteres reaccionan con el grupo carbonilo de un aldehído o cetona, seguido de una reacción de deshidratación.

Cuando se utiliza ácido malónico propiamente dicho, normalmente es porque el producto deseado es aquel en el que se ha producido un segundo paso, con pérdida de dióxido de carbono, en la denominada modificación Doebner.

Así, por ejemplo, el producto de reacción de la acroleína y el ácido malónico en la piridina es el ácido trans-2,4-pentadienoico con un grupo ácido carboxílico y no dos.

Preparación de subóxido de carbono

El subóxido de carbono se prepara calentando una mezcla seca de pentóxido de fósforo (P₄O₁₀) y ácido malónico. Reacciona de forma similar al anhídrido malónico, formando malonatos.

Aplicaciones

El ácido malónico es un precursor de los poliésteres especiales. Puede convertirse en 1,3-propanodiol para su uso en poliésteres y polímeros (cuya utilidad no está clara). También puede ser un componente de las resinas alquídicas, que se utilizan en diversas aplicaciones de recubrimientos para proteger contra los daños causados por la luz ultravioleta, la oxidación y la corrosión. Una aplicación del ácido malónico es en la industria de recubrimientos como reticulante para recubrimientos en polvo de curado a baja temperatura, que se están volviendo cada vez más valiosos para sustratos sensibles al calor y el deseo de acelerar el proceso de recubrimiento. Se estimó que el mercado mundial de recubrimientos para automóviles ascendió a 18.590 millones de dólares en 2014, con una tasa de crecimiento anual combinada proyectada del 5,1% hasta 2022.

Se utiliza en una serie de procesos de fabricación como producto químico especializado de alto valor, incluida la industria electrónica, la industria de sabores y fragancias, disolventes especiales, reticulación de polímeros y la industria farmacéutica. En 2004, la producción mundial anual de ácido malónico y diésteres relacionados superó las 20.000 toneladas métricas. El crecimiento potencial de estos mercados podría resultar de los avances en la biotecnología industrial que buscan desplazar los productos químicos derivados del petróleo en las aplicaciones industriales.

En 2004, el Departamento de Energía de EE. UU. incluyó el ácido malónico como uno de los 30 principales productos químicos que se producen a partir de biomasa.

En aplicaciones de alimentos y medicamentos, el ácido malónico se puede utilizar para controlar la acidez, ya sea como excipiente en formulaciones farmacéuticas o como aditivo conservante natural para alimentos.

El ácido malónico se utiliza como componente químico para producir numerosos compuestos valiosos, incluidos los compuestos de sabor y fragancia gamma-nonalactona, ácido cinámico y el compuesto farmacéutico valproato.

El ácido malónico (hasta un 37,5 % p/p) se ha utilizado para reticular almidones de maíz y patata para producir un termoplástico biodegradable; El proceso se realiza en agua utilizando catalizadores no tóxicos. Los polímeros a base de almidón representaron el 38% del mercado mundial de polímeros biodegradables en 2014, siendo los envases de alimentos, los envases de espuma y las bolsas de compost los segmentos de uso final más importantes.

La empresa Eastman Kodak y otras utilizan ácido malónico y derivados como adhesivo quirúrgico.

Patología

Si los niveles elevados de ácido malónico van acompañados de niveles elevados de ácido metilmalónico, esto puede indicar una enfermedad metabólica combinada con aciduria malónica y metilmalónica (CMAMMA). Al calcular la proporción de ácido malónico a ácido metilmalónico en el plasma sanguíneo, CMAMMA se puede distinguir de la acidemia metilmalónica clásica.

Bioquímica

El ácido malónico es el ejemplo clásico de inhibidor competitivo de la enzima succinato deshidrogenasa (complejo II), en la cadena respiratoria de transporte de electrones. Se une al sitio activo de la enzima sin reaccionar, compitiendo con el sustrato habitual succinato pero careciendo del grupo −CH₂CH₂- necesario para la deshidrogenación. Esta observación se utilizó para deducir la estructura del sitio activo en la succinato deshidrogenasa. La inhibición de esta enzima disminuye la respiración celular. Dado que el ácido malónico es un componente natural de muchos alimentos, está presente en los mamíferos, incluidos los humanos.

Productos químicos relacionados

La versión fluorada del ácido malónico es el ácido difluoromalónico.[1]

El ácido malónico es diprotico; es decir, puede donar dos protones por molécula. Es la primera ${displaystyle pK_{a}$ es 2.8 y el segundo es 5.7. Así malonate ion puede ser HOOCCH₂COO⁻ o CH₂(COO)2 - 22. Malonato o propanedioate compuestos incluyen sales y ésteres de ácido malónico, como

• Diethyl malonate
• Dimethyl malonate
• Disodium malonate
• Malonyl-CoA