¿Qué es el ácido fumárico?
El ácido fumárico, también conocido como ácido transbutenedioico, es un ácido dicarboxílico con la fórmula C4H4O4. Se encuentra ampliamente en la naturaleza y se presenta como un sólido blanco y cristalino con un sabor similar al de la fruta.
El ácido fumárico fue aislado por primera vez de la fumaria (Fumaria officinalis) por Winckler en 1832. Posteriormente se lo identificó con varios nombres, incluidos ácido bolético, ácido glaucinio, ácido liquen y ácido paramaleico.
El ácido fumárico ahora se produce industrialmente, aunque es menos importante en comparación con el anhídrido maleico.
Tabla de contenido
1. Propiedades físicas del ácido fumárico
El ácido fumárico cristaliza en forma de prismas monoclínicos. Es soluble en etanol y ácido sulfúrico concentrado, ligeramente soluble en éter etílico y acetona, e insoluble en cloroformo y benceno. Una solución acuosa de ácido fumárico al 0,05 % a 25 °C tiene un valor de pH de 3,0-3,2.
Las propiedades físicas importantes del ácido fumárico se resumen en la siguiente tabla.
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Número CAS | [110-17-8] |
| Fórmula química | C4H4O4 |
| Peso molecular | 116,07 g/mol |
| Punto de fusión | 286–287 °C (cerrado tubo) |
| Temperatura de sublimación | 200 °C |
| Densidad (sólido) | 1,635 g/cm3 |
| Calor de sublimación (92 °C) | 136,1 kJ/mol |
| pKa1 | 3,02 |
| pKa2 | 4,38 |
| Solubilidad en 100 g de agua | 0,428 g (a 15,5 °C) |
| 9,97 g (a 100 °C) | |
| Punto de inflamación | 273 °C (vaso abierto) 230 °C (vaso cerrado) |
| Temperatura de autoignición | 375 °C (polvo) |
2. Propiedades químicas del ácido fumárico
El ácido fumárico sublima sin descomponerse a una temperatura ligeramente superior a los 200 °C, pero cuando se calienta a temperaturas superiores a los 230 °C, se descompone para formar anhídrido maleico, agua y una cantidad significativa de residuos. La presencia de pentóxido de fósforo cataliza la formación de anhídrido maleico.
El ácido fumárico es el isómero trans del ácido maleico y comparte muchas propiedades químicas con él. Sin embargo, las reacciones generalmente se producen lentamente en el caso del ácido fumárico, en parte debido a su menor solubilidad en agua.
A diferencia del ácido maleico, el ácido fumárico puede formar un cloruro de ácido. (Para obtener más detalles sobre las reacciones, visite el artículo sobre el ácido maleico).
3. Producción de ácido fumárico
El ácido fumárico se fabrica principalmente mediante la isomerización del ácido maleico o del anhídrido maleico (Figura 1). Estos materiales de partida a menudo provienen de corrientes de agua de lavado generadas durante la producción de anhídrido maleico o anhídrido ftálico, con una concentración mínima preferida de ácido maleico del 30%.
a) Recipiente de isomerización; b) Centrífuga; c) Tanque de disolución; d) Filtro; e) Cristalizador; f) Secador; g) Silo
El proceso de isomerización convierte el ácido maleico casi cuantitativamente en ácido fumárico menos soluble, que luego se separa por filtración. Esta conversión se puede lograr mediante tratamiento térmico o con la ayuda de catalizadores. Se han explorado varios catalizadores, incluidos:
- Ácidos minerales (p. ej., ácido clorhídrico)
- Compuestos a base de azufre como tiocianatos, tiazoles, tiosemicarbazidas y tioureas
- Compuestos de bromo combinados con peróxidos (p. ej., persulfato)
Entre estos, la tiourea es el catalizador más utilizado en la industria.
El agua de lavado del material de partida puede contener impurezas que afectan la calidad y el rendimiento del producto. Este problema se puede evitar mediante un pretratamiento térmico del agua de lavado, añadiendo urea junto con tiourea como catalizador, o añadiendo sulfitos o gas de dióxido de azufre, seguido de ácidos minerales.
El ácido fumárico crudo obtenido se purifica mediante recristalización en agua y tratamiento con carbón activado. Estos procesos de purificación dan como resultado una pérdida de producto de alrededor del 10%.
La producción de ácido fumárico suele ser una operación por lotes, aunque existen procesos continuos. Se recomienda elegir equipos de acero austenítico resistente a la corrosión, especialmente si no se utiliza ácido clorhídrico en el proceso.
La eliminación del licor madre sobrante de la etapa de isomerización presenta un desafío debido a la presencia de impurezas solubles y al catalizador usado. La combustión es una posible solución para este flujo de desechos.
Un método de producción alternativo, empleado en los Estados Unidos, utiliza la fermentación de monosacáridos o almidón con cepas de hongos específicas como Mucor, Aspergillus y Rhizopus.
4. Usos del ácido fumárico
El ácido fumárico es un aditivo alimentario común (E297) que se utiliza como acidulante o agente agriador para mejorar el sabor en productos como bebidas, productos horneados (especialmente pan de centeno y de masa madre) y rellenos. Además, actúa como conservante al extender la vida útil en artículos como las tortillas de trigo.
El ácido fumárico se ha utilizado en medicamentos orales y se está investigando por su posible papel en el tratamiento de la psoriasis.
Se utiliza como intermediario en la producción de diversos productos químicos y en cosméticos (por ejemplo, sales de baño y limpiadores de dentaduras postizas).
El ácido fumárico suele preferirse al ácido maleico para la producción de poliésteres y copolímeros. Durante el proceso de producción de estos productos, la isomerización conduce a una mezcla casi igual de isómeros trans y cis de los ácidos dicarboxílicos, independientemente del material de partida (ácido maleico o fumárico).
Sin embargo, se prefiere el ácido fumárico debido a su perfil de seguridad (naturaleza inocua). En algunos casos, el uso de ácido fumárico puede provocar efectos específicos, como el aumento de la dureza en ciertas resinas.
El ácido fumárico (Fumaril) y el fumarato de hierro (II) se utilizan como aditivos especializados en alimentos para animales.
5. Toxicología del ácido fumárico
El ácido fumárico es un producto natural con un perfil de seguridad favorable (no tóxico) según varios estudios.
Los estudios realizados en animales indican una baja toxicidad aguda. Los valores de LD50 oral en ratas superan los 10 g/kg de peso corporal, y la aplicación dérmica en conejos de hasta 20 g/kg no fue letal.
La administración prolongada de ácido fumárico a dosis de 8 mg/kg de peso corporal por día durante un año en humanos no provocó cambios en la sangre, la orina ni la función hepática.
No se ha observado evidencia de efectos genotóxicos (daño al ADN), carcinogenicidad (causa cáncer) o toxicidad reproductiva en experimentos.
Sin embargo, el ácido fumárico puede actuar como un irritante local. Se clasifica como ligeramente irritante para la piel y moderadamente irritante para los ojos y las membranas mucosas en caso de contacto.
Referencias
- Maleic and Fumaric Acids; ULLMANN’S Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a16_053
- https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Fumaric-Acid
