Wat is amandelzuur?
Amandelzuur, ook bekend als α-hydroxyfenylazijnzuur of fenylglycolzuur, is een aromatisch alfa-hydroxyzuur met de chemische formule C8H8O3. Het is een wit kristallijn poeder met een zwakke zoete geur.
Amandelzuur werd voor het eerst ontdekt in 1831 door de Duitse apotheker Ferdinand Ludwig Winckler. Hij isoleerde het door amygdaline, een verbinding die voorkomt in bittere amandelen, te verhitten met verdund zoutzuur.
Inhoudsopgave
1. Fysieke eigenschappen van amandelzuur
Racemisch (R,S)-amandelzuur is een kleurloze, kristallijne vaste stof die gemakkelijk oplosbaar is in ethanol en di-ethylether, minder oplosbaar in chloroform en onoplosbaar in petroleumether. Alkalische oplossingen lossen amandelzuur op in overeenkomstige zouten.
Racemisch (R,S)-amandelzuur kan worden gescheiden in zijn enantiomeren door reactie met cinchonine in een waterige oplossing, wat resulteert in de neerslag van (S)-(+)-amandelzuur als een zout terwijl (R)-(-)-amandelzuur in oplossing blijft.
Als alternatief leidt het gebruik van S-(+)-aminodiol voor het resolutieproces tot de kristallisatie van (R)-(-)-amandelzuur, waarbij het (S)-(+)-enantiomeer in oplossing blijft.
Tabel 1 vat de fysieke eigenschappen van amandelzuur samen.
| Eigenschap | (R,S)-Amandelzuur | (R)-(-)-Amandelzuur |
|---|---|---|
| CAS-nummer | [611-72-3] | [611-71-2] |
| Chemische formule | C8H8O3 | C8H8O3 |
| Moleculair gewicht | 152,15 g/mol | 152,15 g/mol |
| Smeltpunt | 118-121 °C | 132-135 °C |
| Kookpunt | 321,8 °C | |
| Dichtheid | 1,30 g/cm3 | |
| Breukindex | 1,5204 | |
| Oplosbaarheid in water | 15 g/100 ml | |
| pKa | 3,41 | |
| Vlampunt | 163 °C | |
| Specifieke rotatie (c = 5) | [α]D20 =-154 tot -157° |
2. Chemische reacties van amandelzuur
Amandelzuur wordt bruin wanneer het wordt blootgesteld aan licht. Het reageert met basen om zouten te vormen, zoals natriummandelaat.
Amandelzuur kan gemakkelijk worden veresterd met alcoholen in aanwezigheid van waterstofchloride.
Oxidatie met sterke oxidatiemiddelen zoals kaliumpermanganaat of chroomzuur kan leiden tot de vorming van benzaldehyde of benzoëzuur.
Onder specifieke omstandigheden kan amandelzuur worden gedecarboxyleerd om benzeen te vormen.
Amandelzuur kan typische aromatische substitutiereacties ondergaan, zoals halogenering, alkylering, acylering, nitrering en sulfonering.
3. Productie van amandelzuur
Racemisch (R,S)-mandelzuur wordt geproduceerd door de hydrolyse van mandelonitril met behulp van zoutzuur.
Mandelonitril wordt bereid door de reactie van benzaldehyde en nieuw waterstofcyanide (NaCN + HCl) bij een temperatuur onder de 10 °C. Natriumbisulfiet wordt gebruikt als katalysator. Het resulterende mandelonitril is een olieachtige vloeistof die wordt gescheiden van de waterige fase.
Het verkregen mandelonitril wordt behandeld met geconcentreerd zoutzuur bij kamertemperatuur gedurende ongeveer 12 uur, en vervolgens worden het overtollige water en zoutzuur verdampt. Deze stap resulteert in de vorming van ruw amandelzuur.
Ruw amandelzuur wordt gezuiverd door benzeen- of etherextractie. Het vaste residu dat amandelzuur bevat, wordt meerdere keren geëxtraheerd met hete benzeen of ether, en wordt gekristalliseerd door afkoeling.
De typische opbrengst van zuiver amandelzuur is ongeveer 50-52% op basis van benzaldehyde.
Amandelzuur kan alternatief worden gesynthetiseerd door de alkalische hydrolyse van α,α-dichlooracetofenon. Acetofenon wordt met chloor omgezet in dichlooracetofenon, dat bij 65 °C een alkalische hydrolyse ondergaat met natriumhydroxide, gevolgd door acidolyse met HCl.
(R)-Amandelzuur kan worden geproduceerd door een biosyntheseproces dat styreen, L-fenylalanine, glycerol of glucose als uitgangsmaterialen gebruikt. Door meerdere enzymatische stappen te combineren, kan (R)-amandelzuur efficiënt worden geproduceerd uit deze hernieuwbare grondstoffen.
Bovendien maakt het integreren van L-fenylalaninebiosynthese in het proces de directe omzetting van glucose of glycerol in (R)-amandelzuur binnen één organisme mogelijk. Deze biokatalytische methode biedt een veelbelovend alternatief voor traditionele chemische synthesemethoden, maar is nog in ontwikkeling.
4. Toepassingen van amandelzuur
Amandelzuur wordt meestal gebruikt om zijn esters te produceren, die pijnstillende, antireumatische en spasmolytische middelen zijn. Zo wordt cis-3,5,5-trimethylcyclohexylmandelaat gebruikt als een spasmolytisch middel en vaatverwijder. Amandelzuur tropine ester (homatropine-HBr) wordt in de oogheelkunde gebruikt voor pupilverwijding.
Hexamethylenetetramine mandelate, ook bekend als mandelamine, mandropine, diuramine of hexydaline, wordt gebruikt bij de behandeling van urineweginfecties.
Amandelzuur wordt ook gebruikt in de huidverzorging voor de behandeling van acne, exfoliatie, hyperpigmentatie, anti-veroudering en verbetering van de huidtextuur.
Amandelzuur heeft bacteriostatische eigenschappen en wordt gebruikt bij de behandeling van urineweginfecties. Oraal toegediend als ammonium- of calciumzouten, remt het effectief de groei van gramnegatieve bacteriën en bepaalde grampositieve micro-organismen.
Optimale antimicrobiële activiteit wordt waargenomen onder zure urineomstandigheden (pH lager dan 5,5). Een 1% amandelzuuroplossing wordt gebruikt als spoeloplossing voor het onderhoud van inwonende urinekatheters.
5. Toxicologie van amandelzuur
Acute orale toxiciteitsstudies van amandelzuur bij ratten tonen een LDLo (oraal, rat) van 3000 mg/kg.
Inademing van amandelzuur kan irritatie van de luchtwegen veroorzaken, wat bij langdurige blootstelling mogelijk kan leiden tot astma-achtige symptomen, bronchitis of pneumoconiose. Personen met reeds bestaande luchtwegaandoeningen lopen een verhoogd risico.
Amandelzuur is een ernstige oogirritant.
Huidcontact kan huidontsteking veroorzaken of bestaande dermatitis verergeren. Vermijd contact met open wonden.
Herhaalde of langdurige blootstelling kan leiden tot nierschade en cumulatieve gezondheidseffecten.
Referenties
- Hydroxycarboxylic Acids, Aromatic; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a13_519
- Method for synthesizing mandelic acid. – https://patents.google.com/patent/CN112321410A/en
- https://bioresourcesbioprocessing.springeropen.com/articles/10.1186/s40643-021-00374-6
- https://www.orgsyn.org/demo.aspx?prep=CV1P0336
- https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ra/c6ra25562k
- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1075628002290072
- https://patents.google.com/patent/DE2936416A1/en
- https://www.lgcstandards.com/DE/en/Resources/Articles/Pharma_roots_mandelic_acid
- https://datasheets.scbt.com/sc-205481.pdf
