Wat is pyrodruivenzuur?
Pyrodruivenzuur, ook bekend als 2-oxopropaanzuur, pyroracemisch zuur of α-ketopropionzuur, is een belangrijk α-oxocarbonzuur met de formule C3H4O3. Het is een kleurloze vloeistof met een geur die lijkt op die van azijnzuur en die een belangrijke rol speelt in het energiemetabolisme van levende organismen.
Pyrodruivenzuur wordt gesynthetiseerd uit glycogeen in spierweefsel tijdens periodes van inspanning en vervolgens gereduceerd tot melkzuur. Het levermetabolisme van pyrodruivenzuur tot alanine vindt plaats via reductieve aminering.
De eerste ontdekking en beschrijving van pyrodruivenzuur wordt toegeschreven aan Berzelius in 1835.
Inhoudsopgave
1. Fysieke eigenschappen van pyrodruivenzuur
Pyrodruivenzuur is een kleurloze vloeistof met een geur als zure azijn. Het is mengbaar met water, ethanol en ether en bestaat alleen in de ketovorm; de enolvorm is niet gedetecteerd.
De belangrijkste fysieke eigenschappen van pyrodruivenzuur worden samengevat in de volgende tabel.
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| CAS-nummer | [127-17-3] |
| Chemische formule | H3C-CO-COOH |
| Moleculair gewicht | 88,06 g/mol |
| Smeltpunt | 13,6 °C |
| Kookpunt | bij 101,31 kPa: 165 °C (ontleding) bij 1,33 kPa: 57,9 °C bij 0,13 kPa: 21,4 °C |
| Dichtheid (20 °C) | 1,268 g/cm3 |
| Breukindex (25 °C) | 1,4259 |
| pKa | 2,45 (bij 25 °C) |
| Dampspanning | 1,29 mmHg |
| Flits punt | 91 °C |
| Ontstekingstemperatuur | 305 °C |
2. Chemische reacties van pyrodruivenzuur
Pyrodruivenzuur reageert als zowel carbonzuur als keton om derivaten te vormen zoals oximen, hydrazonen en zouten.
Onder zure omstandigheden of bij stilstand wordt pyrodruivenzuur omgezet in 4,5-dioxo-2-methyltetrahydrofuran-2-carbonzuur (1).
Waterige pyrodruivenzuuroplossingen polymeriseren tot producten met een hoger moleculair gewicht via ketoglutaarzuur (2) en de trimere aldolproducten.
Net als andere 2-oxozuren verwijdert pyrodruivenzuur koolmonoxide wanneer het wordt behandeld met geconcentreerd zwavelzuur.
Oxidatie van pyrodruivenzuur levert azijnzuur of oxaalzuur en kooldioxide op, afhankelijk van de reactieomstandigheden.
Reductie van pyrodruivenzuur produceert melkzuur.
Transaminatiereacties tussen pyrodruivenzuur en α-aminozuren produceren alanine en de corresponderende aldehyden met één koolstofatoom minder. Alanine kan ook worden gesynthetiseerd door reductieve aminering van pyrodruivenzuur.
De Bischler-Napieralski-reactie van fenylethylamine met pyrodruivenzuur levert het overeenkomstige tetrahydroisochinoline op (3).
Pyrodruivenzuur reageert met o-fenyleendiamines om quinoxalinols te vormen en met 4,5-diaminopyrimidines om hydroxypteridines te produceren.
De reactie van aldehydes met pyrodruivenzuur levert α-keto-γ-hydroxyzuren op, die vervolgens cycliseren tot butyrolactonderivaten (4).
Diarylpropionzuren worden geproduceerd door de Friedel-Crafts-type reacties van pyrodruivenzuur en aromatische verbindingen. Deze verbindingen worden gebruikt als tussenproducten in de synthese van 1,1-diaryletheen door dehydratie en decarbonylering.
3. Industriële productie van pyrodruivenzuur
Industrieel wordt pyrodruivenzuur geproduceerd door dehydratie en decarboxylering van wijnsteenzuur.
In dit proces wordt pyrodruivenzuur gedestilleerd uit een mengsel van wijnsteenzuur en kalium- en natriumwaterstofsulfaten bij 220 °C. Het verkregen ruwe zuur in een opbrengst van ongeveer 60% ondergaat vervolgens vacuümdestillatie voor zuivering. Ethyleenglycoltoevoeging kan de reactietemperatuur verlagen tot 160 °C.
Alternatieve productiemethoden omvatten de gasfase-oxidatie van melkzuur, hoewel dit proces geen industrieel succes heeft gehad.
Daarentegen biedt het microbiële oxidatieproces van D-melkzuur een hoge opbrengst. Daarnaast kan pyrodruivenzuur worden geproduceerd door de microbiële oxidatie van propyleenglycol of de hydrolyse van 2,2-dihalopropionzuren. Een andere synthetische methode is de halogeenoxidatie van methylglyoxal.
4. Toepassingen van pyrodruivenzuur
Pyrodruivenzuur wordt voornamelijk gebruikt als tussenproduct bij de synthese van farmaceutische producten zoals antimicrobiële, ontstekingsremmende en cardiovasculaire geneesmiddelen.
Het wordt ook gebruikt bij de productie van cosmetica vanwege de exfoliërende en huidvernieuwende eigenschappen. Het wordt vaak gebruikt in chemische peelings.
Pyrodruivenzuur wordt in de voedingsindustrie gebruikt als smaakstof. Het wordt vaak gebruikt bij de productie van kaas, yoghurt en andere zuivelproducten. Het draagt bij aan de kleur en smaak van brood en gebak en verbetert de smaak van bewerkt vlees.
Naast de smaakversterkende eigenschappen fungeert pyrodruivenzuur ook als conserveermiddel in sommige voedingsproducten vanwege de antimicrobiële activiteit.
Andere toepassingen van pyrodruivenzuur zijn de productie van gewasbeschermingsmiddelen en polymeren.
5. Toxicologie van pyrodruivenzuur
Pyrodruivenzuur is corrosief en irriteert de ogen, huid en luchtwegen.
Acute toxiciteit
- Inslikken: ernstige brandwonden aan de mond en keel, met een risico op perforatie van de slokdarm en de maag.
- Inademing: corrosief voor de luchtwegen.
- Huidcontact veroorzaakt ernstige brandwonden.
- Oogcontact veroorzaakt ernstige oogschade.
Andere toxicologische effecten
- Er zijn geen gegevens beschikbaar over huidirritatie of sensibilisatie.
- De Ames-test voor mutageniteit was negatief.
- IARC, NTP en OSHA classificeren pyrodruivenzuur niet als een carcinogeen.
- Gegevens over reproductietoxiciteit zijn niet beschikbaar.
- Er is geen informatie over specifieke doelorgaantoxiciteit of aspiratie. gevaren.
Referenties
- Oxocarboxylic Acids; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/14356007.a18_313
- https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/bischler-napieralski-reaction
- https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Pyruvic-Acid
- https://www.sigmaaldrich.com/US/en/sds/Aldrich/W297003
- https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cber.19380711024
