Kyselina propiónová

Kyselina propiónová (systematický názov kyselina propánová) je prirodzene sa vyskytujúca karboxylová kyselina s chemickým vzorcom CH3CH2COOH. V čistom stave ide o bezfarebnú kvapalinu s dráždivým zápachom. Anión CH3CH2COO- a príslušné soli a estery kyseliny propiónovej sú známe ako propionát (alebo propanoáty).
História.
Kyselinu propionovú prvýkrát opísal Johann Gottlieb v roku 1844, kedy ju objavil v degradačných produktoch cukru. V ďalších rokoch získavajú iní chemici túto kyselinu rôznymi ďalšími cestami, bez toho aby si niektorý z nich uvedomil, že produkuje túto látku. V roku 1847 preukázal francúzsky chemik Jean-Baptiste Dumas, že všetky tieto kyseliny boli tou istou zlúčeninou, ktorú nazval kyselinou propiónovou podľa gréckych slov "protos" = "prvý" a "pión" = "tuk", pretože to bola kyselina s najmenšou molekulou H(CH2)"n"COOH, ktorá vykazovala vlastnosti mastných kyselín, napríklad tvorbu olejovité vrstvy pri vysolování z vody, alebo že má mydlovú draselnú soľ.
Vlastnosti.
Kyselina propiónová má fyzikálne vlastnosti na pomedzí medzi nižšími karboxylovými kyselinami, kyselinou mravčou a octovú, a vyššími (mastnými kyselinami). Je miešateľná s vodou, ale možno ju odstrániť z vody pridaním soli. Rovnako ako kyselina octová alebo mravčia pozostáva z vodíkovo viazaných párov molekúl, ako vo fáze kvapalnej, tak plynnej.
Kyselina propiónová vykazuje všeobecné vlastnosti karboxylových kyselín: môže tvoriť amidy, estery, anhydridy a chloridové deriváty. Môže podliehať alfa-halogenácii brómom za prítomnosti bromidu fosforitého ako katalyzátora v Hell-Volhard-Zelinského reakcii, kedy vzniká kyselina 2-brómpropánová (CH3CHBrCOOH).
Výroba.
Priemyselne sa kyselina propiónová vyrába hydrokarboxyláciou etylénu pomocou tetrakarbonylu niklu ako katalyzátora:
Iným používaným spôsobom je vzdušná oxidácia propanalu. Za prítomnosti kobaltu alebo mangánu táto reakcia prebieha rýchlo už pri teplotách 40-50 °C:
Veľké množstvá kyseliny propiónovej sa získava ako vedľajší produkt pri výrobe kyseliny octovej. Aktuálne je najväčším svetovým výrobcom kyseliny propiónovej firma BASF s 80 tisíckami ton ročne.
Biologicky vzniká kyselina propiónová v podobe koenzýmu A esteru, propionyl-CoA, metabolickým štiepením mastných kyselín obsahujúcich párny počet uhlíkových atómov a tiež štiepením niektorých aminokyselín. Baktérie rodu "Propionibacterium" produkujú kyselinu propiónovú ako konečný produkt svojho anaeróbneho metabolizmu. Táto skupina baktérií sa bežne vyskytuje v žalúdku prežúvavcov a v potných žľazách človeka (baktérie "Propionibacterium acnes"), ich aktivita je čiastočne zodpovedná za pach potu a švajčiarskeho syra.
Použitie.
Kyselina propiónová v koncentrácii 0,1 až 1% (hmotnostne) inhibuje rast plesní a niektorých baktérií. Preto sa väčšina tejto kyseliny spotrebuje ako konzervant potravín a krmiva. V krmivu sa používa priamo alebo ako amónna soľ. Do krmiva pre hovädzí dobytok sa pridáva antibiotikum monenzín, aby sa v bachore podporili baktérie "Propionibacterium" oproti baktériám octového kvasenia. Tým vzniká menej oxidu uhličitého a krmivo sa lepšie využije. Takto vznikne zhruba polovica celkovej svetovej produkcie kyseliny propiónovej. Ďalšou veľkou oblasťou použitia je konzervácia pečiva, kedy sa používa sodná alebo vápenatá soľ.
Kyselina propiónová a jej soli (E 280 až E 283) u pokusných myší viedli k priberaniu na váhe ku vzniku inzulínovej rezistencie.
Kyselina propiónová je užitočná tiež ako medziprodukt pre výrobu ďalších chemikálií, najmä polymérov. Propionát acetátu celulózy je užitočný termoplast. Používa sa tiež vinylpropionát. Zo špecializovanejších aplikácií možno spomenúť výrobu pesticídov a liečiv. Estery kyseliny propiónovej majú ovocnú vôňu a niekedy sa používajú ako rozpúšťadlá alebo umelé príchute.
Metabolizmus.
Metabolizmus kyseliny propiónovej začína konverziou na propionylkoenzym A (propionyl-CoA), obvyklý prvý krok metabolizmu karboxylových kyselín. Pretože v molekule kyseliny propiónovej sú tri atómy uhlíka, propionyl-CoA nemôže priamo vstúpiť do beta-oxidácie ani do Krebsovho cyklu. U väčšiny stavovcov sa propionyl-CoA karboxyluje na D-metylmalonyl-CoA, ktorý je izomérom L-metylmalonylu-CoA. Enzým závislý na vitamínu B12 katalyzuje prešmyk L-methylmalonyl-CoA na Sukcinylkoenzým A, ktorý je medziproduktom v citrátovom (Krebsovom) cykle a môže do neho teda ľahko vstúpiť.
Pri propiónovej acidémii vystupuje kyselina propiónová ako metabolický toxín v pečeňových bunkách tým, že sa akumuluje v mitochondriách ako propionyl-CoA alebo jeho derivát metylcitrát, dva inhibítory cyklu trikarboxylových kyselín. Propionát sa metabolizuje oxidačne v gliach, čo naznačuje astrocytovú zraniteľnosť pri propiónovej acidémii, pokiaľ sa môže akumulovať vnútromitochondriálny propionyl-CoA. Propiónová acidémia môže meniť ako neurónalnú, tiež gliálnu expresiu génov ovplyvnením acetalizácie histónov. U hlodavcov kyselina propiónová spôsobuje reverzibilné správanie pripomínajúce autizmus, napr. Hyperaktivitu a dystóniu.
Výskyt u človeka.
Ľudská koža je hostiteľom druhu baktérií známeho ako "Propionibacterium acnes", nesúceho názov podľa schopnosti produkovať kyselinu propiónovú. Táto baktéria žije hlavne v kožných mazových žľazách a je jednou z hlavných príčin vzniku akné.