Пропионска киселина

Пропионската киселина (името е изведено од грчките зборови ''protos'', што значи "прво", и ''pion'', што значи "маснотија") е карбоксилна киселина со хемиска формула C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>COOH. Таа е течност со ужегнат и непријатен мирис, кој подсетува на мирис на пот. Нејзиниот анјон CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>CO<sub>2</sub><sup>-</sup>, како и нејзините соли и естри, се познати како пропионати (или пропаноати).
1 Историја
Пропионската киселина за првпат била опишана во 1844 година, од страна на Јохан Готлиб, кој ја открил меѓу производите на деградацијата на шеќерот. Во текот на следните неколку години, уште неколку хемичари успеале да ја добијат пропионската киселина на разни други начини, без да се свесни дека всушност ја добиле истата супстанца. Во 1847 година, францускиот хемичар Жан-Батист Думас утврдил дека сите тие киселини се исто соединение, кое го нарекол пропионска киселина, од грчките зборови πρῶτος (''prōtos''), што значи прво, и πίων (''piōn''), што значи маснотија, бидејќи е најмалата H(CH<sub>2</sub>)<sub>n</sub>COOH киселина, која има својства на масна киселина.
2 Својства
Физичките својства на пропионската киселина се измеѓу физичките својства на помалите карбоксилни киселини, како мравјата и оцетната киселина, и поголемите масни киселини. Се меша со вода, но може да се отстрани од водата со додавање на сол. Слично на оцетната и мравјата киселина, пропионската киселина се состои од парови на молекули поврзани со водородни врски, како во течна така и во гасовита агрегатна состојба.
Пропионската киселина ги покажува општите својства на карбоксилни киселини: може да формира амиди, естри, анхидриди и хлоридни деривати. Може да биде подложена на алфа халогенирање со бром, во присуство на PBr<sub>3</sub> како катализатор, (Хел-Волхард-Зелински халогенација) за да се формира CH<sub>3</sub>CHBrCOOH.
3 Добивање
Во индустријата, пропионската киселина главно се добива со хидрокарбоксилација на етилен, со користење на никел карбонил како катализатор:: H<sub>2</sub>C=CH<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O + CО → CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>CО<sub>2</sub>H
Се добива и со аеробна оксидација на пропионалдехид. Во присуство на кобалтни или манганови јони, оваа реакција брзо се одвива на умерени температури, меѓу 40-50 °C:
: CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>CHO + O<sub>2</sub> → CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>COOH.
Големи количини на пропионска киселина некогаш биле добивани како нуспроизвод во производство на оцетна киселина. Во моментов, најголем производител на пропионска киселина во светот е BASF, со околу 150 kt/a производствен капацитет.
Во биолошките системи, пропионската киселина се јавува во форма на нејзиниот естер со коензим А, наречен пропионил-КоА, кој се добива при катаболизмот на масните киселини со непарен број на јаглеродни атоми, како и при катаболизам на некои аминокиселини. Бактериите од родот ''Propionibacterium'' произведуваат пропионска киселина како краен производ на нивниот анаеробен метаболизам. Оваа класа на бактерии најчесто се наоѓа во дигестивниот систем на преживарите и во потните жлезди на луѓето, а нивната активност е делумно одговорна за мирисот на швајцарското сирење и на потта.
Исто така, таа се биосинтетизира во дебелото црево кај луѓето, при бактериска ферментација на прехранбени влакна.
4 Употреба во индустријата
Пропионската киселина го инхибира растот на мувлата и некои бактерии на нивоа помеѓу 0,1 и 1% по тежина. Поради тоа, најголема количина од произведената пропионска киселина се употребува како конзерванс за добиточна храна и храна за луѓе. Во добиточната храна се користи директно или во форма на амониумова сол. Антибиотикот Monensin се додава во добиточната храна за да ги фаворизира пропионските бактерии наместо млечно-киселинските бактерии во руменот, при што се произведува помалку јаглерод диоксид, а искористливоста на добиточната храна е подобра. За оваа употреба се користи околу половина од светското производство на пропионска киселина. Друга голема примена наоѓа како конзерванс во пекарската индустрија, каде се користат нејзините натриумови и калциумови соли. Како додаток на храна, таа е одобрена за употреба во ЕУ, САД, Австралија и Нов Зеланд. Таа е наведена според нејзиниот INS број (280) или Е-број E280.
Пропионската киселина, исто така, се користи како меѓупроизвод во производството на други хемикалии, особено полимери. Целулоза-ацетат-пропионат е корисен термопластичен производ, како и винил пропионатот. Исто така се користи во производството на пестициди и лекови. Естрите на пропионска киселина имаат мирис на овошје и понекогаш се користат како растворувачи или вештачки ароми.
Во постројките за биогас, пропионската киселина е чест меѓупроизвод, а се формира при ферментација со пропионбактерии. За нејзина деградација во анаеробни услови, (на пример, постројки за биогас) потребна е активноста на сложени микробиолошки заедници.
5 Улога во живиот свет
Метаболизмот на пропионската киселина започнува со нејзино претворање во пропионил коензим А (пропионил-КоА), што е прв чекор во метаболизмот на сите карбоксилни киселини. Бидејќи пропионската киселина има три јаглеродни атоми, пропионил-КоA не може директно да влезе во бета-оксидација или во циклусот на лимонска киселина. Кај повеќето ’рбетници, пропионил-КоA се карбоксилира во D-метилмалонил-КоA, кој се изомеризира во L-метилмалонил-КоA. Ензим кој користи витамин Б12 како кофактор го катализира преуредувањето на L-метилмалонил-КоA во сукцинил-КоA, кој е интермедиер во циклусот на лимонска киселина.
Кај пропионската ацидемија, која е ретко, наследно, генетско заболување, пропионатот делува како метаболен токсин во клетките на црниот дроб, со акумулирање во митохондриите во форма на пропионил-КоА и неговиот дериват, метилцитрат, кои се инхибитори на Кребсовиот циклус. Оксидативниот метаболизам на пропионатот се одвива во глија клетките, што укажува на астроцитна вулнерабилност кај пропионската ацидемија, кога интрамитохондријалниот пропионил-КоA се акумулира. Пропионската ацидемија може да ја смени генската експресија кај невроните и глија клетките, влијаејќи на ацетилацијата на хистоните. Кога пропионската киселина се инфузира директно во мозокот на глодачите, таа предизвикува реверзибилно однесување (на пример, хиперактивност, дистонија, социјално нарушување и персеверација) и промени во мозокот (на пример, вродена невроинфламација, осиромашување на глутатион) што може да се користи како начин за имитација на аутизам кај стаорци.
Како молекула со три јаглеродни атоми, пропионската киселина може да се искористи во хепаталната гликонеогенеза (т.е. синтеза на гликоза од не-јаглехидратни соединенија во црниот дроб).
5.1 Присуство во човековиот организам
Човечката кожа е домаќин на неколку видови бактерии познати како ''Propionibacteria'', кои се именувани според нивната способност да произведуваат пропионска киселина. Најзначаен е ''Propionibacterium acnes'', кој живее главно во лојните жлезди на кожата, и е еден од причинителите за појава на акни.
6 Наводи