Itaconsäure
| Strukturformel | |||||||||||||
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| Allgemeines | |||||||||||||
| Name | Itaconsäure | ||||||||||||
| Andere Namen | |||||||||||||
| Summenformel | C5H6O4 | ||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
weißes, brennbares, hygroskopisches, geruchloses Pulver[2] | ||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||
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| Eigenschaften | |||||||||||||
| Molare Masse | 130,10 g·mol−1 | ||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||||||
| Dichte |
1,63 g·cm−3[2] | ||||||||||||
| Schmelzpunkt | |||||||||||||
| Siedepunkt |
Zersetzung ab 268 °C[2] | ||||||||||||
| pKS-Wert |
3,84 und 5,55[3] | ||||||||||||
| Löslichkeit |
mäßig in Wasser (83 g·l−1 bei 20 °C)[2] | ||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||
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| Toxikologische Daten | |||||||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||||||
Itaconsäure (C5H6O4) ist eine organische Dicarbonsäure. Sie entsteht als eines von drei Produkten bei der Destillation von Citronensäure. Itaconsäure ist in Wasser, Ethanol und Aceton löslich.
Eigenschaften
Itaconsäure tritt bei Normaltemperatur im festen Aggregatzustand als ein weißes und fast geruchloses Pulver auf. Die molare Masse beträgt 130,10 g·mol−1 bei einer Dichte von 1,63 g·cm−3. Es ist brennbar und hygroskopisch sowie mäßig in Wasser lösbar (83 g·l−1 bei 20 °C).[2]
Gewinnung und Darstellung
Die technische Produktion von Itaconsäure erfolgt biotechnologisch durch die Submersfermentation von Melasse und anderen Substraten mit Stämmen der Pilze Aspergillus itaconicus oder Aspergillus terreus. Dabei erfolgt theoretisch bei Nutzung einer 15%igen Saccharoselösung eine Umsetzung von 78 % zu Itaconsäure.[5] Die Produktionsmenge auf Zuckerbasis beträgt mehr als 80 g/l.[6]
Der Stoffwechselweg wurde 1931 erstmals für Aspergillus niger (heute Aspergillus itaconicus) und kurz danach auch für Aspergillus terreus nachgewiesen. Die Itaconsäure bildet sich als Nebenprodukt des Citratcyclus bei der Umsetzung von Citronensäure (Citrat) zu Isocitronensäure (Isocitrat) über die cis-Aconitsäure. Die cis-Aconitsäure wird zur Produktion der Itaconsäure decarboxyliert (es wird also CO2 entzogen) anstatt durch die Anlagerung von Wasser zu Isocitronensäure hydratisiert zu werden. Als Enzym für die Umsetzung zu Itaconsäure wird die cis-Aconitsäure-Decarboxylase genutzt. Der Maisbeulenbrand Ustilago maydis nutzt einen alternativen Biosyntheseweg. cis-Aconitsäure wird mit Hilfe der Aconitat-Δ-Isomerase (Adi1) zur thermodynamisch favorisierten trans-Aconitsäure umgewandelt. Die trans-Aconitsäure wird analog zu Aspergillus durch die trans-Aconitate-Decarboxylase (Tad1) zu Itakonsäure decarboxyliert.[7]
Ein weiterer alternativer Biosyntheseweg verläuft von der Brenztraubensäure (Pyruvat) über Citratäpfelsäure, Citraconsäure und Itaweinsäure zur Itaconsäure.[5]
Als Nebenprodukte entstehen Bernsteinsäure und Itaweinsäure, die im technischen Prozess unerwünscht sind. Die Bildung kann durch die Zugabe von Calcium, das die Itaconsäureoxidase hemmt, verhindert werden.[5]
Verwendung
Die Gesamtmenge der weltweiten Produktion von Itaconsäure beläuft sich auf mehr als 80.000 Tonnen pro Jahr bei einem Marktpreis von etwa 2 US$/kg (Stand 2009).[6]
Itaconsäure wird als Comonomer für die Synthese von Polyacrylaten und Gummi verwendet.[4] Weiterhin wird sie bei der Herstellung von Farben und Lacken, als Verdickungsmittel für Fette, für Pharmazeutika, als Herbizid und für biologisch abbaubare Polymere in der Verpackungsindustrie eingesetzt.
Gemeinsam mit weiteren biotechnologisch relevanten Chemikalien wurde Itaconsäure im Jahr 2004 durch das Department of Energy der USA als eine von zwölf Plattformchemikalien mit besonderem biotechnologischen Herstellungspotenzial identifiziert.[8] Nach einer erneuten Bewertung wurde sie 2010 jedoch aufgrund verschiedener Kriterien aus der Liste der Hoffnungsträger gestrichen.[9]
Einzelnachweise
- ↑ Eintrag zu ITACONIC ACID in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 13. November 2021.
- ↑ a b c d e f g h Eintrag zu Propen-2,3-dicarbonsäure in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 9. Januar 2019. (JavaScript erforderlich)
- ↑ T. Willke, K.-D. Vorlop: Biotechnological production of itaconic acid. In: Applied Microbiology and Biotechnology. 56(3), Aug 2001, S. 289–295. doi:10.1007/s002530100685.
- ↑ a b OECD: Datenblatt Butanedioic acid, methylene (englisch).
- ↑ a b c Garabed Antranikian: Angewandte Mikrobiologie. Springer-Verlag, Berlin/ Heidelberg 2006, ISBN 3-540-24083-7, S. 351–352.
- ↑ a b M. Okabe, D. Lies, S. Kanamasa, E. Y. Park: Biotechnological Production of Itaconic Acid and its Biosynthesis from Aspergillus terreus. In: Applied Microbiology and Biotechnology. 84 (4), September 2009, S. 597–606.
- ↑ Elena Geiser, Sandra K Przybilla, Alexandra Friedrich, Wolfgang Buckel, Nick Wierckx, Lars M Blank, Michael Bölker: Ustilago maydis produces itaconic acid via the unusual intermediate trans-aconitate. In: Microbial Biotechnology. Band 9, Nr. 1, 1. Januar 2016, ISSN 1751-7915, S. 116–126, doi:10.1111/1751-7915.12329, PMID 26639528, PMC 4720413 (freier Volltext).
- ↑ T. Werpy, G. Petersen: Top Value Added Chemicals from Biomass. Volume I — Results of Screening for Potential Candidates from Sugars and Synthesis Gas. Produced by the Staff at Pacific Northwest National Laboratory (PNNL); National Renewable Energy Laboratory (NREL), Office of Biomass Program (EERE), 2004 (PDF).
- ↑ Joseph J. Bozell, Gene R. Petersen: Technology development for the production of biobased products from biorefinery carbohydrates - the US Department of Energy's 'Top 10' revisited. In: Green Chemistry. 12, 2010, S. 539–554.
