İTACONİC ACİD (Acide itaconique)
İtaconic acid
CAS NO:97-65-4
synonyms:
Itaconic acid; itakonik asit; İtakonik asit; ITAKONIK AİT; İTAKONİK ASİT; İTAKONİK ASİD; İTAKONİK; İTACONIC ACID; İTAKONİK ASİT; İTAKONİK; İTAKONAT; itakonik asit; ITACONIC ACIDE; İTAKONİK ASİDE; İTAKONİK ASİT; itakonik asit; itaconic aid; ıtaconıc acıd; itaconic acid; iitaconate; itaconic acid; ıtaconıc; itaconic; 2-Methylenesuccinic acid; itaconate; Itaconic acid polymers; İTAKONİK ASİT; Propylenedicarboxylate; methylene-butanedioicaci; ACMC-1CFCS; Itaconic acid, >=99%;itakonik asit;MolPort-001-779-972;Itaconic acid, analytical standard;ZINC895261;KS-00000W8Q;NSC-3357;Tox21_201299;Tox21_303071;ANW-40876;BBL011584;BDBM50036216;LMFA01170063;MFCD00004260;STL163322;50976-31-3 (hydrochloride salt);AKOS000118895;5363-69-9 (di-hydrochloride salt);MCULE-5221256796;NE10303;İTAKONİK ASİT; RP19897; İTAKONİK ASİT; RP19898; İTAKONİK ASİT; RTX-012445; İTAKONİK ASİT; TRA0065458; İTAKONİK ASİT; Butanedioic acid,ethylidene-,(E)-(9ci);İTAKONİK ASİT; İTAKONİK ASİT; NCGC00249019-01; İTAKONİK ASİT; NCGC00257141-01; İTAKONİK ASİT; NCGC00258851-01; İTAKONİK ASİT; AJ-24165;İTAKONİK ASİT; AN-24459;AS-11816;KB-53018;LS-45750;AB1003031;LS-180669;Succinic acid, methylene-, polymers (8CI);FT-0627543;M0223;ST24040898;C00490;74477-EP2269983A1; itakonik asit; 74477-EP2269984A1; itakonik asit; 74477-EP2308857A1;S04-0117;I14-42909;Z57127539;F2191-0234;2-METHYLENE,1,4-BUTANEDIOIC ACID (ITACONIC ACID)1; 53EEC7A3-4846-4588-BBC9-CB8846377B96; InChI=1/C5H6O4/c1-3(5(8)9)2-4(6)7/h1-2H2,(H,6,7)(H,8,9; ITN; itakonik asit; Itakonik asit; Itaconic acid; 97-65-4; Itaconic acid; itakonik asit; ITAKONIK AİT; İTAKONİK ASİT; İTAKONİK ASİD; İTAKONİK; İTACONIC ACID; İTAKONİK ASİT; İTAKONİK; İTAKONAT; ITACONIC ACIDE; İTAKONİK ASİDE; İTAKONİK ASİT; itakonik asit; itaconic aid; ıtaconıc acıd; itaconic acid; iitaconate; itaconic acid; ıtaconıc; itaconic; 2-Methylenesuccinic acid; itaconate; Itaconic acid polymers; Itaconic acid; itakonik asit; ITAKONIK AİT; İTAKONİK ASİT; İTAKONİK ASİD; İTAKONİK; İTACONIC ACID; İTAKONİK ASİT; İTAKONİK; İTAKONAT; ITACONIC ACIDE; İTAKONİK ASİDE; İTAKONİK ASİT; itakonik asit; itaconic aid; ıtaconıc acıd; itaconic acid; iitaconate; itaconic acid; ıtaconıc; itaconic; 2-Methylenesuccinic acid; itaconate; Itaconic acid polymers; İTAKONİK ASİT; itakonik asit; Propylenedicarboxylate; itakonik asit; itakonik asit; methylene-butanedioicaci; itakonik asit; ACMC-1CFCS; itakonik asit; Itaconic acid; İTAKONİK ASİT; Propylenedicarboxylate; İTAKONİK ASİT; methylene-butanedioicaci; ACMC-1CFCS; Itaconic acid,2-Methylenesuccinic acid; METHYLENESUCCINIC ACID ; Propylenedicarboxylic acid; Methylenebutanedioic acid; itaconate; Butanedioic acid, methylene-; Itaconic acid; itakonik asit; ITAKONIK AİT; İTAKONİK ASİT; İTAKONİK ASİD; İTAKONİK; İTACONIC ACID; İTAKONİK ASİT; İTAKONİK; İTAKONAT; ITACONIC ACIDE; İTAKONİK ASİDE; İTAKONİK ASİT; itakonik asit; itaconic aid; ıtaconıc acıd; itaconic acid; iitaconate; itaconic acid; ıtaconıc; itaconic; 2-Methylenesuccinic acid; itaconate; Itaconic acid polymers; İTAKONİK ASİT; Propylenedicarboxylate; methylene-butanedioicaci; ACMC-1CFCS; Itaconic acid, >=99%; İTAKONİK ASİT; itakonik asit;MolPort-001-779-972;Itaconic acid, analytical standard;ZINC895261;KS-00000W8Q;NSC-3357;Tox21_201299;Tox21_303071;ANW-40876;BBL011584;BDBM50036216; İTAKONİK ASİT; LMFA01170063; İTAKONİK ASİT; MFCD00004260; İTAKONİK ASİT; STL163322;50976-31-3 (hydrochloride salt);AKOS000118895; itakonik asit; 5363-69-9 (di-hydrochloride salt); İTAKONİK ASİT; itakonik asit; MCULE-5221256796;NE10303;RP19897;RP19898;RTX-012445;TRA0065458;Butanedioic acid,ethylidene-,(E)-(9ci);NCGC00249019-01;NCGC00257141-01;NCGC00258851-01;AJ-24165;AN-24459;AS-11816;KB-53018;LS-45750;AB1003031;LS-180669;Succinic acid, methylene-, polymers (8CI);FT-0627543;M0223;ST24040898;C00490;74477-EP2269983A1;74477-EP2269984A1;74477-EP2308857A1;S04-0117;I14-42909;Z57127539;F2191-0234;2-METHYLENE,1,4-BUTANEDIOIC ACID (ITACONIC ACID)1; 53EEC7A3-4846-4588-BBC9-CB8846377B96; InChI=1/C5H6O4/c1-3(5(8)9)2-4(6)7/h1-2H2,(H,6,7)(H,8,9; ITN; itakonik asit; Itakonik asit; Itaconic acid; 97-65-4; Itaconic acid; itakonik asit; ITAKONIK AİT; İTAKONİK ASİT; İTAKONİK ASİD; İTAKONİK; İTACONIC ACID; İTAKONİK ASİT; İTAKONİK; İTAKONAT; ITACONIC ACIDE; İTAKONİK ASİDE; İTAKONİK ASİT; itakonik asit; itaconic aid; ıtaconıc acıd; itaconic acid; iitaconate; itaconic acid; ıtaconıc; itaconic; 2-Methylenesuccinic acid; itaconate; Itaconic acid polymers; İTAKONİK ASİT; Itaconic acid; itakonik asit; ITAKONIK AİT; İTAKONİK ASİT; İTAKONİK ASİD; İTAKONİK; İTACONIC ACID; İTAKONİK ASİT; İTAKONİK; İTAKONAT; ITACONIC ACIDE; İTAKONİK ASİDE; İTAKONİK ASİT; itakonik asit; itaconic aid; ıtaconıc acıd; itaconic acid; iitaconate; itaconic acid; ıtaconıc; itaconic; 2-Methylenesuccinic acid; itaconate; Itaconic acid polymers; İTAKONİK ASİT; Propylenedicarboxylate; methylene-butanedioicaci; ACMC-1CFCS; Itaconic acid; İTAKONİK ASİT; Propylenedicarboxylate; methylene-butanedioicaci; ACMC-1CFCS; Itaconic acid,2-Methylenesuccinic acid; METHYLENESUCCINIC ACID ; Propylenedicarboxylic acid; Methylenebutanedioic acid; itaconate; Butanedioic acid, methylene-;Itaconic acid;2-Methylenesuccinic acid; itaconate; Itaconic acid polymers; İTAKONİK ASİT; Propylenedicarboxylate; methylene-butanedioicaci; ACMC-1CFCS; Itaconic acid, >=99%; itakonik asit; MolPort-001-779-972;Itaconic acid, analytical standard;ZINC895261;KS-00000W8Q; NSC-3357; Tox21_201299; Tox21_303071; ANW-40876; BBL011584; DBM50036216; LMFA01170063; MFCD00004260; STL163322; 50976-31-3 (hydrochloride salt);AKOS000118895;5363-69-9 (di-hydrochloride salt);MCULE-5221256796;NE10303;RP19897;RP19898;RTX-012445;TRA0065458;Butanedioic acid,ethylidene-,(E)-(9ci);NCGC00249019-01;NCGC00257141-01;NCGC00258851-01;AJ-24165;AN-24459;AS-11816;KB-53018;LS-45750;AB1003031;LS-180669;Succinic acid, methylene-, polymers (8CI);FT-0627543;M0223;ST24040898;C00490;74477-EP2269983A1;74477-EP2269984A1;74477-EP2308857A1;S04-0117;I14-42909;Z57127539;F2191-0234;2-METHYLENE,1,4-BUTANEDIOIC ACID (ITACONIC ACID)1;53EEC7A3-4846-4588-BBC9-CB8846377B96;InChI=1/C5H6O4/c1-3(5(8)9)2-4(6)7/h1-2H2,(H,6,7)(H,8,9;ITN; itaconic acid ; İTACONİC ACİD; itaconic acid ; itaconic acid ; ıtaconıc acıd; Itaconıc Acıd; İtakonik Asit; İTAKONİK ASİT; İtakonik asit; ITACONIC ACIT; İTACONİC ACİT; itaconic acit; itaconic acit; ıtaconıc acıt; Itaconıc Acıt; İtakonik Asid; İTAKONİK ASİD; itakonik asid; İtakonic Acid; itakonic acid; İTAKONİC ACİD; İtakonik Asit; İtakonik Acid
Acide itaconique
Acide itaconique
Image illustrative de l'article Acide itaconique
Image illustrative de l'article Acide itaconique
Identification
Nom UICPA acide 2-méthylènebutanedioïque
Synonymes
acide 2-méthylidènesuccinique, acide 1-propène-2-3-dicarboxylique
No CAS 97-65-4
No ECHA 100.002.364
PubChem 811329770255
SMILES
[Afficher]
InChI
[Afficher]
Apparence poudre blanche inodore1
Propriétés chimiques
Formule brute C5H6O4 [Isomères]
Masse molaire4 130,0987 ± 0,0056 g/mol
C 46,16 %, H 4,65 %, O 49,19 %,
pKa 3,84 à 25 °C
5,55 à 25 °C2,3
Propriétés physiques
T° fusion 162 à 167 °C1
T° ébullition 268 °C (décomposition)1
Solubilité 83 g·L-1 (eau, 20 °C)1
76,8 g·L-1 (acétone, 20 °C)5
Masse volumique 1,632 g·cm-31,6
Précautions
SGH7
SGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
H315, H319, H335, P261, P305+P351+P338,
[+]
NFPA 7047
Symbole NFPA 704
020
Écotoxicologie
LogP -0,3408
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
modifier Consultez la documentation du modèle
L'acide itaconique ou acide méthylènesuccinique est un composé organique de la famille des acides dicarboxyliques, de formule C5H6O4. Historiquement, l'acide itaconique a été obtenu par distillation de l'acide citrique, mais il est de nos jours produit par fermentation. Son nom a été créé comme une anagramme de l'acide aconitique, un autre dérivé de l'acide citrique.
Propriétés
L'acide itaconique se présente sous la forme d'un solide blanc, généralement en poudre, inodore et hygroscopique. Il est combustible mais faiblement inflammable1. Il est soluble dans l'eau, l'éthanol et l'acétone.
Production
Industrielle
Depuis les années 1960, l'acide itaconique est produit industriellement par la fermentation de sources de glucides tels que le glucose ou la mélasse en utilisant des champignons du type Aspergillus itaconicus ou Aspergillus terreus9.
Pour A. terreus la voie métabolique de l'itaconate est à peu près connue. Il est communément accepté qu'elle se déroule via glycolyse, cycle de l'acide tricarboxylique et décarboxylation du cis-aconitate en itaconate par l'action de la cis-aconitate-décarboxylase10.
Le champignon de charbon Ustilago maydis passe par une autre voie. Le cis-aconitate est converti en trans-aconitate par l'action de l'aconitate-Δ-isomérase (Adi1)11. Le trans-aconitate est ensuite décarboxylé en itaconate par la trans-aconitate-décarboxylase (Tad1)11.
L'acide itaconique peut aussi être produit dans les cellules de la lignée des macrophages ; ils ont alors une activité in vitro contre les bactéries exprimant l'enzyme isocitrate lyase telle que Salmonella enterica et Mycobacterium tuberculosis12. Cependant, ces cellules y payent alors le prix en étant plus capable d'effectuer la phosphorylation au niveau du substrat mitochondrial13.
Enfin, il est également possible de biosynthétiser l'acide itaconique à partir de l'acide pyruvique (pyruvate) via l'acide citrique, l'acide citraconique et l'acide itatartarique14. La réaction produit aussi de l'acide succinique et de l'acide itatartarique, indésirables. Leur formation peut être prévenue par l'ajout de calcium qui inhibe l'action de l'acide itaconique oxydase14.
En laboratoire
La distillation sèche de l'acide citrique produit de l'anhydride itaconique, qui après hydrolyse est converti en acide itaconique15. Sous l'effet de la chaleur, l'anhydride itaconique s'isomérise en anhydride citraconique qui peut ensuite être hydrolysé en acide citraconique (acide 2-méthylmaléïcque)16.
Étapes de la conversion de l'acide citrique en acide citraconique via les acides itaconique et aconitique.
Applications
L'acide itaconique sert principalement de co-monomère dans la production de l'acrylonitrile butadiène styrène et des latex acryliques. Il est aussi utilisé dans la production de peintures et revêtements, comme épaississant, dans l'industrie pharmaceutique, comme herbicide et dans la production de polymères biodégradables dans l'industrie de l'emballage.
İtaconic Acid
itaconic acid
Skeletal formula
Ball-and-stick model
Names
Preferred IUPAC name
2-Methylidenebutanedioic acid
Other names
2-Methylenesuccinic acid
Methylenesuccinic acid[1]
1-Propene-2-3-dicarboxylic acid
Identifiers
CAS Number
97-65-4 ☑
3D model (JSmol)
Interactive image
ChEBI
CHEBI:30838 ☑
ChEMBL
ChEMBL359159 ☑
ChemSpider
789 ☑
ECHA InfoCard 100.002.364
KEGG
C00490 ☑
PubChem CID
811
CompTox Dashboard (EPA)
DTXSID2026608 Edit this at Wikidata
InChI[show]
SMILES[show]
Properties
Chemical formula
C5H6O4
Molar mass 130.099 g·mol-1
Appearance White solid
Density 1.63 g/cm3[1]
Melting point 162 to 164 °C (324 to 327 °F; 435 to 437 K) (decomposes)[1]
Solubility in water
1 g/12 mL[1]
Solubility in ethanol 1 g/5 mL[1]
Magnetic susceptibility (χ)
-57.57·10-6 cm3/mol
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
☑ verify (what is ☑☒ ?)
Infobox references
itaconic acid , or methylidenesuccinic acid, is an organic compound. This dicarboxylic acid is a white solid that is soluble in water, ethanol, and acetone. Historically, itaconic acid was obtained by the distillation of citric acid, but currently it is produced by fermentation. The name itaconic acid was devised as an anagram of aconitic acid, another derivative of citric acid.
Production
Since the 1960s, İtaconic acid is produced industrially by the fermentation of carbohydrates such as glucose or molasses using fungi such as Aspergillus itaconicus or Aspergillus terreus.[2]
For A. terreus the itaconate pathway is mostly elucidated. The generally accepted route for itaconate is vitaconic acid glycolysis, tricarboxylic acid cycle, and a decarboxylation of cis-aconitate to itaconate vİtaconic acid cis-aconitate-decarboxylase.[3]
The smut fungus Ustilago maydis uses an alternative route. Cis-aconitate is converted to the thermodynamically favoured trans-aconitate vİtaconic acid aconitate-Δ-isomerase (Adi1).[4] trans-Aconitate is further decarboxylated to itaconate by trans-aconitate-decarboxylase (Tad1).[4]
İtaconic acid is also produced in cells of macrophage lineage and as such it has in vitro activity against bacterİtaconic acid expressing the enzyme isocitrate lyase such as Salmonella enterica and Mycobacterium tuberculosis.[5]
However, cells of macrophage lineage have to "pay the price" for making itaconate, and they lose the ability to perform mitochondrial substrate-level phosphorylation.[6]
Laboratory synthesis
Dry distillation of citric acid affords itaconic anhydride, which undergoes hydrolysis to itaconic acid .[7]
Reactions
Upon heating, itaconic anhydride isomerizes to citraconic acid anhydride, which can be hydrolyzed to citraconic acid (2-methylmaleic acid).[8]
Steps in conversion of citric acid to citraconic acid via itaconic acids.
Partial hydrogenation of itaconic acid over Raney nickel affords 2-methylsuccinic acid.[9]
itaconic acid is primarily used as a co-monomer in the production of acrylonitrile butadiene styrene and acrylate latexes with applications in the paper and architectural coating industry.
itaconic acid
itaconic acid has broad applications manufacture of absorbents, phosphate-free detergents, cleaners, and bioactive compounds.
From: Refining Biomass Residues for Sustainable Energy and Bioproducts, 2020
Related terms:
BiomassAcrylic AcidMonomersProteinDiafiltrationCitric Acid
itaconic acid
itaconic acid or methylene succinic acid is a high-value platform chemical that finds application in polymer industry, wastewater treatment, and ion-exchange chromatography sector (Willke and Vorlop, 2001). It can be converted to 3-methyltetrahydrofuran that has superior emission and combustion properties when compared to gasoline. Industrial production of itaconic acid is carried out with A. terreus using glucose as the sole carbon source. itaconic acid production by metabolically engineered Neurospora crassa using lignocellulosic biomass was evaluated by Zhao et al. (2018). Cis-aconitic acid decarboxylase gene was heterologously expressed in N. crassa to synthesize itaconic acid . The engineered strain was capable of producing itaconic acid (20.41 mg/L) directly from lignocellulosic biomass.
itaconic acid production from biomass hydrolyzate using Aspergillus strains was reported by Jiménez-Quero et al. (2016). Acid and enzymatic hydrolyzates were evaluated for the production of itaconic acid . Maximum itaconic acid production (0.14%) was observed when submerged fermentation was carried out with corncob hydrolyzate by A. oryzae. The study reveals the possibility of SSF of biomass for the production of itaconic acid .
Klement et al. (2012) evaluated itaconic acid production by Ustilago maydis from hemicellulosic fraction of pretreated beech wood. One of the advantages of U. maydis is that the strain grows as yeast-like single cells, and it can survive under high osmotic stress. The study revealed that under mild pretreatment conditions, U. maydis would be a promising candidate for itaconic acid production. Fine tuning of pretreatment conditions should be carried out for the improved production of itaconic acid .
Production itaconic acid
itaconic acid is an example of a di-carbonic unsaturated acid. These acids are used as building blocks for large numbers of compounds, such as resins, paints, plastics, and synthetic fibers (acrylic plastic, super absorbants, and antiscaling agents) [67]. The CAC intermediate cis-aconitate is enzymatically processed by cis-aconitate dehycarboxylase (CadA) to produce itaconic acid [68]. At the industrial scale the most explored organism for the fermentative production of itaconic acid is Aspergillus terrus. The biosynthetic pathway of itaconic acid is like citrate biosynthesis, where the flux of the CAC is used in the catalytic conversion of cis-aconitate into itaconic acid . Thus citrate is synthesized from oxaloacetate and acetyl CoA, while oxaloacetate is synthesized from pyruvate by anaplerosis, which starts from the pyruvate that is the end product of glycolysis
itaconic acid
itaconic acid is an important building block in the chemical industry. It is a white crystalline powder and readily biodegrades in soil. Hence, it is an optimum substitute for petro-derived chemicals such as acrylic acid, maleic anhydride, or acetone cyanohydrin in various end-user industries. The demand for itaconic acid is high in the manufacturing of superabsorbent polymers, mainly used in diapers, adult incontinence, and feminine hygiene products. itaconic acid is used as a cross-linking agent due to its ability to efficiently take part in addition polymerization. It also finds large application in seed coating, root dipping, ornamental gardens, food packaging, and artificial snow. Moreover, increasing demand for unsaturated polyester resins in pipes, artificial stones, electrical cabinets, and laminating resins is expected to increase the demand for itaconic acid . High price of itaconic acid is the major factor hampering the growth of itaconic acid market. Polyitaconic acid (a derivative of itaconic acid ) has the potential to replace sodium tripolyphosphate in detergents. However, strong establishment of other phosphate-free builders impedes the growth of itaconic acid in detergents application. Other application segments include lubricant oil, adhesives, paints and coatings, pharmaceuticals, emulsifiers, herbicides, printing chemicals, and acrylic fiber. The global market is estimated to be worth around US $126 million/kg (TMR, 2015). The production in China has boomed, and as a result, the market price decreased to around US $2/kg or even lower (Boy and Lappe, 2012).
itaconic acid is a biobased product mainly produced by fermentation using certain filamentous fungi (e.g. Ustilago, Helicobasidium, and Aspergillus). A mixture of itaconic acid , citraconic acid, and citraconic anhydride is also obtained by reaction of succinic anhydride with formaldehyde at 200-500°C in the presence of alkali or alkaline earth hydroxides (could at least partially be biobased if biobased succinate is used as raw material for the production of succinic anhydride). Other methods involve carbonylation of propargyl chloride with metal carbonyl catalysts and thermal decomposition of citric acid, which is also a biobased chemical. Aspergillus terreus is the strain commonly used for the industrial production of itaconic acid . A significant amount of research has been put into the reduction of the production costs: the replacement of sugar, used as the carbon source, by cheaper alternative substrates such as cellulolytic biomass; optimizing the bioreactor type and configuration; deriving innovations by which the process becomes more energy saving; strain improvement by genetic and metabolic engineering, allowing the effective use of cheap alternative substrates, etc. Recent patent activity has particularly focused on the improvement of the producing strain, mainly by using recombinant DNA techniques, and several patents have been submitted worldwide in the last 10 years. There is a significant market opportunity for the development of biobased products from the C5 building block, itaconic acid . The major challenges are primarily associated with reducing the overall cost of the fermentation. It was estimated that in order to render the products derived from biobased itaconic acid competitive with petrochemical-derived products, the fermentation cost needed to be below US $1/kg, which is a significant technical challenge and should be undertaken with a longer-term perspective.
itaconic acid is a dicarboxylic acid that is methacrylic acid in which one of the methyl hydrogens is substituted by a carboxylic acid group. It has a role as a fungal metabolite and a human metabolite. İtaconic acid is a dicarboxylic acid and an olefinic compound. İtaconic acid derives from a succinic acid. İtaconic acid is a conjugate acid of an itaconate(2-).
ChEBI
itaconic acid is an intermediate in the C5-Branched dibasic acid metabolism, a substrate for the enzyme Succinate-CoA ligase (ADP-forming) (EC:6. 2. 1. 5)(Kegg).
Description of İtaconic acid
Application of İtaconic acid
itaconic acid (IA) can be used:
• As a comonomer in the polymerization of polyacrylonitrile (PAN) to promote the thermo-oxidative stabilization of polymer.[1]
• In combination with acrylamide to form (poly[acrylamide-co-(itaconicacid)]) to synthesize biodegradable superabsorbent polymers.[2]
• To synthesize biobased polyester composite in fabric industry.[3]
Packaging
1 kg in poly bottle
100 g in poly bottle
Properties of İtaconic acid
Related Categories Building Blocks, C1 to C5, Carbonyl Compounds, Carboxylic Acids, Chemical Synthesis,
More...
assay ≥99%
autoignition temp. 1472 °F
mp 165-168 °C (lit.)
density 1.573 g/mL at 25 °C (lit.)
SMILES string OC(=O)CC(=C)C(O)=O
Abstract
The itaconic acid (IA) world market is expected to exceed 216 million of dollars by 2020 as a result of an increasing demand for bio-based chemicals. The potential of this organic acid produced by fermentation mainly with filamentous fungi relies on the vast industrial applications of polymers derived from it. The applications may be as a superabsorbent polymer for personal care or agriculture, unsaturated polyester resin for the transportation industry, poly(methyl methacrylate) for electronic devices, among many others. However, the existence of other substitutes and the high production cost limit the current itaconic acid market. itaconic acid manufacturing is done mainly in China and other Asia-Pacific countries. Higher economic feasibility and production worldwide may be achieved with the use of low-cost feedstock of local origin and with the development of applications targeted to specific local markets. Moreover, research on the biological pathway for itaconic acid synthesis and the effect of medium composition are important for amplifying the knowledge about the production of that biochemical with great market potential.
Keywords: Bio-based chemicals, Bio-based polymers, Fungal fermentative processes, itaconic acid , itaconic acid polymers, itaconic acid trading market, Sustainable materials
Go to:
Introduction
The world demand for eco-friendly products is constantly growing. Many bioprocesses are under development to align the environmental and economic aspects of manufacturing renewable products, which are not all feasible yet (Bailey 2016). The continuing effort and research, associated with government policies that promote sustainable programs, effectively nurtures the growth of bio-based product market (Report Linker 2017).
Bio-based organic acids are part of the portfolio of profitable and renewable chemicals. The combination of those two important factors results in an increasing demand of those acids. Moreover, the stringent restrictions imposed by governmental regulators in many countries have been encouraging companies to seek alternative renewable products and biotechnological processes (Report Linker 2017). The challenge is not only to obtain eco-friendly products, but to have equivalency in quality and quantity for competing with the products already available on the corresponding market (Bailey 2016).
itaconic acid (IA) is a bio-based chemical with great potential for the chemical market and attractive end use applications (Weastra 2012). Even though the chemical properties of the organic acid enable a vast possibility of applications, itaconic acid is currently considered a niche market (Transparency Market Research 2015). The expected expansion of itaconic acid on the appropriate market depends on the development of the technologies for producing itaconic acid and its derivatives. Innovation, price competitiveness, and global expansion are key components for any product to achieve success in the renewable market. Improvements in production medium, as well as the application of the most appropriate fermentation conditions for achieving high itaconic acid yield, are some of the investigations regarding the develop of technologies for itaconic acid production (Krull et al. 2017).
Go to:
itaconic acid origin and definition
itaconic acid can be synthesized either chemically or biochemically. The former has never been produced commercially due to the numerous stages for itaconic acid synthesis and the low efficiency of the process, while the latter is obtained by fermentation mainly using filamentous fungi with a significant production yield (Pfeifer et al. 1952; Kautola et al. 1989). A more detailed description about itaconic acid production is presented in later sections.
itaconic acid is presented in the form of white crystals and it is chemically defined as an unsaturated dicarboxylic acid with one of the carboxylic groups conjugated to a methyl group. Some of itaconic acid characteristics are listed on Table 1.
Properties of İtaconic acid molecule (Zhang et al. 2013; PubChem 2017)
IUPAC name 2-Methylidenebutanedioic acid
Synonyms Itaconic acid; 2-methylenesuccinic acid; methylelesuccinic acid; propylenedicarboxylic acid; methylenebutanedioic acid
Abbreviation IA
CAS Number 97-65-4
Molecular formula C5H6O4
Molar mass (g/mol) 130.09874
Melting point 165-168 °C
Appearance (Color) White
Appearance (Form) Powder or crystals
Density (g/cm3 at 25 °C) 1.573
Solubility in water (g/100 mL, 20 °C) 8.31
Acidity (pKa) pKa1 = 3.84
pKa2 = 5.55
Go to:
A brief history about IA
İtaconic acid was discovered in 1837, described by Baup as a product obtainable from the pyrolysis of citric acid and it was named citric acid (Turner and Liebig 1841; Kane et al. 1945; Tate 1967). In 1840, Crassus described it as the product of the third stage of thermal decomposition of citric acid and proposed the name itaconic acid (Turner and Liebig 1841). At that time, the chemical route was the only one known.
The İtaconic acid chemical synthesis is as follows:
distillation of citric acid;
oxidation of isopropene or from mesityl oxide to citraconic acid and subsequent isomerization;
carboxylation of acetylene derivatives, for example, propargyl chloride or butynoates;
condensation of succinate or succinic anhydride with formaldehyde to generate citraconic acid with subsequent isomerization.
This sequence of chemical reactions, however, is not economically feasible. The requirement for several stages resulted in an unsatisfactory yield and used components that were not readily available (Merger and Liebe 1991).
İtaconic acid was first polymerized by Swarts as a form of ethyl ester in 1873 (Tate 1967). Dialkyl ester polymers were developed with properties close to glass at a process that lasted about 3 days (Hope 1927). Despite the interesting properties, it was only possible to obtain İtaconic acid at a low scale due to the already mentioned low efficiency of the chemical route, which was a potential limitation for obtaining the end-product on a large scale.
In 1931, Kinoshita first reported the production of İtaconic acid by the microbial route. In his study, a filamentous fungus isolated from salted prune juice was cultivated under surface fermentation conditions in the presence of concentrated solutions of sugars and high concentrations of chlorides, reaching yield of up to 0.24 (g IA/g substrate). Because the used microorganism was an İtaconic acid producer, the filamentous fungus was named Aspergillus itaconicus (Kinoshita 1931). The production condition of that study, however, was never developed commercially (Kane et al. 1945).
Calam et al. (1939) presented that some A. terreus strains produced İtaconic acid in Czapek-Dox medium containing 50 g/L of glucose. That was the first study which demonstrated that A. terreus was able to produce İtaconic acid (0.12 g IA/g substrate after 25 days). The authors also showed that not all strains-5 out of the 6 strains tested-produced this organic acid to the extracellular medium at the conditions used (Calam et al. 1939).
The homopolymerization of İtaconic acid was described in 1958, which was done with hydrochloric acid and potassium persulfate (Marvel and Shepherd 1959). Because of the interesting properties of İtaconic acid polymers, further investigation was done to reach higher final concentrations of İtaconic acid from different strains.
According to Miall (1978), in 1945, Moyer and Coghill evaluated 30 A. terreus cultures from the traditional microbial cell bank Northern Regional Research Laboratory (currently, Agricultural Research Service-ARS), identifying the strain NRRL 265 as the only İtaconic acid producer. In the same year, Lockwood and Reeves analyzed 308 strains isolated from soil samples and A. terreus NRRL 1960 was chosen for pilot scale processes (Willke and Vorlop 2001). Since then, A. terreus strain NRRL 1960 has been the most studied among researchers to obtain IA. A. terreus NRRL 1960 is stored in different international cell banks with the following codes: ATCC 10020, ATCC 20589, DSM 826, CBS 11646, among others (NRRL 2017).
The production of İtaconic acid by microbial route was first patented in 1945 (Kane et al. 1945). Pfizer Company accomplished 28% of the theoretical yield for producing İtaconic acid with sucrose after 14 days of fermentation (Kane et al. 1945). İtaconic acid was included in the company's product portfolio in 1945 (Okabe et al. 2009).
Other bioprocess conditions allowed Lockwood and Ward (1945) to obtain 30 g of İtaconic acid from 100 g of glucose (42% of the theoretical yield). In the following years, the strain Aspergillus terreus NRRL 1960 was used for larger scale production, with different nitrogen sources in a 20 L bioreactor (Nelson et al. 1952). At that stage, studies were done on a large scale (between 1130 and 2270 L), and in semi-continuous fermentation (Pfeifer et al. 1952). Other microorganisms have been reported as İtaconic acid producers, such as Ustilago zeae (Miall 1978), and by a number of Candida sp. strains (Horitsu et al. 1983).
In 2004, İtaconic acid was listed as one of the 12 most promising chemicals available from biomass according to the United States Department of Energy report (Werpy and Petersen 2004). The document selected İtaconic acid and 11 others from an initial list of more than 300 bio-based building blocks regarding the potential markets of the chemicals and their derivatives, and the technical complexity in producing those chemicals. Since that report, which included succinic, fumaric and malic acid among other chemicals, İtaconic acid gained a significant interest in the scientific community and it stimulated vast research about the improvement in İtaconic acid production and its applications (Kuenz et al. 2012; Klement and Büchs 2013).
The homopolymerization process of İtaconic acid on a large scale was a challenge in the early 21th century (Werpy and Petersen 2004). The improvement of the economic feasibility for obtaining İtaconic acid depended on the development of the polymerization techniques that would decrease production cost to produce the homopolymer. That barrier was overcome by researchers from the University of New Hampshire, and the technology was licensed to Itaconix®, which proceeded to develop İtaconic acid products from the poly(itaconic acid) (PIA) (Durant 2011).
More recently, İtaconic acid was identified to be secreted by mammalian immune cells, such as macrophages, responsible for the antimicrobial activity by those cells in situations of inflammatory conditions (Sugimoto et al. 2011). İtaconic acid was previously detected in the lungs from mice infected with tuberculosis, but it had been assumed that the metabolite was produced by the contaminating bacterİtaconic acid (Shin et al. 2011; Cordes et al. 2015). Michelucci et al. (2013) identified that, in mammalian cells, İtaconic acid is produced by the immunoresponsive gene 1(Irgl), a highly expressed gene by macrophages in inflammation. That İtaconic acid characteristic was explored by Bajpai et al. (2016) as a component of antimicrobial biofilm with potential application in the biomedical field.
Go to:
İtaconic acid producer microorganisms
Some microorganisms are able to synthesize IA, but with different productions capacities. The main İtaconic acid producers are from the species A. terreus, which are used for producing the acid on a commercial scale (Saha 2017). The requirement for systems that result in higher İtaconic acid productivity and higher yields (product/consumed substrate) encourages many researchers to find different İtaconic acid producers (Voll et al. 2012). Table 2 lists some of the producing microorganisms, as well as the characteristic of the process.
It is noticed that the filamentous fungus strain Aspergillus terreus produces the highest İtaconic acid concentrations in glucose medium, but Ustilago maydis is also a promising microorganism for İtaconic acid synthesis. The technical difficulties regarding the use of filamentous fungus compared to bacterİtaconic acid or yeast encourage the research for different İtaconic acid producers. The bioprocess with filamentous fungi is usually sensitive to hydro-mechanical stress in submerged fermentation (Voll et al. 2012) and its filamentous growth characteristics can be operationally more complicated than other microorganisms mentioned.
Ustilago maydis is a basidiomycete, which is a non-pathogenic microorganism when presented as a free-living yeast-like cell and plant pathogenic as the filamentous form (Levinson et al. 2006; Rafi et al. 2014). Despite the advantages of using basidiomycete, the highest production obtained from that microorganism is about 0.2 g IA/g glucose (Maassen et al. 2014), which is still much lower than the highest concentrations produced by A. terreus (0.48 IA/g glucose) in batch fermentation in laboratory scale (Kuenz et al. 2012).
Although research tends to focus on Aspergillus and Ustilago strains, different studies have demonstrated İtaconic acid production capacity by other microorganism species. Helicobasidium mompa produces İtaconic acid at low values - 0.25 to 0.5 g/L İtaconic acid (Araki et al. 1957). Candida sp. (Tabuchi et al. 1981) was genetically modified and it produced about 0.35 g IA/g glucose. Despite the potential results, to the best of the authors knowledge, no further studies were presented regarding İtaconic acid production by that Candida sp. Pseudozyma antarctica was also reported as İtaconic acid producer, which synthesized 0.1 g IA/g substrate, in medium containing either glucose or fructose (Levinson et al. 2006). Genetically modified E. coli was also less efficient than A. terreus, with final production of about 0.14 g IA/g glucose by the fourth day of fermentation (Okamoto et al. 2014). Despite the different strategies applied for İtaconic acid production with other microorganisms, A. terreus is still the current, dominant choice for İtaconic acid production on a commercial scale.
The urge of increasing İtaconic acid production also drives research on metabolic manipulation of microorganisms (Kuenz et al. 2012). Genetic modification has been done on Aspergillus niger, which is expected to produce higher İtaconic acid concentrations than the bioprocess done with A. terreus, since the latter produces over 200 g/L of citric acid (also an organic acid) and has a very similar metabolic system to its parental strain (Blumhoff et al. 2013). The efforts done to promote İtaconic acid production capacity on A. niger have been an important tool for comprehension of the İtaconic acid pathway in A. terreus (Steiger et al.2016).
Go to:
Metabolic system of İtaconic acid production by Aspergillus terreus
Different studies regarding the metabolic pathway of İtaconic acid synthesis have been done mainly with A. terreus (Tevz et al. 2010; Huang et al. 2014a, b). Currently, it is highly accepted that cis-aconitate decarboxylase (CAD) is responsible for the final transformation of cis-aconitate to itaconate (Hossain et al. 2016; Jiménez-Quero et al. 2016).
In İtaconic acid synthesis from glucose, the substrate enters the cell and it is degraded mainly vİtaconic acid the glycolysis route. Both malate and pyruvate produced in the cytosol enters the mitochondrİtaconic acid to the TCA cycle, where cis-aconitate is produced. Cis-aconitate is transported to the cytosol through a mitochondrial tricarboxylate transporter (Mtt), where CAD synthesizes the itaconate production (Li et al. 2013). Finally, itaconate is externalized through major facilitator superfamily proteins (MFS). The kinetic profile of İtaconic acid production shows that a slow or null cell growth rate prevails during İtaconic acid production (Kuenz et al. 2012). This is explained by the deviation of cis-aconitate from the mitochondrİtaconic acid to the cytosol, i.e., the TCA cycle is incomplete and cell growth is limited or null. Figure 1 illustrates the metabolic pathway from glucose.
İtaconic acid large-scale production
The process of İtaconic acid production was well described by Okabe et al. (2009). According to the authors, the industrial production of İtaconic acid is a five-step process. The fermentation step concerns in İtaconic acid synthesis from microorganism, whose cells are removed together with other solid particles at the end of the process by filtration process. The solid-free broth goes to the concentration step where a liquid of over 350 g/L of İtaconic acid is obtained. The concentrated liquid passes through two series of crystallization processes, at 15 °C. The crystals formed are decolorized by treatment with activated charcoal at 80 °C. In the case of a large-scale industrial process, the decolorization process can be optimized. The decolorized broth is evaporated and recrystallized before going to the drying and packing steps. If the production requires a high degree of purity, the product goes through a purification process, such as solvent extraction, ion exchange, and a new decolorization. Each stage has high efficiency for recovering IA: 95% in the filtration step, 98% of the concentration process, and 95% in the crystallization and drying. The total recovery of the process is approximately 80%. The production steps are illustrated in Fig. 3.
An external file that holds a picture, illustration, etc.
Object name is 13205_2018_1151_Fig3_HTML.jpg
Fig. 3
Diagram of itaconic acid industrial production by A. terreus
Go to:
İtaconic acid global production
İtaconic acid was first commercially produced by Pfizer Company, in 1945. Since then, other companies such as Iwata Chemical (started at 1970, in Japan), Rhodİtaconic acid (started at 1995, in France), and Cargill (started at 1996, in the USA) have been great producers (Okabe et al. 2009). The production interruption by Cargill, Pfizer, and Rhodİtaconic acid made China the current largest İtaconic acid producer (El-Imam and Du 2014).
China has been receiving robust investments from companies and from the Chinese government, including in bioprocesses industries. The increasing research background, human resources, and financial support has provided the biotechnology industry growth over recent years in that country (Huang et al. 2010).
Among many Chinese companies that produces IA, the Qingdao Kehai Biochemistry Company is responsible for about 50% of the total capacity of İtaconic acid production in China, or 18% worldwide, with 10,000 Mt/year (Huang et al. 2010). That company is part of the Qingdao Langyatai Group and exports İtaconic acid (not final products nor derivates) mainly to North and South America, and Western and Eastern Europe (China 2017).
The last reports show that only three countries are currently responsible for the world production: China, India, and USA (Global Industry Analysis 2016). The main current players are Alpha Chemika (India), Chenggdu Jindai Biology Engineering Co., Ltd. (China), Jinan Huaming Biochemistry Co., Ltd. (China), Qingdao Kehai Biochemistry Co., Ltd. (China), Shandong Kaison Biochemistry Co., Ltd. (China), Zhejiang Guoguang Biochemistry Co., Ltd. (China), and Itaconix Co. (USA).
In fact, the Asia-Pacific region market should serve as an example for developing the İtaconic acid market in other countries. The existence of many domestic manufactures among İtaconic acid players in that region represents the moderately fragmented İtaconic acid market. The development of technologies and applications addressed to those niche and local markets may be the key strategy to expand İtaconic acid production in other countries (Global Market Insights 2016).
One example of targeting local opportunities is the possibility of growth in Europe because of product control by the government. Currently, European Union regulations to stop the manufacture of detergents produced from sodium tri(poly)phosphate (STPP) may be substituted with İtaconic acid derivatives. In Germany, the İtaconic acid market benefits from environmental government practices and its size reached 2.8 million in 2015. South Africa, Saudi Arabia, and the United Arab Emirates may also be targets for İtaconic acid applications as a result of rising preferences for bio-based products in those countries (Global Market Insights 2016).
Go to:
Medium requirement for a high yield İtaconic acid production
Multiple parameters influence metabolites production, such as medium composition, pH, temperature, the presence or absence of trace elements, and many others (Vrabl et al. 2012). Among them, the carbon source used is very important for producing economic feasible IA. The requirement of high initial concentration of sugars to obtain high yields reflects on high cost with feedstock if pure substrates, such as glucose or sucrose, are used.
The knowledge about the sufficient concentration to be used for high İtaconic acid production without the use of excessive substrate affects the production final cost and depends on the strain. The highest İtaconic acid yields (> 0.8 mol İtaconic acid mol glucose) are achieved with over 100 g/L of glucose by A. terreus NRRL 1960, without a significant increase neither decrease in the final yield with substrate up to 200 g/L (Karaffa et al. 2015). Different results were obtained with A. terreus NRRL 1963, which presented an inhibition effect with concentrations higher than 160 g/L of glucose (Welter 2000). Kuenz et al. (2012), however, showed that similar concentrations are obtained by A. terreus NRRL 1993, A. terreus NRRL 1960, and A. terreus DSM 23081 (0.7 mol IA/mol glucose).
Considering the kinetics properties of CAD, an essential enzyme for İtaconic acid production, its KM value for its main substrate, cis-aconitic acid, is 2.45 mM at pH 6.2 and 37 °C (Dwiarti et al. 2002). The low affinity to its substrate in İtaconic acid synthesis indicated by the high KM value demonstrates the need for high substrate concentration for achieving high production yields (Cordes et al. 2015).
Different nitrogen sources, such as yeast extract or corn steep liquor, were used in the early studies (Pfeifer et al. 1952), but the complexity and varied composition of those reactants are undesirable factors for developing a stable production platform. İtaconic acid fermentation with urea or ammonium nitrate resulted in low fermentation rates according to Nelson et al. (1952) and Pfeifer et al. (1952). However, ammonium nitrate (NH4NO3) has been used as nitrogen source in many other studies with high İtaconic acid yield (Kautola et al. 1991; Kuenz et al. 2012).
Regarding the nitrogen source concentration, Vassilev et al. (1992) showed that, for immobilized cells, the rate of İtaconic acid production in the absence of nitrogen is higher than with an initial concentration of 4 g/L of NH4NO3. Those results indicated that the nitrogen consumption is related to cell production rather than İtaconic acid synthesis (Vassilev et al. 1992). Welter (2000) evaluated the combination of NH4NO3 with KH2PO4, and it was observed that, for initial 94 g/L of glucose, minimal cell growth and high İtaconic acid production are obtained with 0.08 g/L KH2PO4 and 2 g/L of NH4NO3. Kuenz et al. (2012) chose to use 3 g/L NH4NO3 rather than 1.5 g/L to avoid insufficient nitrogen source supply, even though both the initial concentrations of NH4NO3 resulted in similar results.
Other medium components can influence İtaconic acid production such as Fe, Mn-below 5 µg/L (Karaffa et al. 2015), Mg, Cu, Zn, P, N, and carbon source concentration (Batti and Schweiger 1963; Kautola et al. 1991; Willke and Vorlop 2001; Li et al. 2012; Karaffa et al. 2015).
Go to:
İtaconic acid production by low-cost feedstock
Studies have shown that some residues are suitable as carbon source for İtaconic acid production, with some examples presented on Table 2. The limitations of İtaconic acid production in some medİtaconic acid are related to A. terreus sensitivity to medium impurities, which are not yet well defined (Hiller et al. 2014). However, the literature does not detail which components and at which concentration they impair İtaconic acid production. Despite that sensitivity, some studies show the capacity of A. terreus to produce İtaconic acid from waste material. The importance in evaluating İtaconic acid production from residues relies on the possibility of İtaconic acid production in different countries depending on the abundance of the specific residue. Using low-cost feedstock from local source, İtaconic acid production economic feasibility may promote further application to the market.
Reddy and Singh (2002) showed that 20 and 30 g/L İtaconic acid were produced, respectively, from market refuse fruits and hydrolyzed corn starch with A. terreus mutant. Petruccioli et al. (1999) obtained 18 g IA/L from corn starch feedstock, while Dwiarti et al. (2007) obtained about 50 g IA/L using hydrolysate sago starch. The use of molasse medium requires a previous treatment for removing the impurities for a high İtaconic acid yield process (Maassen et al. 2014).
Corn cob, a lignocellulosic residue, was used in a two-step process: first, xylanase was produced by A. terreus, which was further used on the second step of the process concerning the hydrolysis of the lignocellulosic feedstock (with addition of commercial xylanase) for obtaining fermentable sugars for İtaconic acid production, also by A. terreus (about 8 g/L IA) (Kocabas et al. 2014). A different lignocellulosic material, beech wood hydrolysate, was used for İtaconic acid production and about 13 g/L İtaconic acid was produced by A. terreus in solid-state reactor after the removal of phenolic components with anion and cation exchangers (Sieker et al. 2012).
Sieker et al. (2012) showed that İtaconic acid production was only achieved when beech wood hydrolysate was detoxified by a mixture of anion and cation exchangers (among other pretreatment analyzed), achieving maximum concentration of almost 4.5 g IA/L for a submerged culture (glucose and xylose from hydrolyzed wood). The treatment used almost completely removed the phenolic compounds and organic acids and decreased the salt ions, whereas rice husks hydrolysate pretreated with CaO(s) produced 1.9 g/L İtaconic acid (Pedroso et al. 2017).
İtaconic acid production from residues should consider the cost for feedstock treatment to evaluate a real feasibility of the material. A wider knowledge of the potential inhibitors is important for using less expensive carbon sources with minimal pretreatment (Klement and Büchs 2013).
Go to:
Aspergillus terreus oxygen strict requirement for İtaconic acid production
Different studies described the direct relation between aeration and İtaconic acid production, and the requirement for continuous oxygen supply throughout the bioprocess is of significant important. Pfeifer et al. (1952) and Nelson et al. (1952) were probably the first to report the need for continuous aeration to reach high İtaconic acid yields. Nelson et al. (1952) described that a 20 min interruption in the air flow after 54 h of fermentation was enough to drastically decrease İtaconic acid production rates (the values were not detailed). Pfeifer et al. (1952) described that it was only possible to reverse the damage of no İtaconic acid production (related to 15-60 min interruptions in air flow) if extranutrients were added to the medium. Despite the occurrence of further İtaconic acid production, the final İtaconic acid concentration was lower compared to the assay which was continuously aerated.
The aeration requirement for maintaining the cell's capacity of producing İtaconic acid is so important that Larsen and Eimhjellen (1955) conducted the separation of IA-producing A. terreus cells-non-proliferating mycelia-from the fermentation broth with constant aeration. The authors described that if the aeration process was not maintained throughout the separation process, the endogenous İtaconic acid was not expelled to the extracellular medium (acidified tap water).
Riscaldati et al. (2000) showed that during the cell growth phase, there is a higher demand for oxygen, as well as for phosphorous and nitrogen consumption. When cell concentration reached a slow cell growth rate, the dissolved oxygen (DO) slowly increased from under 20% DO to almost 40 or 80% DO, depending on the initial pH or aeration rate. Kuenz et al. (2012) also described the occurrence of a drastic decrease of dissolved oxygen to 20% DO in the beginning of the fermentation (the first day of a 10 days' fermentation). However, by the 8th day until the end of the fermentation, the value was not higher than 40% DO. The continuous need for oxygen supply even when cell growth is at low rates indicates that oxygen requirement is higher for İtaconic acid production than cell maintenance.
Gyamerah (1995) showed that A. terreus cultivated in glucose medium had different behavior in İtaconic acid production after 1, 3, 5, or 10 min of interruption of oxygen supply after 100 h of fermentation. By the third day, the reestablishment of aeration-after stopping air supply for 10 min-resulted in, at most, only 52% of the İtaconic acid produced on the assay with continuous oxygen supply by the third day. That behavior was similar to the observations by Lin et al. (2004). The shorter interruption periods (3 and 5 min) resulted in less severe decrease of İtaconic acid production (respectively, about 77% and 66% less İtaconic acid compared with the assay without interruption) (Gyamerah 1995). This indicates that the capacity of İtaconic acid production after the pause in oxygen supply is also related to the duration of the interruption period.
The reason for the significantly lower İtaconic acid production when oxygen supply is completely interrupted has not yet been clarified. Based on the evaluation of different studies, this study states the following hypothesis: the system responsible for the drastic interruption of İtaconic acid production, which is related to the period of interruption in oxygen supply, might be related to an inhibition effect of cis-aconitate inside the mitochondrİtaconic acid or the cytosol.
A requirement of a readily transportation system of cis-aconitate from the mitochondrİtaconic acid to the cytosol has been evidenced (Huang et al. 2014a, b). Cis-aconitic acid is unstable in environments with a pH under 7 (Ambler and Roberts 1948), and it is spontaneously converted to trans-aconitic acid, the thermodynamically more stable form of the substance (Steiger et al. 2016). Trans-aconitate has been described as an inhibitor of at least two mitochondrial enzymes-aconitase (Laube et al. 1994) and fumarase (Rebholz and Northrop 1994). At sufficient oxygen concentration, A. terreus promptly transports cis-aconitate to the cytosol by Mtt transporter (from the mitochondrİtaconic acid to the cytosol), which is further converted to itaconate by CAD (Huang et al. 2014a, b).
In the occasion of aeration interruption, the energy applied for transporting H+ and İtaconic acid could be impaired. The Mtt transporters would have a lower activity in the absence of oxygen, and cis-aconitate would accumulate inside the mitochondria. In the occasional malfunctioning of H+ transportation due to the lack of oxygen, the pH inside the cell would decrease and promote the formation of trans-aconitate, and thus, the inhibition of important enzymes from the TCA cycle. Such inhibition effect would prevent further İtaconic acid production and substrate consumption, as the enzymatic system would be damaged. The longer the period of interruption in oxygen supply, the greater the conversion of cis to trans-aconitate might be.
The hypothesis also suggests that the negative effect of cis-aconitate conversion to trans-aconitate during the lack of oxygen supply is more effective to the mitochondrial enzymatic system. The supposition may be supported by the observation of Gyamerah (1995) studies, who showed that the inhibition of mitochondrİtaconic acid membrane transporters results in higher decrease of İtaconic acid production (> 90%) than the inhibition of cell membrane transporters (< 9%).
Go to:
İtaconic acid production and medium pH
In İtaconic acid production systems, environments in which the pH is not regulated during the fermentation, the microorganism tends to acidify the medium to a very low pH (< 2). İtaconic acid synthesis is strongly related to the initial pH, as the entire or part of the enzymatic system responsible for İtaconic acid production may function in an acid environment (Larsen and Eimhjellen 1955). Different metabolites were produced depending on the pH value considered for regulating the entire fermentation process. In pH 2.1, the main products by A. terreus were IA, carbonic gas, and cells, while the fermentation in pH 6 produced L-malic, succinic, fumaric acids, carbon dioxide, and cells (Larsen and Eimhjellen 1955).
Among the existing hypotheses for the transport of organic acids to the extracellular medium by microorganisms, three of them are described below (Vrabl et al. 2012).
Hypothesis of overflow metabolism The expulsion of organic acids out into the extracellular medium is considered one of the mechanisms employed by the cell to release energy in a situation in which growth is limited by a non-carbon nutrient and a carbon source is in excess. The hypothesis is subdivided in relation to the location of the bottleneck causing this release, which may be glycolysis, TCA cycle, or respiratory chain. In several studies, the phenomenon of overflow metabolism is associated with the increase of glycolytic flow;
Hypothesis of charge balance It is considered that when the H+/substrate transport system is prevented, the transport of the organic acid anions is the main form of compensation of the ion flow for the excretion of H+ by the enzyme H+-ATPase. This operation prevents the plasma membrane from being hyperpolarized in a way detrimental to the cell. In an environment where pH is low, most of the excreted protons return to the interior of the cell vİtaconic acid the protons of nutrients. In an environment with high pH, especially in cultures with NaOH addition as a control of the excreted protons, the entrance of the proton into the cell is impaired, requiring a new charge flow. The release in the medium of organic acids can balance the proton flow almost stoichiometrically.
Hypothesis of aggressive acidification The hypothesis, developed for A. niger strain, describes that the filamentous fungus releases the acid in the extracellular environment, and the acid environment results in a medium with less probability of contamination from other microorganisms. Assuming that the organic acids transported through the membrane are completely protonated (uncharged), these compounds would be the major source of acidification of the medium.
Krull et al. (2017) demonstrated that the need for an acid environment, with fermentation broth pH under 2, is only essential in the beginning of the fermentative process. Their findings with a genetically modified A. terreus strain showed that, after the initial drop to 1.6, which is necessary for İtaconic acid production, the rise and maintenance of the pH at 3-3.4 increases the final İtaconic acid concentration (around 150 g/L IA). The optimized condition that allowed such concentration involved not only pH adjustment, but also a fed-batch operating system. The final yield of 0.58 g IA/g glucose is, thus, not higher than other studies without pH regulation.
Go to:
Advances in İtaconic acid research and intellectual properties
The analysis of research trends provides an indication of the state-of-the-art technology applied to IA. Scopus® [one of the largest abstract and citation database of peer-reviewed literature (Scopus 2017)] and Derwent World Patent IndexTM (DWPI) [one of the most comprehensive collection of global patent data in English (Clarivate 2017)] were used to compile, respectively, scientific articles and patent documents to evaluate the scientific and technological advances in İtaconic acid production.
The set of articles was selected using the following criteria: English scientific articles containing the words "itaconic acid" on the title, published from 1910 (earliest year available on the database) to 2016. The set of patents was selected with similar standard: patents containing the words "itaconic acid" on the title published from 1910 (earliest year available on the database) until 2016. The databases provided 640 articles and 1033 patents, from which important information such as title, abstract, publication year, and priority country of the patents-first country where the invention is filled (OECD 2017)-were used to evaluate the advances of İtaconic acid technologies.
The number of scientific articles and patent increased significantly during the period analyzed (Fig. 4), which confirms the high interest in developing technologies regarding İtaconic acid production and its derivatives. The steep slope observed for the profile of number of patents, which initiated in 2007, corresponds mostly to the numerous Chinese patents about İtaconic acid published on that period-76% of the 509 patents published from 2007 to 2016. The frequent world crises that result in drastic fluctuations of oil prices highly motivated the development of alternative technologies to partially substitute products from non-renewable sources (Macrotrends 2017), including the development of İtaconic acid technologies. In China, the investments from government and companies increased the country's participation in the advances of the world's research (Huang et al. 2010).
An external file that holds a picture, illustration, etc.
Object name is 13205_2018_1151_Fig4_HTML.jpg
Fig. 4
Number of scientific articles and patent documents selected from the databases Scopus® and Derwent World Patent IndexTM, respectively. The documents selection was done considering articles and patents which contained the words "itaconic acid" on the title, published from the initial years available on the databases until 2016. For the article selection, the documents were restricted to the English language. Scientific articles (orange line) and patent documents (blue line)
Figure 5 represents a classification of the most recent articles, published from 2012 to 2016, which were separated by the main subject addressed by each document. The studies related to the development of İtaconic acid derivatives represent 80% of the total articles in that period, and the second most frequent subject was the development of İtaconic acid fermentative processes, with 18% of the studies analyzed. It was not observed a significant fluctuation of the number of articles that concerns those classifications throughout the period analyzed. The scientific articles about the metabolic pathway of İtaconic acid production, including the improvement of different strains for higher yield production, were less frequent, with only 2% of the articles from the analyzed period. The evaluation indicates that the recent research concerning İtaconic acid is substantially more directed for developing İtaconic acid end-products the rather than the advances in fermentative processes and microorganism modification for improving the final İtaconic acid yield.
An external file that holds a picture, illustration, etc.
Object name is 13205_2018_1151_Fig5_HTML.jpg
Fig. 5
Number of scientific articles from the database Scopus containing on the title the words "itaconic acid", published from 2012 to 2016. Each of the 210 articles was characterized by the main subject related to itaconic acid (IA) synthesis or application: polymer development or application (blue bars), fermentative process development (yellow bars), study of metabolic pathway (orange bars), and the total number of articles in each year (black line)
The most recent patents analyzed, published from 2012 to 2016 (348 patent documents), were separated by the priority country or its region. The priority country of a patent is frequently where the requesting institution is located. The analysis indicated that 86% of the inventions were first patented in China, which is a further indicator of that country's high interest in developing İtaconic acid technology. The second region where İtaconic acid patents were mostly deposited is Asİtaconic acid (5%), which Japan is the priority country with more than 60% of those patents. The USA and Europe occupies the third and fourth positions (respectively, 4 and 3.4% of the total patents from 2012 to 2016). South America was the priority country for only 0.86% of the patents from the analyzed period. This reflects the robust Chinese investment in İtaconic acid technologies and the Chinese position on the current global İtaconic acid market (section İtaconic acid global market).
The analysis of the advances in İtaconic acid innovations, whether by the published articles or patents, indicates that the İtaconic acid technology development is currently more directed to the improvement of İtaconic acid products and their applications. It is important to note that the high number of patent documents evidences the significant interest of the organic acid application, as many patents are deposited by companies or institutions with the intention to apply the inventions on the market. This is a high indication of the expansion of İtaconic acid on the available market for renewable sources. Moreover, it shows that improvements for İtaconic acid processes have been done, and that the interest in İtaconic acid products concern different counties, but mainly China, which is also the current greater İtaconic acid world producer (Global Industry Analysis 2016).
Go to:
Conclusion
Itaconic acid (IA) is a promising bio-based chemical with vast application in chemical industry. The increasing demand of bio-based products is a gateway for the development of İtaconic acid derivatives. The current knowledge about İtaconic acid metabolic pathway mainly by Aspergillus terreus allows a good understanding of its synthesis process, but further comprehension such as inhibitory components is necessary to achieve high yields with residue feedstocks. İtaconic acid current niche market may increase with innovation and specific market targeting, in addition to the use of low-cost feedstock.
Currently, crude oil, natural gas and coal are still the primary raw materials for the production of chemicals. The increasing concern on sustainability, environmental conservation and energy shortage drives the search for viable, renewable and environmental friendly alternatives to replace fossil resources as raw material for the production of important chemicals. Plant biomass is considered to be the most feasible alternative as it is a sustainable resource and does not liberate fossilized carbon. Many chemicals such as succinic acid , 1,3-propanediol and ethanol which were hitherto made from petroleum refining are now being successfully produced from renewable biomass.
Among these chemicals, Itaconic Acid (IA) is an important platform chemical which has a wide range of actual and potential applications. It can be used to replace a wide range of petroleum based chemicals, e.g. acrylic acid, which will reduce dependence on petroleum and the attendant deleterious environmental effects. In spite of this, it only occupies a niche market because of its high cost relative to acrylic acid and other alternatives thus limiting its use to low volume markets. It is mainly produced by the fermentation of sugars with Aspergillus terreus with limited success with bacterial and yeast fermentations. This review discusses the physico-chemical properties of IA, current and potential uses of itaconic acid, the microorganisms used in IA synthesis, the fermentation processes, conditions and future perspectives in itaconic acid applications.
Itaconic acid, or methylidenesuccinic acid, is an organic compound. This dicarboxylic acid is a white solid that is soluble in water, ethanol, and acetone. Historically, itaconic acid was obtained by the distillation of citric acid, but currently it is produced by fermentation. The name itaconic acid was devised as an anagram of aconitic acid, another derivative of citric acid.
Laboratory synthesis and reactions
Dry distillation of citric acid affords itaconic anhydride, which undergoes hydrolysis to itaconic acid Upon heating, itaconic anhydride isomerizes to citraconic acid anhydride, which can be hydrolyzed to citraconic acid (2-methylmaleic acid).
Steps in conversion of citric acid to citraconic acid via itaconic and aconitic acids.
Production
Since the 1960s, it is produced industrially by the fermentation of carbohydrates such as glucose or molasses using fungi such as Aspergillus itaconicus or Aspergillus terreus.
For A. terreus the itaconate pathway is mostly elucidated. The generally accepted route for itaconate is via glycolysis, tricarboxylic acid cycle, and a decarboxylation of cis-aconitate to itaconate via cis-aconitate-decarboxylase.
The smut fungus Ustilago maydis uses an alternative route. Cis-aconitate is converted to the thermodynamically favoured trans-aconitate via aconitate-Δ-isomerase (Adi1). trans-Aconitate is further decarboxylated to itaconate by trans-aconitate-decarboxylase (Tad1).
Itaconic acid is also produced in cells of macrophage lineage and as such it has in vitro activity against bacteria expressing the enzyme isocitrate lyase such as Salmonella enterica and Mycobacterium tuberculosis.
However, cells of macrophage lineage have to "pay the price" for making itaconate, and they lose the ability to perform mitochondrial substrate-level phosphorylation.
Application
Itaconic acid is primarily used as a co-monomer in the production of acrylonitrile butadiene styrene and acrylate latexes with applications in the paper and architectural coating industry
Itaconic acid Applications And Market
Itaconic acid and its polymers are currently utilized in numerous applications as drop-in or novel substitute monomer, where they sometimes confer favourable characteristics on the end product which makes it superior to the conventional substitutes. Common end products of IA polymerization reactions include polyitaconic acid (PIA) and styrene-butadiene rubber (SBR) latex made from the polymerization of styrene, butadiene and itaconic acid. Itaconic acid can potentially replace acrylic acid for use in the production of superabsorbent polymers with improved properties, and maleic anhydride which is currently used in the production of Unsaturated Polyester Resins (UPR); while PIA can replace sodium tripolyphosphate (STPP) used in detergents. Acrylate latexes supplemented with IA can be used as non-woven fabric binders, and a copolymer of IA and acrylonitrile is also easier to dye than many other polymers while carpets containing IA as a sizing agent have enhanced resistance to abrasion.
Industry Uses Itaconic acid
Adhesives and sealant chemicals
Agricultural chemicals (non-pesticidal)
Not known or reasonably ascertainablePaint additives and coating additives not described by other categories
Plasticizers
Consumer Uses Itaconic acid
Adhesives and sealants
Agricultural products (non-pesticidal)
Apparel and footwear care products
Not known or reasonably ascertainable
Paints and coatings
Itaconic acid
Itaconic acid was first synthesized in 1837 by the thermal decarboxylation of citric acid.7 Further synthetic approaches were reported, but none of them proved to be economically compatible.8 Itaconic acid is an organic acid that is used as a platform chemical for the production of various value added chemicals such as poly-itaconic acid, resins biofuel components, ionomer cements etc. Itaconic acid and its derivatives have wide applications in the textile, chemical and pharmaceutical industries. The depletion of fossil fuels and the need for sustainable development require that fermentative itaconic acid production replace petroleumbased methods of itaconic acid production. Among these chemicals, Itaconic Acid (IA) is an important platform chemical which has a wide range of actual and potential applications. It can be used to replace a wide range of petroleum based chemicals, e.g. acrylic acid, which will reduce dependence on petroleum and the attendant deleterious environmental effects. In spite of this, it only occupies a niche market because of its high cost relative to acrylic acid and other alternatives [5] thus limiting its use to low volume markets. It is mainly produced by the fermentation of sugars with Aspergillus terreus with limited success with bacterial and yeast fermentations Itaconic acid is a naturally occurring unsaturated 5-C dicarboxylic acid which is also known as methylenesuccinic acid or methylenebutanedioic acid [6]. Itaconic acid was first described by Baup in 1836 when he discovered it as a product of citric acid distillation. Itaconic acid has the stoichiometric formula C5H6O4 and a molar weight of 130.1 g/mol. It exists as white to light beige crystals with a density of 1.573 g/mL at 25°C, a melting point of 165-168°C and a flash point of 268°C [6]. It dissolves in water up to 80.1 g/L at 20°C which makes it quite easy to purify by crystallization [7]. In a recent study IA was also found to dissolve well in several alcohols including methanol, 2-propanol and ethanol with the solubility increasing with temperature [8]. Itaconic acid is also readily biodegradable in nature.
Itaconic acid is valuable as a monomer because of its unique chemical properties, which derive primarily from its methylene group and its possession of two carboxylic acid groups. Itaconic acid is able to take part in addition polymerization, giving polymers with many free carboxyl groups that confer advantageous properties on the polymer. It can either be self-polymerised or can act as a co-monomer with other monomers to form heteropolymers [9]. It has two protonation states with pKa values of 3.85 - 5.45 and with a degree of reduction of 3.6, it is just a little more oxidised than glucose with a value of 4.0 [10]. Itaconic acid is about twice as acidic as acrylic acid and more reactive than maleic and fumaric acids which are potential monomeric substitutes [11].
Itaconic acid readily forms a range of metallic salts and diesters such as dimethyl itaconate and di-n-butyl itaconate both of which are available commercially. Itaconic anhydride may be used for the preparation of mono esters such as monomethyl itaconate or react with amines to yield N-substituted pyrrolidones with actual or proposed uses in greases, detergents, shampoos, herbicides and pharmaceuticals. A condensate of lauric acid and aminoethylethanolamine reacts with IA to give an imidazoline derivative which is an active ingredient in shampoos [7]. Recently two new itaconic acid derivatives (-)-9-hydroxyhexylitaconic acid, and (-)-9-hydroxyhexylitaconic acid-4-methyl ester were discovered as metabolites of Aspergillus aculeatus CRI322-03 [12].
The smut fungus Ustilago maydis uses an alternative route. Cis-aconitate is converted to the thermodynamically favoured trans-aconitate via aconitate-Δ-isomerase (Adi1).[4] trans-Aconitate is further decarboxylated to itaconate by trans-aconitate-decarboxylase (Tad1).[4]
Itaconic acid is also produced in cells of macrophage lineage and as such it has in vitro activity against bacteria expressing the enzyme isocitrate lyase such as Salmonella enterica and Mycobacterium tuberculosis.[5]
However, cells of macrophage lineage have to "pay the price" for making itaconate, and they lose the ability to perform mitochondrial substrate-level phosphorylation.[6]
Laboratory synthesis Itaconic acid
Dry distillation of citric acid affords itaconic anhydride, which undergoes hydrolysis to itaconic acid.[7]Itaconic acid is a dicarboxylic acid that is methacrylic acid in which one of the methyl hydrogens is substituted by a carboxylic acid group. It has a role as a fungal metabolite and a human metabolite. It is a dicarboxylic acid and an olefinic compound. It derives from a succinic acid. It is a conjugate acid of an itaconate(2-).
İTAKONİK ASİT
İtakonik asit
İtakonik asit
İskelet formülü
Top ve çubuk modeli
İsimler
Tercih edilen IUPAC adı
2-Metilidenebutanedioik asit
Diğer isimler
2-Metilenesüksinik asit
Metilenesüksinik asit [1]
1-Propen-2-3-dikarboksilik asit
Tanımlayıcılar
CAS numarası
97-65-4 ☑
3D model ( JSmol )
Etkileşimli görüntü
Chebi
Chebi: 30838 ☑
ChEMBL
ChEMBL359159 ☑
ChemSpider
789 ☑
ECHA Bilgi Kartı 100.002.364
KEGG
C00490 ☑
PubChem CID
811
CompTox Kontrol Paneli ( EPA )
DTXSID2026608 Bunu Wikidata'da düzenle
InChl[göstermek]
Smiles[göstermek]
Özellikleri
Kimyasal formül
Cı 5 H 6 O 4
Molar kütle 130.099 g · mol -1
Görünüm Beyaz katı
Yoğunluk 1.63 g / cc 3 : [1]
Erime noktası 162-164 ° C (324-327 ° F; 435-437 K) (ayrışır) [1]
sudaki çözünürlük
1 g / 12 mL [1]
Çözünürlük olarak etanol 1 g / 5 mL [1]
Manyetik duyarlılık (χ)
-57.57 · 10 -6 cm 3 / mol
Aksi belirtilmedikçe, standart halindeki malzemeler için veriler verilir (25 ° C [77 ° F], 100 kPa'da).
☑ doğrula ( nedir ?) ☑☒
Bilgi kutusu referansları
Itaconic acid veya metilidenesuccinic acid , organik bir bileşiktir . Bu dikarboksilik asit , su, etanol ve asetonda çözünen beyaz bir katıdır. Tarihsel olarak İtakonik asit, sitrik asidin damıtılmasıyla elde edildi , ancak şu anda fermantasyon ile üretilmektedir. İtakonik asit adı , bir başka sitrik asit türevi olan akonitik asidin bir anagramı olarak tasarlanmıştır .
ÜRETİM
1960'lardan bu yana, fermentasyonu ile endüstriyel olarak üretilmektedir karbonhidratlar gibi glikoz veya molas gibi ler kullanılarak mantar Aspergillus itaconicus veya , Aspergillus terreus . [2]
İçin A terreus itakonat yolu çok açıklanacaktır. İkonakat için genel olarak kabul edilen yol, glikoliz, trikarboksilik asit döngüsü ve cis- aconitate'nin cis -aconitate-decarboxylase yoluyla iakonata dekarboksilasyonudur. [3]
Isırgan mantar Ustilago maydis alternatif bir yol kullanır. Cis- aconitate , aconitate-Δ-izomeraz (Adi1) yoluyla termodinamik olarak tercih edilen trans- aconitate dönüştürülür . [4] trans- Akitit, ayrıca trans -akit-dekarboksilaz (Tad1) ile itakonata dekarboksilatlanır. [4]
Itaconic acid ayrıca makrofaj soy hücrelerinde üretilir ve bu nedenle Salmonella enterica ve Mycobacterium tuberculosis gibi izositrat liyaz enzimini eksprese eden bakterilere karşı in vitro aktiviteye sahiptir . [5]
Bununla birlikte, makrofaj soy hücreleri, itakonat yapmak için "fiyatı ödemek" zorundadır ve mitokondriyal substrat düzeyinde fosforilasyon gerçekleştirme yeteneğini kaybederler. [6]
Laboratuvar sentezi
Sitrik asidin kuru damıtılması , itakonik aside hidrolize giren itakonik anhidrit verir . [7]
Reaksiyonlar
Isıtma üzerine itakonik anhidrid , sitrakonik aside (2-metilmaleik aside) hidrolize edilebilen sitrakonik asit anhidride izomerleşir . [8]
Dönüştürülmesinde adımları sitrik asit için sitrakonik asit itakonik üzerinden ve asonitik asit .
Ranon nikeli üzerinde itakonik asidin kısmi hidrojenasyonu 2-metilsüksinik asit verir . [9]
İtaconic acid esas olarak kağıt ve mimari kaplama endüstrisindeki uygulamalarla akrilonitril bütadien stiren ve akrilat latekslerin üretiminde ortak monomer olarak kullanılır .
Bu çalışmada akrilonitril (AN) ve İtakonik asit (IA) kopolimerleri sentezlenmiş ve karakterizasyonları yapılmıştır. Sentezlenen kopolimerler elektroçekim ile nanolif üretiminde kullanılmıştır. Farklı oranlarda İtakonik asitiçeren kopolimerlerinin elektroçekimde nanolif oluşumuna olan etkisi araştırılmıştır. Hazırlanan nanolif matlarına hava ortamında ısıl muamele yapılarak stabilizasyonları gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmanın hedefi AN-İtakonik asitkopolimerlerinden nanolif üretilmesi ve üretilen bu nanoliflerin karbon nanofiber üretimi için uygunluğunun hem bilinen karakterizasyon yöntemleri ile hem de uygulamalı olarak kanıtlanmasıdır. AN-İtakonik asitkopolimerleri amonyum persülfat oksidant olarak kullanılarak sulu ortamda, 60 oC'de sentezlenmiştir. Beş farklı kopolimerin sentezi, aynı koşullar altında farklı monomer besleme oranları ile gerçekleştirilmiştir. Üç saat süren kopolimerizasyon sonucunda suda çökelek halinde kopolimer elde edilmiştir. Kopolimerler etanol ile yıkandıktan sonra vakum etüvünde kurutularak kullanılmıştır. Öncelikle AN-İtakonik asitkopolimerlerinin spektroskopik, termal ve mekanik analizleri FTIR-ATR (Fourier Transform Kızılötesi-Azaltılmış Toplam Reflektans) ve NMR (Nükleer Manyetik Rezonans) spektrometre, DSC (Diferansiyel Taramalı Kalorimetre), TGA (Termal Gravimetrik Analiz) ve DMA (Dinamik Mekanik Analiz) cihazları kullanılarak yapılmıştır. Böylece İtakonik asitiçeriğinin, AN-İtakonik asitkopolimerlerinin spektroskopik ve termal özellikleri üzerine etkisi araştırılmıştır. Kopolimerlerin FTIR-ATR spektrumlarında 1628 and 1730 cm-1 bantlarında gözlenen karbonil gerilme piklerinin absorbans değerlerinin, AN ile ilgili olan 2244 cm-1 ‘de gözlenen -C≡N gerilme pikinin absorbans oranladığında İtakonik asitbesleme artışına paralel bir artış gözlenmiştir. 1H-NMR spektrumlarından hesaplanan kopolimer kompozisyonları ile FTIR-ATR spektrumlarından elde edilen absorbans değerleri ile ilişki kurularak bir kalibrasyon eğrisi türetilmiştir. Kopolimerlerin intrinsik viskoziteleri, Ubellohde viskozimetresi kullanılarak belirlenen spesifik viskozite değerlerinden hesaplanmıştır. Kopolimerlerde İtakonik asitartışına bağlı olarak intrinsik viskozite değerleri 2,67 ile 0,92 ml/g arasında değişmiştir. DSC ve TGA termal analiz metotları ile kopolimerlerin stabilizasyonu sırasında gerçekleşen halka kapanma, oksidasyon, dehidrojenasyon ve dekompozisyon gibi reaksiyonların sıcaklıkları belirlenmiştir. DSC eğrilerinde gözlenen iki ekzotermik pik halka kapanma ve oksidasyon reaksiyonları ile ilişkilendirilmiştir. AN-İtakonik asitkopolimerlerinde halka kapanma reaksiyonlarının başlangıç sıcaklığı, İtakonik asitartışına bağlı olarak 222 oC'den 195 oC'ye kadar düşmüştür. TGA eğrilerinde gözlenen iki basamaklı kütle kaybının dehidrojenasyon ve dekompozisyonla ilgili olduğu düşünülmektedir. Dehidrojenasyona kıyasla oldukça büyük kütle kaybınının olduğu dekompozisyonun sıcaklığı kopolimerlerde İtakonik asitnın etkisiyle 277 oC'den 257 oC'ye düşmektedir. Karbon fiber üretimi için kullanılan polimerlerin dekompoze olması istenilen bir durum değidir. Stabilizasyon sırasında nitril grupları oligomerizasyona girerek halkalar oluştururken, ısının etkisiyle dekompozisyon da görülür. Birbirine pararlel giden iki reaksiyonun sıcaklık farkına baktığımızda İtakonik asitmiktarı arttıkça, kopolimerlerde halka kapanma reaksiyonları başladıktan sonra dekompoziyonun daha geç görüldüğü tespit edilmiştir.Spektroskopik yöntemler ile belirlenen İtakonik asitiçeriğindeki artışın, karbon fiber üretiminde önemli bir aşama olan stabilizasyonu termal özelliklerini geliştirerek ciddi şekilde etkilediği görülmüştür. AN-İtakonik asitkopolimerlerinden hazırlanan filmlerden belli bir frekansta ısıtılarak ve kuvvet uygulanarak camsı geçiş sıcaklığı (Tg) ölçümleri yapılmışır. PAN'ın yapısına İtakonik asitgirdikçe, Tg değerlerin arttığı görülmüştür. Çalışmanın sonraki aşamasında, AN-İtakonik asitkopolimerlerinin dimetil formamid (DMF) içerisinde hazırlanan çözeltilerden elektroçekim yöntemiyle nanolifler hazırlanmıştır. Tüm kopolimerler için çözelti konsantrasyon, besleme hızı ve uzaklık gibi elektroçekim değişkenleri sabit tutularak IA'nın nanolif çapına etkisi araştırılmıştır. Elektorçekim için çözeltiler kütlece % 5 katı içerecek şekilde hazırlanmıştır. Şırıngaya doldurulan kopolimer çözeltisi pompa ile 1 ml/saat debiyle beslenmiştir. Kopolimer çözeltilerinden nanolif üretebilmek için gerekli minimum gerilim (9-10,5 kV) uygulanmıştır. Topraklama hattına bağlanmış metal plaka şırındanın ucundan 19 cm uzağa yerleştirilmiştir. Nanoliflerin morfolojileri taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile görüntülenmiştir. AN-İtakonik asitkopolimer çözeltilerinden aynı koşullar altında boncuksuz ve sürekli nanolifler elde edilmiştir. Ortalama nanolif çapları, İtakonik asitartışına bağlı olarak 878±18'den 376±7 nm'ye kadar düştüğü görülmüştür. Bu değişim asit gruplarının nanolif oluşumundaki yüklerin transferine olan etkisinden kaynaklandığı düşünülmektedir. Kopolimerlerin intrinsik viskoziteleri ile nanolif çapları arasında bir ilişki olduğu saptanmıştır. İntrinsik viskozitedeki düşüş, nanolif çaplarının azalmasına sebep olmuştur. Üretilen nanofiber matları bir sonraki aşamada yüksek sıcaklıkta ısı ile muamele edilerek hava ortamında oksidatif stabilizasyon gerçekleştirilmiştir. Stabilize edilen nanofiberlerin renklerinin beyazdan, kırmızı-kahverengi çeşitli renk tonlarına döndüğü gözlenmiştir. Renk tonlarındaki çeşitliliğin kopolimerlerde stabilizasyon sonucu oluşan konjugasyonun derecesi ile ilgili olduğu düşünülmektedir. FTIR-ATR spektrometresi kullanılarak halka kapanma reaksiyonları sonucunda oluşması gereken aromatik yapılardaki C-H bağlarının titreşimlerine ait pikler 805 cm-1 dalga sayısında tespit edilmiştir. 2244 cm-1 dalga sayısında gözlenen akrilonitrilin karakteristik C≡N gerilme pikinin ısıl işlemden sonra sönümlendiği, 1585 cm-1 dalga sayısında oluşan -C=N yapıları ile ilişkilendirilen yeni bir pik oluştuğu gözlenmiştir. Nanofiberler ayrıca SEM ile görüntülenerek morfolojik incelemeleri yapılmıştır. Isıl muamele sonucunda nanofiberlerin çaplarında azalma gözlenmiştir. % 1 İtakonik asitbeslemesi ile sentezlenen kopolimerden üretilen nanoliflerin çapları 878±18 nm'den 629±13 nm'ye düşmüştür. Nanofiberlerin silindirik formda ve çaplardaki azalmanın homojen olduğu kabulü yapılarak, çaplardaki değişim üzerinden yüzde hacim kaybı hesaplanmıştır. En düşük İtakonik asitiçeren kopolimerin hacminde % 48,7 lik düşüş gözlenirken, diğer kopolimerlerde hacim değişimi yüzde 20 ile 30 arasında değişmektedir. IA'nın nanoliflerin termal stabilitesini korumaya yardımcı olduğu, kopolimerlerde yüksek asit miktarı ile yüzde hacim kaybının azalması ile kanıtlanmıştır. Sonuç olarak, elektroçekim yöntemi ile hazırlanan AN-İtakonik asitkopolimerlerinin nanofiberlerin karbon nanofiber üretimi için uygun bir başlangıç maddesi olduğu düşünülmektedir. DSC ve TGA sonuçlarından elde edilen kopolimerlerin ısı ile verdiği reaksiyon sıcaklıklarına bakılarak stabilizasyonda % 3 ve daha fazla İtakonik asitbeslemesi ile sentezlenen kopolimerlerin iyi performans göstereceği öngörülmüştür. Üretilen nanoliflerin hava ortamında ısıl muamelesinden sonra morfolojik incelemeleri yapıldığında %1 den yüksek oranda İtakonik asitile sentezlenen kopolimerlerin nanoliflerinde hacim kaybının az olduğu, yani termal stabilitesini koruduğu gözlenmiştir.
Genel Bakış
Hızlı Detaylar
Sınıflandırma:
Karboksil asit
CAS No:
97-65-4
Diğer İsimler:
da methylenesuccinic asit
MF:
c5h4o4
EINECS No:
202-599-6
Sınıf standartı:
Gıda sınıfı
Saflık:
99
Görünüm:
beyaz kristal toz
Uygulama:
gıda katkı
İtakonik asit 97-65-4
Görünüm: beyaz kristal toz
Saflıkta: 99,7% min
Erime noktası: 165-168
Kurutma kaybı: 0.1% max
ürün:İtakonik asit 97-65-4
Görünüm: beyaz kristal toz
Saflıkta: 99,7% min
Erime noktası: 165-168
Kurutma kaybı: 0.1% max
1. özellikleri
İtakonik asit veya metilen sukkinik asit
MW: 130.1; MF: c5h6o4;
2. kullanımının%İtakonik asit( CAS No.: 97- 65- 4):
1) yanı çapraz- bağlama ajanı:
İtakonik asit ve kopolimerizasyonu üretebilir Polistiren ve vinil gibi avantajlara sahip reçine hafifliği, su geçirmez, antipas veiyi plastisite. Cam elyaf dolgu, üretilebilir yanı yüksek- Gücü cam çelik. O Ayrıca kaplanmalıdır kağıt ve carper Arka yüzü.
2) ara madde olarak sentetik elyaf:
İtakonik asitile akrilik elyaf üçüncü monomer olarak gibi avantajları vardır boyanmasıiyi bir duygu ve kolay.
3) bağlayıcı malzeme olarak:
Bir akrilik emülsiyonİtakonik asitiçeren mükemmel bir bağlayıcıdır non- dokuma elyafı. Büyümesine monomerik pvc bağlayıcıİtakonik asitiçereniyi bir bağlayıcıdır kâğıt ve selüloit.
4) üretmekiçin uygulanır deterjanları: bir kopolimer olupİtakonik asit ve akrilik asit antiretroviral polymolecular şelat ajanı görevi görür deterjanıiçin boller ve su- serin sistemi oluşumunu önleyerek Temel kalsiyum ve magnezyum pislik.
5) yapıştırıcı üretiminde: akrilik asit emülsiyon yapılmışİtakonik asit, dahaiyi biriçin yapışkan non- woven elyafların. İtakonik asit monomer PVC yapıştırıcılariçerir güçlü yapışkan özelliği vardır kağıt ve selüloit.
6) üreten diş sticker( yapışkan):
İtakonik asit çapraz arasında bağlantı akrilik asit ve metal oksit değerlikli sentezlenebiliriçin diş Stockeriyi vardır phystolotgic basınç dayanımı ve uyum. Dahası, yapabilirmiş pyrrolldone türevi tarafındanİtakonik asit sentez ve amin, hangi bir bileşiminde yağlayıcı, deterjanı,ilaç ve Herbisit. İtakonik asit,iyi bir sentetik reçine katkı,iyon- değişim reçinesiile yüzey aktif madde,iyi bir plastikleştirici Plastik olarak, malzemeler sitrakonik asit ve bunun anhydrinde,, mezakonik asit ve bunun anhidrit.
7) karbon fiber üretimi
8) üretimi stiren- bütadien Lateks karboksilatlı
9) üretimi Doymamış polyester reçine ve Iyon değiştirme reçinesi
10) üretimi Tekstil ayıraç ve organik kimyasal reaktif
11) Filigran yazdırma ve yapıştırma üretimi ajanı, deterjanı, ot öldürücü,
Anti- ölçekleme ajanıiçerebilir kazanları ve soğutucular ve karşıtı ölçeği- ajanı Deniz suyuiçin kapalı flaşı kazanları
12) karışımındanİtakonik asit ve genişletilebilirlik özellikleri mükemmel şok azaltma
ve otomobil çarpması kullanılabilir redüksiyon ve genişletilebilirlik ve kullanılabilir Otomobil amortisörler
13) üretimi polimerleri emülsiyon akrilik asit, yapıştırıcılar, yağlamaiçin sıvılar matkapları, liflerinin boyanması ajanları kıvamlaştırıcılar ve
14) Kaliteli üretimi kaplama veya sırtlı halıiçin veya kağıt, yanı oluştururistikrarlı emülsiyonlar
15) çimentolama ajanı: plastik ve kaplama yardımcı kullanılarak üretilmektedirİtakonik asit- 1 5 ve% Stireniçin coplymize Hafif avantaja sahiptir, boyamak kolay,izolasyon, ve su geçirmez anti- Korozyon; kullanılabilir yapmayı cam elyaf takviyeli plastik yüksek dayanımlı ya da kat alır halı ve Onun yüzü kağıt.
16)işlemekiçin kullanılır Saydam:
Polimerİtakonik asit, aynı özel parlaklık ve şeffaflık, Uygun yapımında Yapay taşlar( elmas) Ve özel amaçlı Lens.
3. şartname
Görünüm: beyaz kristal veya toz
Saflıkta: 99,7% min
Erime noktası: 165- 168& º; c
Kurutma kaybı: 0.1% max
Kontak Kalıntı: 0.1% max
Renk: 5 APHA max
Demir( fe): 5 ppm max
Ağır metal: 5 ppm max
Klorür: 5 ppm max
Sülfat: 20 ppm max
Cu: 1 ppm max
Mn:: 1 ppm max
4. Ambalaj
1) 25kg kağıdı- dokuma çantaiç- astarlı Plastik çantanın.
2) müşteriisteği üzerine.((such yanı çantası veya 1000 kg 500 kg))
5. Depolama ve taşıma
Nemden uzak tutmak, güneş ışığına, ve yağmura. Bırakmayın açık alan. Karıştırmayınız toksik, odored, renkli veya aşındırıcı madde. Cilt veya gözlerle temasından kaçınınız. Suile yıkayınız temas halinde ağız veya gözile.
6. yükleyebilirsiniz bir 20' fcl 20 ton İtakonik asit.
Üretim İtakonik asit
İtakonik asit, di-karbonik doymamış asidin bir örneğidir. Bu asitler, reçineler, boyalar, plastikler ve sentetik elyaflar (akrilik plastik, süper emiciler ve kireç önleyici maddeler) gibi çok sayıda bileşik için yapı taşı olarak kullanılır [67]. CAC ara cis-aconitat, İtakonik asit üretmek için cis-aconitate dehycarboxylase (CadA) tarafından enzimatik olarak işlenir [68]. Endüstriyel ölçekte, itakonik asidin fermantif üretimi için en çok keşfedilen organizma Aspergillus terrus'tur. İtakonik asidin biyosentetik yolu sitrat biyosentezine benzer, burada CAC akısı cis-aconitate'nin itakonik aside katalitik dönüşümünde kullanılır. Bu nedenle sitrat, oksaloasetat ve asetil CoA'dan sentezlenirken, oksaloasetat, glikolizin son ürünü olan piruvattan başlayan anapleroz ile piruvattan sentezlenir.
İtakonik asit
İtakonik asit kimya endüstrisinde önemli bir yapı taşıdır. Beyaz bir kristal tozdur ve toprakta kolayca biyolojik olarak bozunur. Bu nedenle, çeşitli son kullanıcı endüstrilerinde akrilik asit, maleik anhidrit veya aseton siyanohidrin gibi petro-türevli kimyasallar için optimum bir alternatiftir. İtakonik asit talebi, çoğunlukla çocuk bezlerinde, yetişkin idrar tutamamalarında ve kadın hijyen ürünlerinde kullanılan süper emici polimerlerin üretiminde yüksektir. İtakonik asit, ilave polimerizasyona etkin bir şekilde katılma kabiliyeti nedeniyle bir çapraz bağlama maddesi olarak kullanılır. Ayrıca tohum kaplama, kök daldırma, süs bahçeleri, gıda ambalajı ve yapay karda büyük uygulama alanı bulmaktadır. Ayrıca, borular, suni taşlar, elektrik dolapları ve laminasyon reçinelerinde doymamış polyester reçinelere olan talebin artmasının İtakonik asit talebini artırması beklenmektedir. Yüksek İtakonik asit fiyatı, İtakonik asit pazarının büyümesini engelleyen en önemli faktördür. Poliİtakonik asit (bir İtakonik asit türevi) deterjanlarda sodyum tripolifosfatın yerini alma potansiyeline sahiptir. Bununla birlikte, diğer fosfat içermeyen kurucu maddelerin güçlü bir şekilde kurulması, deterjan uygulamasında itakonik asidin büyümesini engellemektedir. Diğer uygulama segmentleri arasında yağlama yağı, yapıştırıcılar, boyalar ve kaplamalar, farmasötikler, emülgatörler, herbisitler, baskı kimyasalları ve akrilik elyaf bulunur. Küresel pazarın 126 milyon ABD Doları / kg civarında olduğu tahmin edilmektedir (TMR, 2015). Çin'deki üretim patladı ve sonuç olarak piyasa fiyatı yaklaşık 2 ABD Doları / kg veya daha da düştü (Boy ve Lappe, 2012).
İtakonik asit esas olarak belirli filamentöz mantarlar (örn. Ustilago, Helicobasidium ve Aspergillus) kullanılarak fermantasyon yoluyla üretilen biyo bazlı bir üründür. Bir İtakonik asit, sitrakonik asit ve sitrakonik anhidrit karışımı, süksinik anhidridin, formaldehit ile 200-500 ° C'de alkali veya alkalin toprak hidroksitleri varlığında reaksiyona sokulmasıyla da elde edilir (biyo-bazlı süksinat, süksinik anhidrit üretimi için hammadde). Diğer yöntemler, propargil klorürün metal karbonil katalizörleri ile karbonillenmesini ve aynı zamanda biyo-bazlı bir kimyasal olan sitrik asidin termal ayrışmasını içerir. Aspergillus terreus, itakonik asidin endüstriyel üretimi için yaygın olarak kullanılan suştur. Üretim maliyetlerinin azaltılması konusunda önemli miktarda araştırma yapılmıştır: karbon kaynağı olarak kullanılan şekerin selülolitik biyokütle gibi daha ucuz alternatif substratlarla değiştirilmesi; biyoreaktör tipinin ve konfigürasyonunun optimize edilmesi; sürecin daha fazla enerji tasarrufu sağladığı yeniliklerin elde edilmesi; genetik ve metabolik mühendisliği ile gerinim iyileştirmesi, ucuz alternatif substratların vb. 10 yıl. C5 yapı taşı, itaconi'den biyo-bazlı ürünlerin geliştirilmesi için önemli bir pazar fırsatı var
2012-2016 yılları arasında yayınlanan ve analiz edilen en son patentler (348 patent belgesi), öncelikli ülke veya bölgesi ile ayrılmıştır. Patentin öncelikli ülkesi, talepte bulunan kurumun bulunduğu yerdir. Analiz, icatların% 86'sının ilk olarak Çin'de patentlendiğini, bu da ülkenin İtakonik asit teknolojisini geliştirmeye gösterdiği yüksek ilginin bir başka göstergesi olduğunu gösterdi. İtakonik asit patentlerinin en fazla depolandığı ikinci bölge, Japonya'nın bu patentlerin% 60'ından fazlasına sahip olduğu öncelikli ülke olan Asikonik asittir (% 5). ABD ve Avrupa üçüncü ve dördüncü sırayı almaktadır (2012-2016 yılları arasında toplam patentlerin sırasıyla% 4 ve% 3.4'ü). Analiz edilen döneme ait patentlerin yalnızca% 0,86'sı için Güney Amerika öncelikli ülke olmuştur. Bu, Çin'in İtakonik asit teknolojilerine yaptığı güçlü yatırımı ve Çin'in mevcut küresel İtakonik asit pazarındaki konumunu (Bölüm İtakonik asit küresel pazarı) yansıtmaktadır.
İster yayınlanmış makaleler ister patentler olsun, İtakonik asit inovasyonlarındaki ilerlemelerin analizi, İtakonik asit teknolojisi gelişiminin şu anda İtakonik asit ürünlerinin ve uygulamalarının iyileştirilmesine yönelik olduğunu göstermektedir. Çok sayıda patent belgesinin, buluşları piyasaya sürmek amacıyla şirketler veya kurumlar tarafından yatırıldığı için organik asit uygulamasının önemli bir ilgisini kanıtladığına dikkat etmek önemlidir. Bu, İkaconik asidin yenilenebilir kaynaklar için mevcut pazardaki genişlemesinin yüksek bir göstergesidir. Ayrıca, İtakonik asit prosesleri için iyileştirmeler yapıldığını ve İtakonik asit ürünlerine olan ilginin farklı ilçeleri ilgilendirdiğini, özellikle de şu anki daha büyük İtakonik asit dünya üreticisi olan Çin'i ilgilendirdiğini göstermektedir.
İtakonik asit veya metilidenesuccinic acid, organik bir bileşiktir. Bu dikarboksilik asit, su, etanol ve asetonda çözünen beyaz bir katıdır. İtakonik asit Halihazırda ham petrol, doğal gaz ve kömür kimyasalların üretimi için hala birincil hammaddedir. Sürdürülebilirlik, çevre koruma ve enerji sıkıntısı konusundaki artan endişe, fosil kaynaklarının önemli kimyasalların üretimi için hammadde olarak değiştirilmesi için uygulanabilir, yenilenebilir ve çevre dostu alternatif arayışlarını yönlendirmektedir. Bitki biyokütlesi, sürdürülebilir bir kaynak olduğu ve fosilleşmiş karbonu serbest bırakmadığı için en uygun alternatif olarak kabul edilir. Bugüne kadar petrol rafinasyonu yapılan süksinik asit, 1,3-propandiyol ve etanol gibi birçok kimyasal, yenilenebilir biyokütleden başarılı bir şekilde üretilmektedir.
Bu kimyasallar arasında, Itaconic Acid (IA), çok çeşitli gerçek ve potansiyel uygulamalara sahip önemli bir platform kimyasaldır. Çok çeşitli petrol bazlı kimyasalları değiştirmek için kullanılabilir, örn. petrole bağımlılığı ve zararlı çevresel etkileri azaltacak akrilik asit. Buna rağmen, akrilik asit ve diğer alternatiflere göre yüksek maliyeti nedeniyle düşük niş pazarlarda kullanımını sınırlayarak sadece bir niş pazar kaplar. Esas olarak, şekerlerin Aspergillus terreus ile fermentasyonu, bakteriyel ve maya fermentasyonu ile sınırlı başarı ile üretilir. Bu derlemede IA'nin fiziko-kimyasal özellikleri, itakonik asitin mevcut ve potansiyel kullanımları, IA sentezinde kullanılan mikroorganizmalar, italonik asit uygulamalarında fermentasyon süreçleri, koşullar ve gelecekteki perspektifler ele alınmaktadır.
Halen, ham petrol, doğal gaz ve kömür hala kimyasal madde üretimi için birincil hammaddedir. Sürdürülebilirlik, çevrenin korunması ve enerji kıtlığı konusundaki artan endişe, önemli kimyasalların üretimi için hammadde olarak fosil kaynaklarının yerini alacak şekilde uygulanabilir, yenilenebilir ve çevre dostu alternatifler arayışına yön vermektedir. Bitki biyokütlesi, sürdürülebilir bir kaynak olduğu ve fosilleşmiş karbonu serbest bırakmadığı için en uygun alternatif olarak kabul edilir. Şimdiye kadar petrol rafinasyonundan yapılan süksinik asit, 1,3-propandiol ve etanol gibi birçok kimyasal, şimdi yenilenebilir biyokütleden başarıyla üretilmektedir.
Bu kimyasallar arasında, Itaconic Acid (IA) çok çeşitli gerçek ve potansiyel uygulamalara sahip önemli bir platform kimyasalıdır. Çok çeşitli petrol bazlı kimyasalların, ör. petrol bağımlılığı ve eşlik eden zararlı çevresel etkileri azaltacak akrilik asit. Buna rağmen, akrilik asit ve diğer alternatiflere göre yüksek maliyeti nedeniyle sadece niş bir pazar kaplar ve böylece kullanımını düşük hacimli pazarlarla sınırlar. Esas olarak şekerlerin aspergillus terreus ile fermantasyonu ile bakteriyel ve maya fermantasyonları ile sınırlı başarı ile üretilir. Bu derleme IA'nın fiziko-kimyasal özelliklerini, itakonik asidin mevcut ve potansiyel kullanımlarını, IA sentezinde kullanılan mikroorganizmaları, fermantasyon süreçlerini, itakonik asit uygulamalarındaki koşulları ve gelecekteki bakış açılarını tartışmaktadır.
Tarihsel olarak itakonik asit, sitrik asidin damıtılmasıyla elde edilir, ancak şu anda fermantasyon ile üretilmektedir. İtakonik asit adı, bir başka sitrik asit türevi olan akonitik asidin bir anagramı olarak tasarlanmıştır.
Laboratuvar sentezi ve reaksiyonları
Sitrik asidin kuru damıtılması, itakonik aside hidrolize giren itakonik anhidrit verir. Isıtma üzerine itakonik anhidrit, sitrakonik aside (2-metilmaleik aside) hidrolize edilebilen sitrakonik asit anhidride izomerleşir.
İtakonik ve akonitik asitler aracılığıyla sitrik asidin sitrakonik aside dönüştürülme adımları.
Üretim
1960'lardan bu yana endüstriyel olarak, Aspergillus itaconicus veya Aspergillus terreus gibi mantarlar kullanılarak glikoz veya melas gibi karbonhidratların fermantasyonu ile üretilmektedir.
A. terreus için itakonat yolu çoğunlukla açıklığa kavuşturulmuştur. İkononat için genel olarak kabul edilen yol, glikoliz, trikarboksilik asit döngüsü ve cis-aconitate'nin cis-aconitate-decarboxylase yoluyla iconcon'a dekarboksilasyonudur.
Isırgan mantar Ustilago maydis alternatif bir yol kullanır. Cis-aconitate, aconitate-Δ-izomeraz (Adi1) yoluyla termodinamik olarak tercih edilen trans-aconitate dönüştürülür. trans-Aconitate ayrıca trans-aconitate-decarboxylase (Tad1) ile itakonata dekarboksilatlanır.
Itaconic acid ayrıca makrofaj soy hücrelerinde üretilir ve bu nedenle Salmonella enterica ve Mycobacterium tuberculosis gibi izositrat liyaz enzimini eksprese eden bakterilere karşı in vitro aktiviteye sahiptir.
Bununla birlikte, makrofaj soy hücreleri, itakonat yapmak için "fiyatı ödemek" zorundadır ve mitokondriyal substrat düzeyinde fosforilasyon gerçekleştirme yeteneğini kaybederler.
Uygulama
Itaconic acid esas olarak kağıt ve mimari kaplama endüstrisindeki uygulamalarla akrilonitril bütadien stiren ve akrilat latekslerin üretiminde ko-monomer olarak kullanılır
İtakonik asit
Itaconic asit ilk olarak 1837'de sitrik asidin termal dekarboksilasyonu ile sentezlendi.7 Başka sentetik yaklaşımlar bildirildi, ancak bunların hiçbirinin ekonomik olarak uyumlu olmadığı kanıtlandı.8 Itaconic asit, üretimi için bir platform kimyasalı olarak kullanılan organik bir asittir. poli-itakonik asit, reçineler biyoyakıt bileşenleri, iyonomer çimentoları gibi çeşitli katma değerli kimyasallar. İtakonik asit ve türevleri tekstil, kimya ve ilaç endüstrilerinde geniş uygulama alanlarına sahiptir. Fosil yakıtların tükenmesi ve sürdürülebilir kalkınma ihtiyacı, fermantatif itakonik asit üretiminin petrol bazlı itakonik asit üretim yöntemlerinin yerini almasını gerektirir. Bu kimyasallar arasında, Itaconic Acid (IA) çok çeşitli gerçek ve potansiyel uygulamalara sahip önemli bir platform kimyasalıdır. Çok çeşitli petrol bazlı kimyasalların, ör. petrol bağımlılığı ve eşlik eden zararlı çevresel etkileri azaltacak akrilik asit. Buna rağmen, akrilik asit ve diğer alternatiflere göre yüksek maliyeti nedeniyle sadece niş bir pazar kaplar [5] ve böylece kullanımını düşük hacimli pazarlarla sınırlar. Esas olarak şekerlerin bakteri ve maya fermantasyonları ile sınırlı başarı ile Aspergillus terreus ile fermantasyonu ile üretilir. Itaconic asit, aynı zamanda metilenesüksinik asit veya metilenebutanedioik asit olarak da bilinen doğal olarak doymamış bir 5-C dikarboksilik asittir [6]. Itaconic asit ilk olarak Baup tarafından 1836'da sitrik asit damıtma ürünü olarak keşfettiğinde tanımlanmıştır. İtakonik asit stokiyometrik formül C5H6O4'e ve 130.1 g / mol molar ağırlığa sahiptir. 25 ° C'de 1.573 g / mL yoğunluğa, 165-168 ° C erime noktasına ve 268 ° C parlama noktasına sahip beyaz ila açık bej kristaller olarak bulunur [6]. 20 ° C'de 80.1 g / L'ye kadar suda çözünür, bu da kristalizasyon ile saflaştırmayı oldukça kolaylaştırır [7]. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, IA'nın, metanol, 2-propanol ve etanol dahil olmak üzere çeşitli alkollerde de çözünürlüğü ve sıcaklık ile arttığı bulunmuştur [8]. Itaconic asit ayrıca doğada kolayca biyolojik olarak bozunur.
Itaconic asit, esas olarak metilen grubundan ve iki karboksilik asit grubuna sahip olmasından kaynaklanan benzersiz kimyasal özellikleri nedeniyle bir monomer olarak değerlidir. İtakonik asit ayrıca polimerizasyona katılabilir ve polimer üzerinde avantajlı özellikler kazandıran birçok serbest karboksil grubuna sahip polimerler verir. Kendiliğinden polimerize olabilir veya heteropolimerler oluşturmak için diğer monomerlerle birlikte monomer görevi görebilir [9]. PKa değerleri 3.85 - 5.45 olan iki protonasyon durumuna sahiptir ve 3.6 derecelik bir azalma derecesi ile, 4.0 değeri olan glikozdan biraz daha oksitlenmiştir [10]. İtakonik asit, akrilik asitten iki kat daha asidiktir ve potansiyel monomerik ikameler olan maleik ve fumarik asitlerden daha reaktiftir [11].
İtakonik asit, her ikisi de ticari olarak temin edilebilen dimetil itakonat ve di-n-bütil itakonat gibi çeşitli metalik tuzları ve diesterleri kolayca oluşturur. Itaconic anhydride, monometil itakonat gibi mono esterlerin hazırlanması için kullanılabilir veya greslerde, deterjanlarda, şampuanlarda, herbisitlerde ve farmasötiklerde gerçek veya önerilen kullanımlarla N-ikameli pirolidonlar vermek üzere aminler ile reaksiyona girebilir. Laurik asit ve aminoetiletanolamin kondensatı, şampuanlarda aktif bir bileşen olan imidazolin türevi vermek üzere IA ile reaksiyona girer [7]. Son zamanlarda Aspergillus aculeatus CRI322-03'ün metabolitleri olarak iki yeni itakonik asit türevi (-) - 9-hidroksiheksikonikonik asit ve (-) - 9-hidroksiheksikonikonik asit-4-metil ester bulunmuştur [12].
A. terreus için itakonat yolu çoğunlukla açıklığa kavuşturulmuştur. İkononat için genel olarak kabul edilen yol, glikoliz, trikarboksilik asit döngüsü ve cis-aconitate'nin cis-aconitate-decarboxylase yoluyla cis-aconitate'nin iakonata dekarboksilasyonudur. [3]
Isırgan mantar Ustilago maydis alternatif bir yol kullanır. Cis-aconitate, aconitate-Δ-izomeraz (Adi1) yoluyla termodinamik olarak tercih edilen trans-aconitate dönüştürülür. [4] trans-Aconitate ayrıca trans-aconitate-decarboxylase (Tad1) ile itakonata dekarboksilatlanır. [4]
Itaconic acid ayrıca makrofaj soy hücrelerinde de üretilir ve bu nedenle Salmonella enterica ve Mycobacterium tuberculosis gibi izositrat liyaz enzimini eksprese eden bakterilere karşı in vitro aktiviteye sahiptir. [5]
Bununla birlikte, makrofaj soy hücreleri, itakonat yapmak için "bedelini ödemek" zorundadır ve mitokondriyal substrat düzeyinde fosforilasyon gerçekleştirme yeteneğini kaybederler. [6]
Laboratuvar sentezi İtakonik asit
Sitrik asidin kuru damıtılması, itakonik aside hidrolize giren itakonik anhidrit verir. [7] İtakonik asit, metil hidrojenlerden birinin bir karboksilik asit grubu ile ikame edildiği metakrilik asit olan bir dikarboksilik asittir. Bir mantar metaboliti ve bir insan metaboliti olarak rol oynar. Bir dikarboksilik asit ve bir olefinik bileşiktir. Bir süksinik asitten türetilir. Bir itakonatın konjugat asididir (2-).
Reaksiyonlar Itaconic acid
Isıtma üzerine itakonik anhidrit, sitrakonik aside (2-metilmaleik aside) hidrolize edilebilen sitrakonik asit anhidride izomerleşir. [8]
İtakonik asit İtakonik ve akonitik asitler yoluyla sitrik asidin sitrakonik aside dönüştürülme adımları İtakonik asit, di-karbonik doymamış asidin bir örneğidir. Bu asitler, reçineler, boyalar, plastikler ve sentetik elyaflar (akrilik plastik, süper emiciler ve kireç önleyici maddeler) gibi çok sayıda bileşik için yapı taşı olarak kullanılır [67]. CAC ara cis-aconitat, cis-aconitate Itaconic asit (veya metilenesüksinik asit, CAS 97-65-4) tarafından enzimatik olarak işlenir, doymamış bir organik diasittir. Bu doymamışlık, itakonik asidi, bir platform kimyasalı olarak akrilik asit için olası bir ikame yapar, çünkü buna ek olarak - benzer şekilde polimerize edilebilir. İyonik asit pazarı 2011 yılında 74 milyon ABD doları olarak tahmin edilmiştir ve 2020 yılına kadar 216 milyon ABD dolarına ulaşabilir. İtakonik asit (IA), Aspergillus terreus'un fermantasyonu ile elde edilebilen yenilenebilir bir monomerdir (Willke ve Vorlop, 2001). Yanal vinil kısmı nedeniyle akrilik ve metakrilik asitlerle yapısal benzerlikler sunar (Giacobazzi, Gioia, Colonna ve Celli, 2019). IA, ekzo çift bağı aza-Michael alıcısı olduğu için polimerlere moleküler karmaşıklık kazandırmak için fırsatlar sunar (Pellis, Hanson ve diğerleri, 2019). Bununla birlikte, poli (itakonat) şu ana kadar çok az araştırılmıştır, çünkü IA'nın kimyasal polikondansasyonu 150 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda meydana gelir ve Ordelt doygunluğuna, CC bağının izomerleşmesine ve çapraz bağlanmaya neden olur (Şekil 3) (Pellis, Hanson ve diğerleri, 2019). Bu tür sıcaklıklarda Ordelt doygunluğunu sınırlamak için etkili bir çözüm bulunmamakla birlikte, inhibitörler (Satoh, Lee, Nagai ve Kamigaito, 2014) kullanılarak radikal reaksiyonlardan kaçınılabilir (Farmer, Castle, Clark ve Macquarrie, 2015) sitrik asidin damıtılması, 1960'dan beri itakonik asit, A. terreus tarafından karbonhidratların fermantasyonu ile üretilmiştir (Mitsuyasu ve diğerleri, 2009; Hajian ve Yusoff, 2015). Itaconic acid, dünyanın en büyük üreticileri ABD, Japonya, Rusya ve Çin olmak üzere çok sayıda endüstride uygulanmıştır (Global Industry Analysts Inc., 2011).
Ranon nikeli üzerinde itakonik asidin kısmi hidrojenasyonu 2-metilsüksinik asit verir. [9]
itaconik acid esas olarak kağıt ve mimari kaplama endüstrisindeki uygulamalarla akrilonitril bütadien stiren ve akrilat latekslerin üretiminde ortak monomer olarak kullanılır.
İtakonik asit Fiziko-kimyasal Özellikleri
Itakonik acid, metilenesüksinik asit veya metilenebutanedioik asit olarak da bilinen doğal olarak oluşan doymamış bir 5-C dikarboksilik asittir Itaconic asit, Baup tarafından ilk olarak 1836'da sitrik asit damıtma ürünü olarak keşfettiğinde tanımlanmıştır. İtakonik asit stokiyometrik formül C5H6O4'e ve 130.1 g / mol molar ağırlığa sahiptir. 25 ° C'de 1.573 g / mL yoğunluğa sahip beyaz ila açık bej kristaller olarak bulunur.° C, 165-168 ° C'lik bir erime noktası ve 268 ° C'lik bir parlama noktası 20 ° C'de 80.1 g / L'ye kadar suda çözünür, bu da kristalleştirme ile saflaştırmayı oldukça kolaylaştırır. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada IA'nın ayrıca, metanol, 2-propanol ve etanol dahil olmak üzere çeşitli alkollerde çözünürlüğü ve sıcaklık ile arttığı bulunmuştur. Itaconic asit ayrıca doğada kolayca biyolojik olarak bozunur.
Itakonik asit, esas olarak metilen grubundan ve iki karboksilik asit grubuna sahip olmasından kaynaklanan benzersiz kimyasal özellikleri nedeniyle bir monomer olarak değerlidir. İtakonik asit ayrıca polimerizasyona katılabilir ve polimer üzerinde avantajlı özellikler kazandıran birçok serbest karboksil grubuna sahip polimerler verir. Kendiliğinden polimerize olabilir veya heteropolimerler oluşturmak için diğer monomerlerle birlikte monomer görevi görebilir. PKa değerleri 3.85 - 5.45 olan iki protonasyon durumuna sahiptir ve 3.6 derecelik bir azalma derecesi ile, 4.0 değeri olan glikozdan sadece biraz daha oksitlenmiştir. İtakonik asit, akrilik asitten iki kat daha asidiktir ve potansiyel monomerik ikameler olan maleik ve fumarik asitlerden daha reaktiftir.
İtakonik asit, her ikisi de ticari olarak temin edilebilen dimetil itakonat ve di-n-bütil itakonat gibi çeşitli metalik tuzları ve diesterleri kolayca oluşturur. Itaconic anhydride, monometil itakonat gibi mono esterlerin hazırlanması için kullanılabilir veya greslerde, deterjanlarda, şampuanlarda, herbisitlerde ve farmasötiklerde gerçek veya önerilen kullanımlarla N-ikameli pirolidonlar vermek üzere aminler ile reaksiyona girebilir. Laurik asit ve aminoetiletanolamin kondensatı, şampuanlarda aktif bir bileşen olan bir imidazolin türevi vermek üzere IA ile reaksiyona girer. Son zamanlarda Aspergillus aculeatus CRI322-03 metabolitleri olarak iki yeni itakonik asit türevi (-) - 9-hidroksiheksikonikonik asit ve (-) - 9-hidroksiheksikonikonik asit-4-metil ester bulunmuştur.
İtakonik asit ya da metilidenesüksinik asit, organik bir bileşiktir. Bu dikarboksilik asit, su, etanol ve asetonda çözünen beyaz bir katıdır. Tarihsel olarak, itakonik asit sitrik asitin damıtılmasıyla elde edilmiştir, ancak şu anda fermantasyon ile üretilmektedir. Adonik asit ismi, sitrik asitin başka bir türevi olan bir akonitik asit anagramı olarak tasarlandı.
İtakonik asit Laboratuvar sentezi ve reaksiyonları
Sitrik asitin kuru distilasyonu, itakonik aside hidrolize maruz kalan itakonik anhidriti verir. Isıtma sonrası, itakonik anhidrit, sitrakonik asit (2-metilmalik asit) 'e hidrolize edilebilen sitrakonik asit anhidridine izomerize edilir.
Sitrik asitin sitikonik aside, itakonik ve aconitik asitler ile dönüştürülmesindeki basamaklar.
itakonik asit ve polimerleri doğal bir madde ekleyerek etkili deodorant haline getirilebilir, amonyum, amin ve hidrojen sülfür gibi alkali veya asidik koku ile reaksiyona girebilir. Ayrıca kağıt ve plastik ince filmde de kullanılabilir. koku giderme fonksiyonu.
2. İtakonik asit, kağıt kaplamalarda, metal ve beton boyalarda yaygın olarak kullanılan SBR lateksi hazırlamak için stiren ve bütadien ile kopolimerize edebilir. Kaliteyi iyileştirmek için boyalarda kullanılır ve halıyı daha dayanıklı hale getirmek için fiber halı boyutlandırma ajanı olarak kullanılır.
3. İyonik asit, yapışmayı, renk ve hava direncini arttırmak için emülsiyon kaplama, deri kaplama, araba, buzdolabı ve diğer elektrikli cihazlar için yaygın olarak kullanılan reçineleri hazırlamak için akrilik ve metakrilik asit veya esterleri ile reaksiyona girebilir. Aynı zamanda metalobidler yardımıyla diş yapıştırıcısında mükemmel yapışma özelliğine sahip eletroporetik kaplamada da kullanılırlar. Kloroalkil dimetil benzilamonyum klorür eklendiğinde, bakteri kontaminasyonunu azaltmak için gıda ambalajı için suda çözünebilir kaplama hazırlamak için kullanılabilirler.
4. İyonik asit esterleri boya, iyon değiştirme reçinesi, yağlayıcı, bağlayıcı, plastikleştirici, dolgu macunu ve kalıplama plastiklerinde kullanılabilir.
5. Diğer bazı itakonik asit türevleri tıp, kozmetik, yağlayıcı, kıvam arttırıcı, herbisit ve yün modifiye edicilerde kullanılmaktadır.
İtakonik asit Üretim
1960'lardan beri, endüstriyel olarak Aspergillus itaconicus veya Aspergillus terreus gibi mantarlar kullanılarak glikoz veya melas gibi karbonhidratların fermantasyonu ile üretilir.
A. terreus için itakonat yolu çoğunlukla aydınlatılmaktadır. Genel olarak kabul edilen italonat rotası, glikoliz, trikarboksilik asit döngüsü ve cis-aconitate-dekarboksilaz aracılığıyla itakon haline getirmek için cis-aconitate'nin dekarboksilasyonudur.
Smut mantarı Ustilago maydis alternatif bir yol kullanır. Cis-aconitate, aconitate-Δ-izomeraz (Adi1) yoluyla termodinamik olarak tercih edilen trans-aconitate dönüştürülür. trans-Aconitate, trans-aconitate-decarboxylase (Tad1) ile ikincil olarak dekarboksile edilir.
Amino asit, makrofaj soyunun hücrelerinde de üretilir ve bununla birlikte, Salmonella enterica ve Mycobacterium tuberculosis gibi enzim izositrat liyazını eksprese eden bakterilere karşı in vitro aktiviteye sahiptir.
Bu çalısmada, akrilamid monomeri ile birlikte yardımcı monomer itakonik asit ve denetimli salınım sistemlerinde ve potansiyel bir tasıyıcı sistem olarak kullanılabilme olasılıklarından dolayı PEG kullanılarak kimyasal çapraz baglı polimerlerin sentezi, karakterizasyonu ve sentezlenen polimerlerin yüzeye sogurum özelliklerinin arastırılması amaçlanmıstır. Kimyasal çapraz baglı akrilamid/itakonik asit/poli(etilen glikol) (AAm/A/PEG) kopolimerleri, çapraz baglayıcı trimetilolpropan triakrilat (TMPTA) kullanılarak sulu çözeltide serbest radikalik polimerlesme tepkimesi ile hazırlanmıstır. Tepkimede baslatıcı olarak amonyum persülfat, hızlandırıcı olarak N,N,N',N'-tetrametiletilendiamin kullanılmıstır. Sentezlenen kimyasal çapraz baglı kopolimerlerin yapısal karakterizasyonu Fourier Transform nfrared Spektroskopisi (FT-IR) analizi ile yapılmıstır. Sisme karakterizasyonu için akrilamid/itakonik asit/PEG kopolimerlerine 25oC'da dinamik sisme testleri uygulanmıstır. Sisme kinetigi ve difüzyon mekanizması ile ilgili parametreler sisme çalısmaları kullanılarak hesaplanmıstır. Kimyasal çapraz baglı akrilamid/itakonik asit/PEG kopolimerlerinin yüzeye sogurum özelliklerini arastırmak için Basic Blue 12 (BB 12) gibi bir boyarmadde ve uranil iyonlarını içeren uranyum asetat gibi iki model molekül seçilmistir. Kimyasal çapraz baglı akrilamid/itakonik asit/PEG kopolimerleri, 25oC'ta BB 12'nin ve uranyum asetatın sulu çözeltileri ile dengeye gelene dek etkilestirilerek sogurum özellikleri arastırılmıstır. Deneyler sonunda %53-64 BB 12, %25-57 Uranil iyonu sogurumu saptanmıstır.
In this study, it was aimed that synthesis of chemically crosslinked polymers by using acrylamide as monomer with itakonic acid as comonomer and PEG for water-absorbent composite system, characterization and the investigation of adsorption properties of synthesized polymers. Chemically crosslinked acrylamide/itakonic acid/PEG copolymers were prepared by free radical polymerization in aqueous solution using trimethylopropane triacrylate as crosslinkers. Ammonium persulphate as initiator and N,N,N',N'- tetramethylethylenediamine as accelerator were used in the reaction. Structural characterization of chemically crosslinked acrylamide/itakonic acid /PEG copolymers was made with Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) analysis. Dynamic swelling tests were applied to chemically crosslinked acrylamide/itakonic acid/PEG copolymers at 25oC for swelling characterization. Parameters about swelling kinetics and diffusion mechanism were calculated by using of the results of swelling studies. Basic Blue 12 (BB 12) and uranium acetate (for uranyl ions) were selected as model molecules to investigate adsorption properties of chemically crosslinked acrylamide/itakonic acid/PEG copolymers. Adsorption properties were investigated by interacting chemically crosslinked acrylamide/itakonic acid/PEG copolymers samples with BB 12 and uranium acetate (for uranyl ions) until equilibrium at 25oC. At the end of the experiments %53-64 BB 12, %25-57 Uranyl ions adsorptions were determined.
Bununla birlikte İtakonik asit , makrofaj soyunun hücreleri itakonat yapmak için "bedeli ödemek" zorundadır ve mitokondriyal substrat seviyesi fosforilasyonu gerçekleştirme yeteneğini kaybederler.
İtakonik asit Uygulama
Itakonic asit öncelikle kağıt ve mimari kaplama endüstrisindeki uygulamalar ile akrilonitril bütadien stiren ve akrilat lateks üretiminde ko-monomer olarak kullanılır.
İtakonik asit Uygulamalar ve Pazar
İvconik asit ve polimerleri halihazırda drop-in veya yeni ikame monomer olarak çok sayıda uygulamada kullanılmaktadır, burada bazen geleneksel ikame maddelerine üstün kılan nihai ürün üzerinde olumlu özellikler vermektedirler. IA polimerizasyon reaksiyonlarının ortak son ürünleri arasında, stiren, bütadien ve itakonik asitin polimerizasyonundan elde edilen poliitakonik asit (PIA) ve stiren-bütadien kauçuk (SBR) lateksi yer alır. İyonik asit, geliştirilmiş özelliklere sahip süper emici polimerlerin üretiminde kullanılmak üzere akrilik asidin yerine geçebilir ve şu anda Doymamış Organik Reçinelerin (UPR) üretiminde kullanılan maleik anhidrit; PIA, deterjanlarda kullanılan sodyum tripolifosfat (STPP) yerini alabilir. IA ile takviye edilmiş akrilat lateksler, dokumasız kumaş bağlayıcılar olarak kullanılabilir ve bir başka polimerden daha fazla boyamak için IA ve akrilonitrilin bir kopolimeri de boyamak için daha kolay olurken, bir boyutlandırma maddesi olarak IA içeren halılar aşınmaya karşı arttırılmış bir dirence sahiptir.
İtakonik asit Sanayi Kullanımları
Yapıştırıcılar ve dolgu macunu kimyasalları
Tarım kimyasalları (haşere öldürücü olmayan)
İtakonik asit Diğer kategoriler tarafından tarif edilmeyen bilinmeyen veya makul şekilde kesin olarak bilinemeyenPaint katkı maddeleri ve kaplama katkı maddeleri
plastikleştiriciler
İtakonik asit Tüketici Kullanımları
Yapıştırıcılar ve sızdırmazlık ürünleri
Tarım ürünleri (non-pestisidal)
Giyim ve ayakkabı bakım ürünleri
Bilinmiyor veya makul bir şekilde kesin değil
Boyalar ve kaplamalar
İtakonik asit Fiziko kimyasal özellikleri
Itakonic asit, doğal olarak oluşan doymamış 5-C dikarboksilik asittir ve aynı zamanda metilensüksinik asit veya metilenebütanedioik asit olarak da bilinir. İcononik asit, ilk olarak 1836'da Baup tarafından bir sitrik asit damıtma ürünü olarak keşfedildiğinde tanımlanmıştır. İtakonik asit stoyiometrik formül C5H6O4 ve 130.1 g / mol molar ağırlığa sahiptir. 25 ° C'de 1.573 g / mL yoğunluğa, 165-168 ° C'lik bir erime noktasına ve 268 ° C'lik bir parlama noktasına sahip açık bej kristallerine kadar beyaz olarak bulunur. 20 ° C'de 80.1 g / L'ye kadar suda çözünür ° C, kristalizasyon ile saflaştırmayı oldukça kolaylaştırır. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, IA'nın, metanol, 2-propanol ve etanol dahil olmak üzere çeşitli alkollerde çözünürlüğü sıcaklık ile arttınldığı bulunmuştur. Itaconic asit ayrıca doğada kolayca biyolojik olarak parçalanabilir.
Itakonic asit, esas olarak metilen grubundan ve iki karboksilik asit grubuna sahip olmasından kaynaklanan benzersiz kimyasal özellikleri nedeniyle bir monomer olarak değerlidir. İMONİK ASİT, polimerizasyona ek olarak, polimer üzerinde avantajlı özellikler kazandıran birçok serbest karboksil grubuyla polimerlere sahip olabilir. Kendi kendine polimerize olabilir veya heteropolimerler oluşturmak için diğer monomerlerle birlikte bir ko-monomer olarak hareket edebilir. 3,85 - 5,45 pKa değerlerine sahip iki protonasyon durumuna sahiptir ve 3.6 azalma derecesi ile, 4.0 değeri ile glikozdan biraz daha fazla oksitlenmiştir. Itaconic asit, akrilik asit kadar asidik asit ve potansiyel monomerik ikame maddeleri olan maleik ve fumarik asitlerden daha reaktiftir.
İtakonik asit, her ikisi de ticari olarak temin edilebilen dimetil itakonat ve di-n-bütil itakonat gibi bir dizi metalik tuz ve diester oluşturur. Amonyum anhidrit, monometil itakonat gibi mono esterlerin hazırlanması için kullanılabilir veya aminler ile reaksiyona girerek, gliser, deterjan, şampuan, herbisit ve farmasötiklerde fiili veya önerilen kullanımlarla N-ikameli pirrolidonları verir. Bir laurik asit ve aminoetiletanolamin kondansatı, şampuanlarda aktif bir bileşen olan bir imidazolin türevini vermek üzere IA ile reaksiyona girer. Son zamanlarda Aspergillus aculeatus CRI322-03'ün metabolitleri olarak iki yeni itakonik asit türevi (-) - 9-hidroksihekzliklitakonik asit ve (-) - 9-hidroksihekzilitakonik asit-4-metil ester bulunmuştur.
Bu çalışmada itakonik asit (IA) ve N-izopropilakrilamid (NIPAAm) monomerlerinden farklı pH değerlerinde (pH=3 ve pH=5) hazırlanan kopolimerlerde reaktiflik oranları hesaplandı. Reaksiyon süresi, dönüşüm en fazla 15% olacak şekilde belirlendi. Kopolimerler sentezlendikten sonra bileşimleri kondüktometrik ve potansiyometrik titrasyon yöntemleri ile belirlenmiştir. Kalibrasyon eğrilerinin çizilmesi için önce PIA'in 0.1N NaCI içinde farklı konsantrasyonlarda çözeltileri hazırlandı. PIA çözeltilerinin titrasyonu potansiyometrik ve kondüktometrik metodlar kullanılarak 0.1N NaOH (F=0.9443) ile yapıldı. Dönüm noktaları için sarf edilen NaOH hacimleri PIA konsantrasyonuna karşı grafiğe çizildiğinde kalibrasyon eğrileri elde edildi. Kopolimerlerin 0.1N NaCI'de hazırlanan çözeltileri 0.1N NaOH ile titre edildi. Titrasyonda dönüm noktalarına karşılık gelen hacim değerleri, kullanılan yönteme uygun kalibrasyon eğrisinde işaretlenerek, kopolimerlerdeki IA bileşimi (FIA) bulundu. Finemann-Ross, Kelen-Tüdös, Genişletilmis Kelen-Tüdös, Mayo-Lewis doğrusal ile Tidwell-Mortimer doğrusal olmayan metodları kullanılarak reaktiflik oranları hesaplandı.Reaktiflik oranları beklendiği gibi değişiklik göstermiş ve pH=3'de IA daha aktif bir komonomer iken pH=5'de NIPAAm daha reaktif duruma geçmiştir.
In this work the reactivity ratios of itaconic acid (IA) and N-isopropylacrylamide (NIPAAm) copolymers, prepared at different pH values (pH=3 and pH=5), was calculated. Reaction period was kept the conversion up to 15%. The mole fractions of copolymers were determined by using conductometric and potentiometric methods. Firstly, for plotting the calibration curve, the homo PIA was dissolved in 0.1N NaCI in different concentrations. These solutions were titrated by potentiometric and conductometric methods using 0.1N NaOH (F=0.9443). The volumes of the NaOH used in the inflection points versus PIA concentration were plotted in order to obtain the calibration curves. Prepared solutions of copolymers in 0.1N NaCI, titrated with 0.1N NaOH. The NaOH volume requested for the infection points were applied to the appropriate calibration curve to calculate the IA mole fraction (FIA) in the copolymers. Finemann - Ross, Kelen - Tudos, Extended Kelen - Tudos, Mayo - Lewis linear methods and Tidwell - Mortimer, non linear methods used to calculate the reactivity ratios of monomers. Reactivity ratios showed the change with increasing the pH value and IA is active monomer pH=3, while NIPAAm is the active one in pH=5.
Akriîamid monomeri ile değişik miktarlarda itakonik asitin sulu çözeltileri hazırlanmışın'.
Bu çözeltiler yaklaşık 3 mm çapındaki plastik pipetlere doldurularak Gamacell tipi bir Ğ0Co y
kaynağında değişik sürelerde tutularak farklı ışınlama dozunda ışınlanmış örnekler elde edilmiştir.
Elde edilen örneklere önce şişme testleri uygulanmıştır.İtakonik asit 25°C'da yapılan şişme denemeleri sonunda, ağ yapı araştırılmış, bazı şişme özellikleri incelenmiş ve difüzyonla ilgili bazı
hesaplamalar yapılmıştır. Hidrojellerin spektroskopik analizi için İR spektrıımları FT-ÎR
spektrofotometresinin fotoakustik hücresi kullanılmıştır. Isısal analiz için DSC tennogramları İtakonik asit
alınmış ve mekanik analiz için çekme-uzama denemeleri yapılmıştır.
İtakonik asit ile Yapılan denemeler sonunda jellerde kütlece 900- 2200 arasında denge yüzde şişme, hacimce 1100 - 2800 arasında denge yüzde şişme değerleri bulunmuştur. Ağ yapıyı aydınlatacak
önemli bir parametre olan çapraz bağlar arası sayıca ortalama mol kütlesi (Mc) tüm örnekler
için ayıı ayrı hesaplanmıştır. Her örnek için çapraz bağ yoğunluğu (q) ve difüzyon katsayısı
(D)ve Özgül difüzyon katsayısı (Dözg) hesaplanmıştır. Ayrıca hidrojel sistemleri için difüzyon
türünün Anormal (Fick tipi olmayan) olduğu saptanmıştır. Spektroskopik analiz sonucu ana zincir
yapısına itakonik asitin girdiği ve rastgele kopolimerleşme yaptığı anlaşılmıştır. Isısal analiz
sonucu yapıya giren itakonik asitin PAAmnin camsı geçiş sıcaklığını düşürdüğü görülmüştür.
Mekanik analiz sonunda ise itakonik asit içeriğini artması ile hidrojelin kopmadaki uzama değeri önce bir artış gösterip daha sonra azalma gösterdiği bulunmuştur.
Akrilamid-itakonik asit hidrojellerinde şişme özelliğinin itakonik asit derişimi ile arttığı,
ışınlama dozu arttıkça da azalma gösterdiği izlenmiştir. Hazırlanan jel sistemlerinin çok iyi
birer su tutucu oldukları gözlenmiştir. Hidrojellerin su tutma özellikleri ve yüzde şişme değerlerinin bilinmesinin büyük önemi vardır. Şişme özelliklerinin bilinmesi, hidrojellerin denetimli salınım teknolojisindeki uygulanabilirliklerinin ve endüstriyel kullanılabilirliklerinin bir ölçüsüdür.