Maleinsäure

Sicherheitshinweise

GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), ggf. erweitert

Achtung

Gesundheitsschädlich bei Verschlucken.
Verursacht Hautreizungen.
Verursacht schwere Augenreizung.
Kann die Atemwege reizen.
Kann allergische Hautreaktionen verursachen.

Einatmen von Staub / Rauch / Gas / Nebel / Dampf / Aerosol vermeiden.
Schutzhandschuhe/ Schutzkleidung/ Augenschutz/ Gesichtsschutz/ Gehörschutz/… tragen.
Bei Kontakt mit den Augen: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.

Maleinsäure ist der Trivialname für cis-Butendisäure (auch cis-Ethylendicarbonsäure oder Toxilsäure genannt), eine Dicarbonsäure. Ihre Salze heißen Male(in)ate. Die isomere trans-Form heißt Fumarsäure.

Geschichte

Maleinsäure wurde erstmals im Jahre 1834 von Théophile-Jules Pelouze durch das Erhitzen von Äpfelsäure erhalten. Industriell zugänglich wurde die Verbindung ab 1919 durch die von der US-Firma Barrett Co. eingeführte katalytische Gasphasenoxidation von Benzol. Der Name „Maleinsäure“ leitet sich von der Äpfelsäure (Apfel = lat. „malum“) ab.

1874 wurde die räumliche Struktur aus dem chemischen Verhalten – der Anhydridbildung – abgeleitet.

Strukturformel

Allgemeines
Name	Maleinsäure
Andere Namen	(2Z)-But-2-endisäure (IUPAC) cis-Butendisäure cis-Ethylendicarbonsäure Toxilsäure (Z)-Butendisäure MALEIC ACID (INCI)
Summenformel	C₄H₄O₄
Kurzbeschreibung	weißes, kristallines Pulver mit schwach säuerlichem Geruch
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer	110-16-7
EG-Nummer	203-742-5
ECHA-InfoCard	100.003.403
PubChem	444266
ChemSpider	392248
DrugBank	DB04299
Eigenschaften
Molare Masse	116,07 g/mol
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,59 g/cm³
Schmelzpunkt	Zersetzung > 135 °C 130,5 °C
pK_S-Wert	1,9 und 6,5
Löslichkeit	gut löslich in Wasser (478,8 g/l bei 20 °C) gut löslich in Ethanol, weniger gut in Aceton, Diethylether und Essigsäure praktisch unlöslich in Benzol
Thermodynamische Eigenschaften
ΔH_f⁰	−789,4 kJ/mol

Gewinnung und Darstellung

Maleinsäure wird technisch durch Hydratisierung von Maleinsäureanhydrid bei Temperaturen von 65–85 °C hergestellt.

Hydratisierung von Maleinsäureanhydrid zu Maleinsäure bei erhöhten Temperaturen

Man arbeitet kontinuierlich in einem Rührkesselreaktor und hält die Temperatur in einem konstanten Bereich. Dadurch kann die Bildung der isomeren Fumarsäure auf weniger als 0,1 % reduziert werden.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Maleinsäure bildet bei Raumtemperatur farblose Kristalle. Beim Erhitzen wird oberhalb von 135 °C eine Zersetzung beobachtet. Sie ist in Wasser sehr gut löslich, wobei die Löslichkeit mit steigender Temperatur stark ansteigt. Wässrige Lösungen der Verbindung sind stark sauer: die zweiprotonige Säure besitzt einen pKs₁ von 1,9 und einen pKs₂ von 6,5.

Löslichkeit von Maleinsäure in 100 g Wasser
Temperatur	in °C	25	40	60	97,5
Löslichkeit	in g pro 100 g	78,9	112,3	148,8	392,6

Die molare Bildungsenthalpie beträgt −788,3 kJ/mol, die Verbrennungswärme −1358,9 kJ/mol. Für die Wärmekapazität wurde bei 21 °C ein Wert von 135,6 J·mol⁻¹·K⁻¹ bzw. 1,17 J·g⁻¹·K⁻¹ bestimmt.

Chemische Eigenschaften

Maleinsäure ist chemisch sehr reaktiv hinsichtlich von Reaktionen der Carbonylfunktionen sowie der Doppelbindung. Beim Erhitzen auf Temperaturen oberhalb 100 °C geht sie unter Wasserabspaltung in Maleinsäureanhydrid über. Das Anhydrid bildet beim Auflösen in Wasser dann wieder Maleinsäure. Bei weiterem Erhitzen und mittels Katalysatoren kann eine Decarboxylierung zur Acrylsäure erreicht werden. Bei längerem Erhitzen auf 150 °C sowie bei UV-Bestrahlung isomerisiert die Maleinsäure zur stabileren Fumarsäure. Mit Maleinsäure können alle typischen Carbonylreaktionen wie Veresterungen oder Aminierungen durchgeführt werden. Es wird allerdings kein Säurechlorid gebildet. Eine Addition von Wasser an die Doppelbindung bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck ergibt die Äpfelsäure, die Addition von Halogenen Dihalogenbernsteinsäuren, eine katalytische Hydrierung die Bernsteinsäure. Durch die Umsetzung mit Ozon wird Glyoxylsäure erhalten. Bei schnellem Erhitzen von Äpfelsäure auf 250 °C spaltet diese 2 Moleküle Wasser ab, wobei Maleinsäureanhydrid entsteht.

Physiologische Eigenschaften

Maleinsäure und ihre Salze sind bei oraler Aufnahme höherer Dosen nierenschädigend. Diese Eigenschaft wird beispielsweise im Tiermodell Farbratte genutzt, um die Symptome des De-Toni-Fanconi-Syndroms hervorzurufen. Dabei werden gezielt die Proximalen Tubuluszellen geschädigt. Die zur Induktion der Nierenfunktionsstörung notwendigen Dosen liegen im Bereich von 200 mg/kg Körpergewicht bei intraperitonealer Gabe.

Verwendung

Maleinsäure wird zur Herstellung von Polymeren, Kunstharzen und Maleinsäureestern, zur Veredelung und beim Färben von Baumwolle sowie als Inhaltsstoff von Entkalkungsmitteln auf der Basis von Amidosulfonsäure oder Citronensäure eingesetzt, welcher einer schnellen Wiederverkalkung entgegenwirken soll.

In der Pharmakologie dienen Lösungen der Maleate von Antihistaminen als injizierbare Medikamente für den akuten Einsatz. In der präparativen Chemie wird Maleinsäure häufig als Agens für Diels-Alder-Reaktion benutzt.

In der Zahnmedizin wird Maleinsäure in selbstätzenden Adhäsivsystemen verwendet, um Dentin zu konditionieren.

Maleat: Verwechslungsgefahr mit Malonat und Malat

Maleat darf nicht mit dem Säureanion der Äpfelsäure, dem Malat-Ion, oder dem Anion der Malonsäure, dem Malonat verwechselt werden.

Basierend auf einem Artikel in:

Wikipedia.de