กรดมาโลนิก เป็นกรดไดคาร์บอกซิลิกที่มีโครงสร้าง CH₂ COOH) รูป แบบไอออนของกรดมาโลนิก รวมถึงเอสเทอร์และเกลือ ของมัน เรียกว่ามาโลเนตตัวอย่างเช่นไดเอทิลมาโลเนตคือไดเอทิลเอสเทอร์ ของกรดมาโลนิก ชื่อนี้มีที่มาจาก คำภาษา กรีก ว่า μᾶλον ( malon ) ซึ่งหมายถึง 'แอปเปิล'

กรดมาโลนิก^{[ 3 ]}เป็นสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในผลไม้และผักหลายชนิด^{[ 4 ]}มีข้อเสนอแนะว่าผลไม้ตระกูลส้ม ที่ผลิตใน การเกษตรอินทรีย์มีกรดมาโลนิกในระดับที่สูงกว่าผลไม้ที่ผลิตในการเกษตรแบบดั้งเดิม^{[ 5 ]}

กรดมาโลนิกถูกเตรียมขึ้นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2491 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศสชื่อวิกเตอร์ เดสแซญส์ผ่านการออกซิเดชันของกรดมาลิก^{[ 3 ] [ 6 ]}

เฮอร์มันน์ โคลเบและฮูโก มุลเลอร์ค้นพบวิธีการสังเคราะห์กรดมาโลนิกจากกรดโพรพิโอนิก โดยอิสระ และตัดสินใจตีพิมพ์ผลลัพธ์ของพวกเขาในวารสาร Chemical Society ติดต่อกันในปี พ.ศ. 2407 ^{[ 7 ]}ซึ่งนำไปสู่ข้อพิพาทเรื่องลำดับความสำคัญกับฮันส์ ฮูบเนอร์และแม็กซ์เวลล์ ซิมป์สันที่ได้ตีพิมพ์ผลลัพธ์เบื้องต้นเกี่ยวกับปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องโดยอิสระ^{[ 7 ]}

โครงสร้างได้รับการกำหนดโดยการวิเคราะห์ ผลึกด้วยรังสีเอกซ์ ^{[ 8 ]}และข้อมูลคุณสมบัติที่ครอบคลุม รวมถึงเทอร์โมเคมีของเฟสควบแน่น มีให้บริการจากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ [ ^{9 ] การ} เตรียมกรดมาโลนิกแบบคลาสสิกเริ่มต้นจากกรดคลอโรอะซิติก : ^{[ 10 ]}

โซเดียมคาร์บอเนต สร้าง เกลือโซเดียมซึ่งจะทำปฏิกิริยากับโซเดียมไซยาไนด์เพื่อให้ได้เกลือโซเดียมของกรดไซยาโนอะซิติกผ่านการแทนที่แบบนิวคลีโอฟิลิก หมู่ ไนไตรล์สามารถไฮโดรไล ซ์ ด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์เป็นโซเดียมมาโลเนต และการทำให้เป็นกรดจะให้กรดมาโลนิก อย่างไรก็ตาม ในทางอุตสาหกรรม กรดมาโลนิกผลิตโดยการไฮโดรไลซิสของไดเมทิลมาโลเนตหรือไดเอทิลมาโลเนต[ 11 ^{]นอกจากนี้}ยังผลิตได้จากการหมักกลูโคส^{[ 12 ]}

กรดมาโลนิกทำปฏิกิริยาเหมือนกรดคาร์บอกซิลิกทั่วไป โดยสร้างอนุพันธ์เอ ไมด์ เอสเตอร์ และคลอไรด์^{[ 13 ]}แอนไฮไดรด์มาโลนิกสามารถใช้เป็นตัวกลางในการสร้างอนุพันธ์โมโนเอสเตอร์หรือเอไมด์ ในขณะที่มาโลนิลคลอไรด์มีประโยชน์มากที่สุดในการสร้างไดเอสเตอร์หรือไดเอไมด์ ในปฏิกิริยาที่รู้จักกันดี กรดมาโลนิกจะควบแน่นกับยูเรียเพื่อสร้างกรดบาร์ บิทูริก กรดมาโลนิกอาจควบแน่นกับอะซิโตนเพื่อสร้างกรด เมลด์รัม ซึ่งเป็นตัวกลางอเนกประสงค์ในการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติม เอสเตอร์ของกรดมาโลนิกยังใช้เป็นซินธอน⁻ CH COOH ในการสังเคราะห์เอสเตอร์มาโลนิก

การควบแน่นแบบโนเวนาเกล

กรดมาโลนิกใช้ในการเตรียมกรดคาร์บอกซิลิกไม่อิ่มตัวแบบอัลฟา-บี โดยกระบวนการควบแน่นและการกำจัดหมู่ คาร์บอกซิล ส่วนกรดซินนามิกนั้นเตรียมได้ด้วยวิธีนี้:

CH (CO H) + อาร์CHO → ArCH=CHCO H + H O + CO

ในกระบวนการที่เรียกว่าการควบแน่นแบบ Knoevenagel นี้ กรดมาโลนิกจะควบแน่นกับ หมู่ คาร์บอนิลของอัลดีไฮด์หรือคีโตนตามด้วยการกำจัดหมู่คาร์บอกซิล

เมื่อกรดมาโลนิกควบแน่นในไพริดีนร้อน การควบแน่นจะเกิดขึ้นพร้อมกับ การ ดีคาร์บอกซิเลชันซึ่งเรียกว่าการดัดแปลงแบบ Doebner ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

กรดมาโลนิกเป็นสารตั้งต้นของโพลีเอสเตอร์ ชนิดพิเศษ สามารถแปลงเป็น1,3-โพรเพนไดออลเพื่อใช้ในโพลีเอสเตอร์และโพลิเมอร์ (ซึ่งประโยชน์ยังไม่ชัดเจน) นอกจากนี้ยังสามารถเป็นส่วนประกอบในเรซินอัลคิดซึ่งใช้ในงานเคลือบหลายประเภทเพื่อป้องกันความเสียหายที่เกิดจากรังสียูวี การออกซิเดชัน และการกัดกร่อน การใช้งานอย่างหนึ่งของกรดมาโลนิกคือในอุตสาหกรรมการเคลือบในฐานะสารเชื่อมโยงสำหรับการเคลือบผงที่บ่มที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นสำหรับพื้นผิวที่ไวต่อความร้อนและความต้องการที่จะเร่งกระบวนการเคลือบ^{[ 20 ]}ตลาดการเคลือบรถยนต์ทั่วโลกมีมูลค่าประมาณ 18.59 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2014 โดยคาดการณ์อัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีที่ 5.1% จนถึงปี 2022 ^{[ 21 ]}

มีการใช้ในกระบวนการผลิตหลายอย่างในฐานะสารเคมีพิเศษที่มีมูลค่าสูง รวมถึงอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ อุตสาหกรรมรสชาติและน้ำหอม ^{[ 4 ]}ตัวทำละลายพิเศษ การเชื่อมโยงพอลิเมอร์ และอุตสาหกรรมยา ในปี 2547 การผลิตกรดมาโลนิกและไดเอสเทอร์ที่เกี่ยวข้องทั่วโลกมีมากกว่า 20,000 เมตริกตัน^{[ 22 ]}ศักยภาพในการเติบโตของตลาดเหล่านี้อาจเกิดจากความก้าวหน้าในเทคโนโลยีชีวภาพอุตสาหกรรมที่มุ่งหวังที่จะเข้ามาแทนที่สารเคมีที่มาจากปิโตรเลียมในการใช้งานทางอุตสาหกรรม

ในปี พ.ศ. 2547 กรดมาโลนิกได้รับการระบุโดยกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาว่าเป็นหนึ่งใน 30 สารเคมีชั้นนำที่ผลิตจากชีวมวล^{[ 23 ]}

ในการใช้งานด้านอาหารและยา กรดมาโลนิกสามารถใช้ควบคุมความเป็นกรดได้ ไม่ว่าจะเป็นสารช่วยในการผลิตยาหรือสารกันบูดจากธรรมชาติสำหรับอาหาร^{[ 4 ]}

กรดมาโลนิกถูกใช้เป็นสารเคมีพื้นฐานในการผลิตสารประกอบที่มีค่าจำนวนมาก^{[ 24 ]}รวมถึงสารประกอบกลิ่นรสและกลิ่นหอม เช่น แกมมา-โนนาแลคโตนกรดซินนามิกและสารประกอบทางเภสัชกรรมเช่น วาลโปรเอต

กรดมาโลนิก (มากถึง 37.5% w/w) ถูกนำมาใช้ในการเชื่อมโยงแป้งข้าวโพดและแป้งมันฝรั่งเพื่อผลิตเทอร์โมพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ โดยกระบวนการนี้ดำเนินการในน้ำโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่เป็นพิษ^{[ 25 ] [ 26 ]}โพลิเมอร์ที่ทำจากแป้งคิดเป็น 38% ของตลาดโพลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพทั่วโลกในปี 2557 โดยบรรจุภัณฑ์อาหาร บรรจุภัณฑ์โฟม และถุงปุ๋ยหมักเป็นกลุ่มการใช้งานปลายทางที่ใหญ่ที่สุด^{[ 27 ]}

บริษัท Eastman Kodak และบริษัทอื่นๆ ใช้กรดมาโลนิกและอนุพันธ์เป็นกาวผ่าตัด^{[ 28 ]}

หากระดับกรดมาโลนิกสูงขึ้นพร้อมกับ ระดับ กรดเมทิลมาโลนิก สูงขึ้น อาจบ่งชี้ถึงโรคเมตาบอลิกที่เรียกว่าภาวะกรดมาโลนิกและเมทิลมาโลนิกในปัสสาวะรวมกัน (CMAMMA) โดยการคำนวณอัตราส่วนของกรดมาโลนิกต่อกรดเมทิลมาโลนิกในพลาสมาในเลือด สามารถแยกแยะ CMAMMA ออกจากภาวะกรดเมทิลมาโลนิกใน เลือดแบบคลาสสิก ได้^{[ 29 ]}

กรดมาโลนิกเป็นตัวอย่างคลาสสิกของสารยับยั้งการแข่งขันของเอนไซม์ซัคซิเนตดีไฮโดรจีเนส ( คอมเพล็กซ์ II) ในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนในการหายใจ^{[ 30 ]}มันจับกับตำแหน่งออกฤทธิ์ของเอนไซม์โดยไม่เกิดปฏิกิริยา แข่งขันกับสารตั้งต้นซัคซิ เนตตามปกติ แต่ขาดกลุ่ม −CH CH − ที่จำเป็นสำหรับการดีไฮโดรจีเนชัน การสังเกตนี้ถูกนำมาใช้เพื่ออนุมานโครงสร้างของตำแหน่งออกฤทธิ์ในซัคซิเนตดีไฮโดรจีเนส การยับยั้งเอนไซม์นี้ทำให้การหายใจระดับเซลล์ลดลง^{[ 31 ] [ 32 ]}เนื่องจากกรดมาโลนิกเป็นส่วนประกอบตามธรรมชาติของอาหารหลายชนิด จึงมีอยู่ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมรวมถึงมนุษย์^{[ 33 ]}

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม สมาชิก ในกลุ่ม acyl-CoA synthetase family member 3 (ACSF3) จะกำจัดพิษของกรดมาโลนิกโดยการเปลี่ยนให้เป็นมาโลนิล-CoA ^{[ 34 ]}ร่วมกับมาโลนิล-CoA ที่ได้จากอะเซทิล-CoA โดยไมโทคอนเดรียลอะเซทิล-CoA คาร์บอกซิเลส 1 (mtACC1) ซึ่งมีส่วนช่วยในการสร้างกลุ่มมาโลนิล-CoA ในไมโทคอนเดรีย ซึ่งจำเป็นสำหรับการมาโลนิเลชันของไลซีนและการสังเคราะห์กรดไขมันในไมโทคอนเดรีย (mtFAS) ^{[ 35 ] [ 36 ]}ในไซโทซอล มาโลนิล-CoA ก็ถูกสร้างขึ้นจากอะเซทิล-CoA โดยอะเซทิล-CoA คาร์บอกซิเลส เช่นกัน ใน การสังเคราะห์กรดไขมันทั้งในไซโทซอลและไมโทคอนเดรีย มาโลนิล-CoA จะถ่ายโอนกลุ่มมาโลเนต (C2) ไปยังโปรตีนตัวพาอะซิล (ACP) เพื่อเพิ่มเข้าไปในสายโซ่กรดไขมัน^{[ 37 ]}

กรดมาโลนิกเป็นกรดไดโปรติกกล่าวคือ สามารถให้โปรตอน ได้สองตัว ต่อโมเลกุล ส่วนแรกของกรด มาโลนิกคือกรดไดโปรติก${\displaystyle pK_{a}}$มีค่า 2.8 และค่าที่สองคือ 5.7 ^{[ 2 ]}ดังนั้นไอออนมา โลเนต สามารถเป็นHOOCCH COO ⁻หรือCH (COO) 2− 2 ได้ สารประกอบมาโลเนตหรือโพรเพนไดโอเอตประกอบด้วยเกลือและเอสเทอร์ของกรดมาโลนิก เช่น

• ไดเอทิลมาโลเนต
• ไดเมทิลมาโลเนต
• ไดโซเดียมมาโลเนต
• มาโลนิล-โคเอ

• เครื่องคำนวณ: ค่ากิจกรรมของน้ำและตัวถูกละลายในกรดมาโลนิกในน้ำเก็บถาวรเมื่อ 11 พฤษภาคม 2552 ที่Wayback Machine