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シュウ酸は、系統名エタン二酸、化学式HO−C(=O)−C(=O)−OHで表される有機酸で、 (COOH) 2、(CO 2 H) 2、またはH 2 C 2 O 4とも表記されます。最も単純なジカルボン酸です。白色の結晶性固体で、水に溶かすと無色になります。その名前は、カタバミ属（Oxalis）の顕花植物からシュウ酸を単離した初期の研究者に由来します。多くの食品に天然に存在します。大量に摂取すると毒性があり、濃縮されたシュウ酸に接触すると化学火傷を引き起こす可能性があります。
シュウ酸は酢酸よりもはるかに強い酸です。還元剤であり[ 8 ]、その共役塩基であるシュウ酸水素イオン( HC2O − 4 )とシュウ酸イオン( C2O2−4 )は金属カチオンのキレート剤です。水溶性の鉄(III)錯体であるシュウ酸鉄イオンを形成するため、特に錆の除去などの洗浄剤として使用されます。シュウ酸は通常、H2C2O4・2H2Oの式で表される二水和物として存在します。
植物からシュウ酸塩を製造する方法は、少なくとも1745年には知られており、オランダの植物学者で医師のヘルマン・ブールハーフェが、クラフト法に似た方法でカタバミから塩を単離した。[ 9 ] [ 10 ] 1773年までに、スイスのフリブールのフランソワ・ピエール・サヴァリーがカタバミからシュウ酸を単離した。[ 11 ] [ 12 ]
1776年、スウェーデンの化学者カール・ヴィルヘルム・シェーレとトルベルン・オロフ・ベルグマン[ 13 ] [ 14 ]は、砂糖と濃硝酸を反応させてシュウ酸を生成しました。シェーレは、生成した酸をsocker-syraまたはsåcker-syra（糖酸）と呼びました。1784年までに、シェーレは「糖酸」と天然由来のシュウ酸が同一であることを示しました[ 15 ] 。現代の名称は、1787年にド・モルヴォー、ラヴォアジエ、および共著者によって（他の多くの酸の名称とともに）導入されました[ 16 ] 。
1824年、ドイツの化学者フリードリヒ・ヴェーラーは、水溶液中でシアンとアンモニアを反応させることによりシュウ酸を得た。 [ 17 ]この実験は、天然物の最初の合成である可能性がある。[ 18 ]
シュウ酸は主に、五酸化バナジウムの存在下で硝酸または空気を用いてグルコースなどの炭水化物を酸化することによって製造されます。別のプロセスでは、グリコール酸やエチレングリコールなどのさまざまな前駆体を使用して、酸素を用いて硝酸を再生します。[ 19 ] 2011年現在、このプロセスは日本では三菱のみが使用しています。 [ 20 ]より新しい方法では、アルコールの酸化的カルボニル化によってシュウ酸のジエステルが得られます。
これらのジエステルはその後加水分解されてシュウ酸になる。年間約12万トンが生産されている。[ 18 ]
歴史的に、シュウ酸は、おがくずに対して水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの苛性物質を使用し、その後、硫酸などの鉱酸でシュウ酸塩を酸性化することによってのみ得られていました。[ 21 ]シュウ酸は、アルカリ触媒の存在下でギ酸ナトリウムを加熱することによっても生成できます。[ 22 ]
シュウ酸は容易に購入できるが、少量の五酸化バナジウムを触媒として硝酸を用いてショ糖を酸化する ことで実験室で調製することもできる。[ 23 ]
二水和物は加熱または共沸蒸留により無水物に変換することができる。[ 24 ]
無水シュウ酸には2つの多形体が存在する。一方の多形体では水素結合により鎖状構造が形成されるのに対し、もう一方の多形体では水素結合パターンによりシート状構造が形成される。[ 25 ]無水物質は酸性かつ親水性（水を求める性質）であるため、エステル化反応に用いられる。
二水和物H 2 C 2 O 4 · 2H 2 Oは空間群C 5 2 h – P 2 1 / nを持ち、格子定数はa = 611.9 pm、b = 360.7 pm、c = 1205.7 pm、β = 106°19′、Z = 2 である。[ 26 ]主な原子間距離は、C−C 153 pm、C−O 1 129 pm、C−O 2 119 pm である。[ 27 ]
シュウ酸のpKa値は文献によって1.25～1.46と3.81～4.40とばらつきがある。[ 28 ] [ 29 ] 2019年に発行されたCRCの第100版では、1.25と3.81の値が記載されている。[ 30 ]シュウ酸は他のカルボン酸 に比べて比較的強い。
シュウ酸は、他のカルボン酸に特徴的な多くの反応を起こします。シュウ酸は、ジメチルオキサレート（融点52.5～53.5 °C、126.5～128.3 °F）などのエステルを形成します。[ 31 ]また、シュウ酸クロリドと呼ばれる酸塩化物も形成します。
遷移金属シュウ酸塩錯体は数多く存在し、例えばオキサリプラチンという薬剤がある。シュウ酸はマンガン鉱石中の二酸化マンガン（MnO 2 ）を還元し、硫酸による金属の浸出を可能にすることが示されている。[ 32 ]
シュウ酸はランタニド化学において重要な試薬である。水和ランタニドシュウ酸塩は、非常に強い酸性溶液中で容易に生成し、緻密な結晶性で濾過しやすく、非ランタニド元素による汚染もほとんどない。
シュウ酸とシュウ酸塩は、過マンガン酸イオンによって自己触媒反応で酸化される。[ 34 ]
シュウ酸蒸気は125～175 ℃（257～347 ° F）でCO2とギ酸（HCOOH）に分解する。237～ 313nmの紫外線による光分解では一酸化炭素（CO）と水も生成される。[ 35 ]
尿素とシュウ酸を2:1のモル比で混合した溶液を蒸発させると、酸素原子との水素結合で結合した中性分子の積み重なった二次元ネットワークからなる固体結晶化合物H₂C₂O₄・2CO ( NH₂ ) ₂が得られる。[ 36 ]
酵素を介したシュウ酸の生成には少なくとも2つの経路が存在する。1つの経路では、クレブス回路の成分であるオキサロ酢酸が、オキサロアセターゼという酵素によってシュウ酸と酢酸に加水分解される。[ 37 ]
また、エチレングリコールの代謝によって生成されるグリコール酸の脱水素反応によっても生じる。
初期の研究者たちはカタバミ（Oxalis ）からシュウ酸を分離した。ホウレンソウ科やアブラナ科（キャベツ、ブロッコリー、芽キャベツ）の植物は、カタバミやパセリなどのセリ科植物と同様に、シュウ酸塩を多く含んでいる。[ 38 ]キヌアを含むヒユ科のアカザ属および関連属のすべての種の葉と茎には、高濃度のシュウ酸が含まれている。[ 39 ]ルバーブの葉には約0.5%のシュウ酸が含まれており、テンナンショウ（Arisaema triphyllum）にはシュウ酸カルシウム結晶が含まれている。同様に、一般的な観賞用つる植物であるアメリカヅタは、果実にシュウ酸を生成し、樹液にはラフィドの形でシュウ酸塩結晶を生成する。細菌は炭水化物の酸化によってシュウ酸塩を生成する。[ 18 ]
フェネストラリア属の植物は、結晶性シュウ酸から作られた光ファイバーを生成し、地下の光合成部位に光を伝達する。[ 40 ]
スターフルーツとしても知られるカラマンボラには、カラマンボキシンとともにシュウ酸も含まれています。柑橘類の果汁にも少量のシュウ酸が含まれています。
特定の石灰岩や大理石の彫像や記念碑に自然に発生するシュウ酸カルシウムの緑青の形成は、炭酸塩石と地衣類や他の微生物によって分泌されるシュウ酸との化学反応によって引き起こされると考えられている。[ 41 ] [ 42 ]
多くの土壌菌類はシュウ酸を分泌し、その結果、金属カチオンの溶解度が高まり、特定の土壌栄養素の利用可能性が高まり、シュウ酸カルシウム結晶の形成につながる可能性があります。[ 43 ] [ 44 ] Aspergillus nigerなどの一部の菌類は、シュウ酸の工業生産のために広く研究されていますが、[ 45 ]これらのプロセスはまだ石油やガスからの生産と経済的に競争力がありません。[ 46 ] Cryphonectria parasiticaは、クリの形成層感染の進行端でシュウ酸を含む溶液を排泄する可能性があります。より高濃度のシュウ酸排泄物の低いpH（<2.5）は、形成層細胞壁を分解し、クリの形成層細胞に毒性効果をもたらす可能性があります。破裂した形成層細胞は、枯病感染の進行に必要な栄養素を提供します。[ 47 ] [ 48 ]
シュウ酸の共役塩基は水素シュウ酸アニオンであり、その共役塩基（シュウ酸）は乳酸脱水素酵素（LDH）の競合阻害剤である。[ 49 ] LDHは、補酵素NADHをNAD +とH +に同時に酸化して、ピルビン酸を乳酸（発酵（嫌気性）プロセスの最終産物）に変換する反応を触媒する。NAD +レベルを回復させることは、解糖系による嫌気性エネルギー代謝の継続に不可欠である。癌細胞は嫌気性代謝を優先的に利用するため（ワールブルク効果を参照）、LDHの阻害は腫瘍の形成と増殖を阻害することが示されており、[ 50 ]したがって、癌治療の興味深い可能性のある方法である。
シュウ酸は、病原性真菌と植物の相互作用において重要な役割を果たします。少量のシュウ酸は植物の真菌に対する抵抗力を高めますが、多量になると植物の広範なプログラム細胞死を引き起こし、真菌感染を助長します。植物は通常、少量のシュウ酸を生成しますが、Sclerotinia sclerotiorumなどの一部の病原性真菌は毒性のある蓄積を引き起こします。[ 51 ]
シュウ酸は生合成されるだけでなく、生分解されることもある。Oxalobacter formigenesは、動物（人間を含む）がシュウ酸を分解するのを助ける重要な腸内細菌である。[ 52 ]
シュウ酸の主な用途は、洗浄や漂白、特に錆の除去（鉄錯化剤）です。バーキーパーズフレンドブランドのクリーナーの主成分でもあります。錆除去剤としての有用性は、シュウ酸が三価鉄と安定した水溶性塩であるシュウ酸鉄イオンを形成することに由来します。
シュウ酸は、一部の歯のホワイトニング製品の成分として使用されています。生産されるシュウ酸の約25%は、染色工程における媒染剤として使用されます。また、漂白剤、特にパルプ材、コルク、藁、サトウキビ、羽毛の漂白剤、錆除去やその他の洗浄剤、ベーキングパウダー、シリカ分析装置の第三試薬としても使用されています。
養蜂家の中には、寄生性のミツバチヘギイタダニに対する殺ダニ剤としてシュウ酸を使用する者もいる。[ 53 ]
シュウ酸の希薄溶液（0.05～0.15 M ）は、カオリナイトなどの粘土から鉄を除去して淡色のセラミックを製造するために使用できる。[ 54 ]
シュウ酸は、他の多くの酸と同様に鉱物の洗浄に使用できます。その例として、石英結晶と黄鉄鉱が挙げられます。[ 55 ] [ 56 ] [ 57 ]
シュウ酸は、硫酸の有無にかかわらず、アルミニウム陽極酸化処理で使用されることがある。 [ 58 ]硫酸陽極酸化と比較すると、得られるコーティングはより薄く、表面粗さも低い。
シュウ酸は木材漂白剤としても広く用いられており、多くの場合、結晶状で供給され、使用する際に水と混ぜて適切な濃度に希釈される。
シュウ酸は電子産業や半導体産業でも使用されています。2006年には、半導体デバイス製造プロセスにおける銅層の電気化学的・機械的平坦化に使用されていることが報告されました。 [ 59 ]
銅錯体を用いた電気触媒反応など様々な方法による二酸化炭素のシュウ酸への還元は、炭素回収と利用のための提案された化学中間体として研究されている。[ 60 ] [ 61 ]
シュウ酸の経口LD Lo（発表されている最低致死量）は600 mg/kgである。[ 66 ]致死経口量は15～30グラムであると報告されている。[ 67 ]シュウ酸の毒性は、固体のシュウ酸カルシウムの沈殿によって引き起こされる腎不全によるものである。[ 68 ]
シュウ酸塩はミトコンドリア機能障害を引き起こすことが知られている。[ 69 ]
エチレングリコールを摂取すると、代謝産物としてシュウ酸が生成され、これが急性腎不全を引き起こす可能性もある。
^a特に明記されていない限り、すべての測定値は、元の水分含有量を含む生の野菜の重量に基づいています。
{{cite book}}: CS1メンテナンス: 場所の発行元が見つかりません (リンク) CS1メンテナンス: その他 (リンク)(ラテン語) p.35 ～ 38.
35:
「Processus VII. Sal nativum plantarum paratus de succo illarum recens presso. Hic Acetosae.」
(手順 7. 搾りたての果汁から調製した植物の天然塩。この [塩は] スイバから得られます。)
「Unum adhuc circa lipem Acidum, quem sal acetosellae tam thinkrissimum a nobis paratum quam venale destillatione funit phoenomenon erit notandum, nimirum quod aliquid ejus sub forma sicca crystallina lateribus excipuli accrescat, ...」
(市販の蒸留器と同じくらい純粋なスイバ塩を供給してくれる酸性の液体は、明らかに乾燥した結晶質のものが受け器の側面に成長するという現象を引き起こします...)
{{cite book}}: CS1メンテナンス: パブリッシャーの場所 (リンク)(スウェーデン語) p.183 ～ 187
187:
「サレデスはただ、ソッカーとソッカーとサルピーター・シラ・ティルレダと、アセトセラを守るために自然を守ることを望んでいる。」 （したがって、私たちが硝酸の助けを借りて砂糖を使って人工的に調製したものとまったく同じ酸が、以前はハーブの
アセトセラ
（つまりスイバ）で天然に調製されていたと結論づけられ
ます。）
{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク) ;全集、第1巻 。科学者たちは、310種類のほうれん草（USDAの遺伝資源300種と市販の栽培品種10種）のシュウ酸濃度を分析した。「これらのほうれん草の品種と栽培品種は、生重量ベースで100gあたり647.2～1286.9mgのシュウ酸濃度を示した」とムー氏は述べている。