フマル酸とマレイン酸の融点の違いと構造異性体の安定性

フマル酸とマレイン酸の融点

農業現場において、資材の特性を理解することは、作物の収量アップや作業の効率化に直結します。特に有機酸を用いた土壌改良や消毒を行う際、「フマル酸」と「マレイン酸」の名前を耳にすることがあるかもしれません。これらは化学式が全く同じ（C4H4O4）でありながら、性質がまるで異なる「構造異性体」の関係にあります。中でも「融点」の違いは、物質としての安定性を象徴する最も大きな差です。なぜこれほどまでに性質が異なるのか、そのメカニズムと農業利用における重要なポイントを深掘りします。

 

フマル酸とマレイン酸の融点と構造異性体の基本的違い

 

フマル酸とマレイン酸は、どちらもブテン二酸と呼ばれるカルボン酸の一種ですが、その立体構造が異なります。これを「幾何異性体（シス・トランス異性体）」と呼びます。この構造の違いが、融点という物理的性質に劇的な差を生み出しています 。

 

参考）マレイン酸とフマル酸の融点の違いについて - 化学の問題集を…
​

• マレイン酸（シス型）： カルボキシ基（-COOH）が二重結合に対して同じ側にあります。この構造のため、融点は約130℃～139℃と比較的低く、熱に対して不安定です。
• フマル酸（トランス型）： カルボキシ基が二重結合に対して反対側に位置しています。この構造は非常に安定しており、融点は約287℃（密閉管中）と極めて高温です。実際には融点に達する前に、約290℃付近で昇華（固体から気体へ直接変化）する性質も持っています 。

  参考）フマル酸 - Wikipedia
  ​

農業資材として保管する際、夏場の倉庫が高温になっても、どちらの酸も溶け出すことはありませんが、化学的な安定性はフマル酸の方が圧倒的に上です。マレイン酸は加熱や触媒の存在下で、より安定なフマル酸へと異性化（構造が変化）しやすい性質を持っています。これは、エネルギー的に「無理をしている」構造であるマレイン酸が、より「楽な」構造であるフマル酸に戻ろうとするためです。

 

この「シス型」と「トランス型」の違いは、単なる形の差ではありません。分子全体の極性や、次に解説する水素結合の形成の仕方に決定的な影響を与え、それが融点の差として現れているのです。同じ重さの粉末でも、その中身の結合エネルギーの強さは、フマル酸の方がはるかに強固であると言えます。

 

参考リンク：ChemicalBook - フマル酸の基本性質と融点データ（化学的性質の詳細データ）

フマル酸とマレイン酸の分子内水素結合による融点変化

なぜ、同じ原子の数でできているのに、融点に150℃もの差が生まれるのでしょうか。その答えは「水素結合」の相手の違いにあります。これは、資材が水に溶けるかどうかのメカニズムを知る上でも非常に重要な知識です 。

 

参考）https://ameblo.jp/memorymap/entry-11592400433.html
​
マレイン酸の「分子内」水素結合
マレイン酸はシス型構造であるため、二つのカルボキシ基が非常に近い距離にあります。そのため、一つの分子の中で、自分の持っているカルボキシ基同士で水素結合を作ってしまいます。これを「分子内水素結合」と呼びます。

 

• 自分の中で完結してしまう： 分子内で結合してしまうため、隣にある別のマレイン酸分子と手をつなぐ力が弱くなります。
• 結晶が崩れやすい： 分子同士の結びつき（分子間力）が弱いため、比較的低い温度の熱エネルギーでも結晶構造が崩れ、液体になります。これが低い融点の理由です。

フマル酸の「分子間」水素結合
一方、フマル酸はトランス型構造であり、カルボキシ基が互いに反対方向を向いています。自分の分子内では距離が遠すぎて水素結合ができません。その代わり、隣り合う別のフマル酸分子と強力に水素結合を形成します。これを「分子間水素結合」と呼びます 。

 

参考）http://fastliver.com/list/kurabe/theme6hutten.pdf
​

• 強固なスクラムを組む： 分子同士が整然と並び、ガッチリと手をつなぎ合います（パッキング性が良い）。
• 熱に強い： 分子同士の結合を切断して液体にするためには、莫大な熱エネルギーが必要になります。これが約287℃という高い融点の理由です。

農業従事者がこの知識をどう活かすかというと、「フマル酸は簡単には崩れない強固な結晶である」というイメージを持つことです。これは後述する「水への溶けにくさ」に直結しており、タンクでの溶解作業の手間に大きく関わってきます。

 

参考リンク：【化学解説】フマル酸とマレイン酸の構造と水素結合の違い（視覚的に構造を理解するのに適しています）

フマル酸とマレイン酸の水への溶解度と安定性の関係

融点の違いは、そのまま「水への溶けやすさ（溶解度）」の違いとして現れます。液肥の作成や、土壌散布液を作る際、この性質の違いは作業効率を左右する最も大きな要因です 。

 

参考）Reddit - The heart of the inte…
​

特性	マレイン酸	フマル酸
水への溶解度 (25℃)	約 79 g / 100 ml	約 0.63 g / 100 ml
溶けやすさ	非常に溶けやすい	極めて溶けにくい
結晶構造	疎（分子間力が弱い）	密（分子間力が強い）
安定性	低い（異性化しやすい）	高い（安定している）

上記の表の通り、マレイン酸は水に非常によく溶けます。これは、分子構造が極性を持っており（双極子モーメントが大きい）、水分子と仲良くなりやすいからです。また、結晶の結合が弱いため、水分子が入り込む隙間があるとも言えます。

 

対してフマル酸は、水100mlに対してわずか0.63gしか溶けません。これは食塩や砂糖と比較すると「ほとんど溶けない」と言っても過言ではないレベルです。フマル酸の分子間結合が強すぎて、水分子がその結合を割りくずすことができないのです。

 

現場でのトラブル例：
「フマル酸の方が安価でpH調整に良いと聞いたのでタンクに入れたが、底に白い粉が溜まったままで全く溶けなかった」という失敗はよくあります。これはフマル酸の極端に低い溶解度によるものです。無理に溶かそうとしても、冷水ではまず溶けません。

 

逆に、マレイン酸はすぐに溶けますが、水溶液中での安定性に注意が必要です。また、溶解度が良いからといって安易に代用すると、次項で解説する「毒性」の問題に直面します。溶けにくいということは、裏を返せば「土壌中でゆっくりと成分が溶け出す（緩効性）」というメリットにもなり得ますが、即効性を求める場合にはフマル酸の扱いには工夫が必要です。

 

参考リンク：Wikipedia - フマル酸の物理的性質と溶解度（基本的な物理データ）

フマル酸とマレイン酸の農業利用における毒性と安全性

化学的な性質の違いは理解できましたが、実際に田畑に撒くとなると「安全性」や「毒性」が最も気になるところです。フマル酸とマレイン酸は、農業利用において全く異なる扱いを受けます 。

 

参考）https://anzeninfo.mhlw.go.jp/anzen/gmsds/110-16-7.html
​
フマル酸：食品添加物レベルの安全性
フマル酸は、生物の体内でエネルギーを生み出す「クエン酸回路（TCAサイクル）」の中間体として存在する物質です。つまり、人間や植物の細胞の中に当たり前に存在します。

 

• 用途： 食品添加物（酸味料）としてジュースやお菓子にも使われています。農業では、土壌のpH調整剤や、植物の生理活性を活性化させる資材として利用されます。
• 毒性： 極めて低く、安全性が高いです。ただし、酸性物質であるため、原末が目に入れば刺激があります。

マレイン酸：取り扱いに注意が必要な劇物
マレイン酸は、フマル酸の異性体ですが、生体適合性は低く、取り扱いには注意が必要です。

 

• 用途： 農薬そのものではありませんが、種イモ（ジャガイモ）を切断する際の「切断刀の消毒」に有効であるという研究があります。マレイン酸水溶液はウイルスや細菌に対して強い殺菌力を示します 。また、一部の農薬（マレイン酸ヒドラジドなど）の原料となりますが、これは純粋なマレイン酸とは別の物質です。

  参考）https://www.jstage.jst.go.jp/article/kitanihon/2010/61/2010_61/_pdf/-char/ja
  ​

• 毒性： 腎臓への毒性や強い皮膚刺激性が指摘されています。SDS（安全データシート）では「重篤な眼の損傷」「皮膚刺激」などが警告されています。誤って飲み込んだ場合のリスクはフマル酸より格段に高いです。

農業現場での教訓：
「名前が似ているから」「同じ成分（異性体）だから」といって、フマル酸の代わりにマレイン酸を土壌改良材として散布するのは危険です。マレイン酸は植物に対しても薬害が出る可能性が高く、根を傷めるリスクがあります。逆に、ジャガイモの種イモ消毒など、特定の殺菌目的でマレイン酸（またはその製剤）を使用する場合は、必ずゴム手袋やゴーグルを着用し、皮膚に付着しないよう厳重に管理する必要があります。

 

参考リンク：職場のあんぜんサイト - マレイン酸のSDS情報（毒性と取り扱いの注意点）

フマル酸の土壌改良資材としてのコストと効果の検証

ここまで見てきたように、農業用の土壌改良やpH調整として現実的に利用できるのは、安全性が高く安定している「フマル酸」です。しかし、「溶けにくい」という最大のデメリットをどう克服し、コストパフォーマンスを引き出すかが、独自の視点として重要になります 。

 

参考）https://www.pref.akita.lg.jp/uploads/public/archive_0000044972_00/R1/17,%E6%9E%97%E7%A0%94_%E3%83%9E%E3%83%84%E3%82%BF%E3%82%B1%E7%AD%89%E8%8F%8C%E6%A0%B9%E6%80%A7%EF%BD%9E.pdf
​
溶けにくさを逆手に取るか、解消するか

1. お湯で溶かす（手間大・コスト低）：

   フマル酸の溶解度は温度依存性が高いです。60℃以上の温水であれば、溶解度は劇的に上がります。タンクで希釈する前に、少量の熱湯で原末を完全に溶かし切ってから、水を加えて希釈する方法が有効です。ただし、冷えると再結晶（針状の結晶が出てくる）するリスクがあるため、散布直前に調整する必要があります。

    

2. ナトリウム塩を利用する（手間小・コスト中）：

   市販されている農業用資材には「フマル酸ナトリウム」という形になっているものがあります。これはフマル酸をナトリウムで中和したもので、水への溶解度が劇的に改善されています（非常に溶けやすい）。pH調整能力は純粋なフマル酸より劣りますが、現場での作業性（タンクに投入してすぐ溶ける）を優先する場合は、こちらを選ぶのが賢明です。

    

3. 緩効性資材として土に混ぜる：

   水に溶かして散布するのではなく、元肥として土壌に粉末のまま混和する方法です。水に溶けにくいということは、雨で流亡しにくいということでもあります。土壌中の微生物分解やわずかな水分で徐々に酸性成分が溶け出し、長期間にわたってアルカリ土壌を矯正する効果が期待できます。特にハウス栽培などで、土壌pHが高止まりしている場合には、持続的な効果を発揮します。

    

コスト対効果の考え方
クエン酸やリン酸もpH調整に使われますが、フマル酸は単位重量あたりの酸としての能力（中和価）が比較的高く、少量でpHを下げる効果があります。

 

• クエン酸： 溶けやすいが、土壌微生物のエサになりやすく、分解が早い（効果が長続きしない）。価格はやや高め。
• フマル酸： 溶けにくいが、分解が比較的遅く、効果が持続しやすい。工業的に大量生産されており安価。

「今すぐpHを下げたい養液栽培」なら硝酸やリン酸、「土作りとしてじっくり下げたい」ならフマル酸の粉末混和、という使い分けがプロの選択です。単に「融点が高い＝溶けにくい＝使いにくい」と切り捨てるのではなく、その安定性を「持続性」というメリットに変換して利用することが、賢い農業経営につながります。

 

参考リンク：たまごや商店 - フマル酸一ナトリウムの特性と利用法（溶解性の改善例）

 

 

【第2類医薬品】アイリスAGガード 10mL