stringtranslate.com

Винная кислота

Винная кислота — это белая кристаллическая органическая кислота , которая в природе содержится во многих фруктах, особенно в винограде , а также в тамариндах , бананах , авокадо и цитрусовых . [1] [4] Его соль , битартрат калия , широко известная как винный камень, образуется естественным путем в процессе ферментации . Его обычно смешивают с бикарбонатом натрия и продают в виде разрыхлителя , используемого в качестве разрыхлителя при приготовлении пищи. Сама кислота добавляется в пищу в качестве антиоксиданта Е334 и для придания ей характерного кисловатого вкуса. Природная винная кислота является полезным сырьем в органическом химическом синтезе . Винная кислота, альфа-гидроксикарбоновая кислота , является дипротонной и альдаровой по кислотным характеристикам и является дигидроксильным производным янтарной кислоты .

История

Винная кислота известна виноделам на протяжении веков. Однако химический процесс экстракции был разработан в 1769 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле . [5]

Винная кислота сыграла важную роль в открытии химической хиральности . Это свойство винной кислоты было впервые обнаружено в 1832 году Жаном Батистом Био , который наблюдал ее способность вращать поляризованный свет . [6] [7] Луи Пастер продолжил это исследование в 1847 году, исследуя форму кристаллов тартрата натрия-аммония , которые, как он обнаружил, были хиральными. Сортируя вручную кристаллы разной формы, Пастер первым получил чистый образец левовинной кислоты. [8] [9] [10] [11] [12]

Стереохимия

Кристаллы винной кислоты, нарисованные так, как будто они видны в оптический микроскоп.

Природной формой кислоты является декстровинная кислота или L -(+)-винная кислота (устаревшее название d -винная кислота). Поскольку он доступен в природе, он дешевле, чем его энантиомер и мезоизомер . Префиксы dextro и levo являются архаичными терминами . [13] В современных учебниках природная форма упоминается как (2R , 3R ) -винная кислота ( L -(+)-винная кислота) , а ее энантиомер как (2S , 3S ) -винная кислота ( D- ( -)-Винная кислота) . Мезодиастереомер называют (2R , 3S ) -винной кислотой или (2S , 3R ) -винной кислотой.

Винная кислота в растворе Фелинга связывается с ионами меди(II), предотвращая образование нерастворимых гидроксидных солей.

Производство

L -(+)-Винная кислота

L - ( +)-винная кислота Изомер винной кислоты промышленно производится в наибольших количествах. Его получают из осадка , твердого побочного продукта брожения. Первые побочные продукты в основном состоят из битартрата калия (KHC 4 H 4 O 6 ). Эта калиевая соль превращается в тартрат кальция (CaC 4 H 4 O 6 ) при обработке гидроксидом кальция «известковым молоком» (Ca(OH) 2 ): [21]

На практике более высокие выходы тартрата кальция получают при добавлении хлорида кальция . Тартрат кальция затем превращают в винную кислоту путем обработки соли водным раствором серной кислоты:

Рацемическая винная кислота

Рацемическую винную кислоту можно получить многостадийной реакцией из малеиновой кислоты . На первом этапе малеиновую кислоту эпоксидируют перекисью водорода с использованием вольфрамата калия в качестве катализатора. [21]

HO 2 CC 2 H 2 CO 2 H + H 2 O 2 → OC 2 H 2 (CO 2 H) 2

На следующем этапе эпоксид гидролизуется.

OC 2 H 2 (CO 2 H) 2 + H 2 O → (HOCH) 2 (CO 2 H) 2

мезо -Винная кислота

Смесь рацемической и мезовинной кислот образуется при нагревании декстровинной кислоты в воде при температуре 165°C в течение примерно 2 дней . мезо -Винная кислота также может быть получена из дибромянтарной кислоты с использованием гидроксида серебра: [22]

HO 2 CCHBrCHBrCO 2 H + 2 AgOH → HO 2 CCH(OH)CH(OH)CO 2 H + 2 AgBr

мезо -винную кислоту можно отделить от остаточной рацемовой кислоты кристаллизацией, при этом рацемат менее растворим.

Реактивность

L-(+)-винная кислота может участвовать в нескольких реакциях. Как показано на схеме реакции ниже, дигидроксималеиновая кислота получается при обработке L-(+)-винной кислоты перекисью водорода в присутствии соли двухвалентного железа .

HO 2 CCH(OH)CH(OH)CO 2 H + H 2 O 2 → HO 2 CC(OH)C(OH)CO 2 H + 2 H 2 O

Дигидроксималеиновую кислоту затем можно окислить до тартроновой кислоты азотной кислотой. [23]

Производные

Тартар рвотное
Коммерчески производимая винная кислота

Важные производные винной кислоты включают:

Винная кислота — это мышечный токсин , который подавляет выработку яблочной кислоты и в высоких дозах вызывает паралич и смерть. [27] Средняя смертельная доза (LD 50 ) составляет около 7,5 грамм/кг для человека, 5,3 грамм/кг для кроликов и 4,4 грамм/кг для мышей. [28] Учитывая эту цифру, для убийства человека весом 70 кг (150 фунтов) с вероятностью 50% потребуется более 500 г (18 унций), поэтому его можно безопасно включать во многие продукты, особенно в сладости с кислым вкусом . В качестве пищевой добавки винная кислота используется как антиоксидант с номером Е E334 ; тартраты – это другие добавки, служащие антиоксидантами или эмульгаторами .

При добавлении винного камня в воду образуется суспензия, которая очень хорошо очищает медные монеты , поскольку раствор винного камня может растворить слой оксида меди (II), присутствующий на поверхности монеты. Образующийся комплекс меди(II)-тартрата легко растворим в воде.

Винная кислота в вине

Неочищенный битартрат калия может принять цвет виноградного сока, из которого он был выделен.

Винная кислота может быть сразу узнаваема любителями вина как источник «винных алмазов», маленьких кристаллов битартрата калия , которые иногда спонтанно образуются на пробке или дне бутылки. Эти «тартраты» безвредны, хотя иногда их принимают за битое стекло, и во многих винах их можно предотвратить с помощью холодной стабилизации (которая не всегда предпочтительна, поскольку может изменить профиль вина). Тартраты, оставшиеся внутри бочек для выдержки , когда-то были основным промышленным источником битартрата калия.

Винная кислота играет важную химическую роль, снижая pH бродильного сусла до уровня, при котором многие нежелательные бактерии, вызывающие порчу, не могут жить, и действует как консервант после брожения . Во рту винная кислота придает вину некоторую терпкость, хотя лимонная и яблочная кислоты также играют определенную роль.

Винная кислота во фруктах

Виноград и тамаринды имеют самый высокий уровень концентрации винной кислоты. Другими фруктами, содержащими винную кислоту, являются бананы , авокадо , опунция , яблоки , вишня , папайя , персики , груши , ананасы , клубника , манго и цитрусовые . [1] [4] [29]

Результаты исследования показали, что в цитрусовых (апельсинах, лимонах и мандаринах ) фрукты, выращенные в органическом земледелии, содержат более высокий уровень винной кислоты, чем фрукты, выращенные в традиционном сельском хозяйстве. [30]

Следовые количества винной кислоты были обнаружены в клюкве и других ягодах . [31]

Винная кислота также присутствует в листьях и стручках растений пеларгонии и бобах .

Приложения

Винная кислота и ее производные имеют множество применений в области фармацевтики. Например, его использовали при производстве шипучих солей в сочетании с лимонной кислотой для улучшения вкуса пероральных препаратов. [23] Антимонильное производное калия кислоты, известное как рвотный камень, включается в небольших дозах в сироп от кашля в качестве отхаркивающего средства .

Винная кислота также имеет несколько применений в промышленности. Было обнаружено, что кислота хелатирует ионы металлов, таких как кальций и магний. Поэтому кислота используется в сельском хозяйстве и металлургической промышленности в качестве хелатирующего агента для комплексообразования микроэлементов в почвенных удобрениях и для очистки металлических поверхностей, состоящих из алюминия, меди, железа и сплавов этих металлов соответственно. [21]

Токсичность у собак

Хотя винная кислота хорошо переносится людьми и лабораторными животными, в письме редактору JAVMA от апреля 2021 года высказано предположение, что винная кислота в винограде может быть причиной токсичности винограда и изюма у собак . [32]

У собак винная кислота тамаринда вызывает острое повреждение почек , которое часто может привести к летальному исходу. [33]

Рекомендации

  1. ^ abc Винная кислота – Обзор соединений, PubChem .
  2. ^ Доусон, RMC и др., Данные для биохимических исследований , Оксфорд, Clarendon Press, 1959.
  3. ^ GHS: Запись в базе данных веществ GESTIS Института охраны труда.
  4. ^ аб Дуарте, AM; Кайшейринью, Д.; Мигель, МГ; Сустело, В.; Нуньес, К.; Фернандес, ММ; Маррейрос, А. (2012). «Концентрация органических кислот в цитрусовом соке в результате традиционного и органического земледелия». Акта Садоводство . 933 (933): 601–606. дои : 10.17660/actahortic.2012.933.78. hdl : 10400.1/2790 . ISSN  0567-7572. Архивировано из оригинала 2 июня 2018 г. Проверено 5 мая 2018 г.
  5. ^ Ретциус, Андерс Джахан (1770) «Försök med vinsten och dess syra» (Эксперименты с винным камнем и его кислотой), Kungliga Vetenskapsakademiens Handlingar (Труды Королевской академии наук), 31  : 207–213. Из стр. 209: «§. 6. Dessa försök omtalte jag for Hr. Carl Wilhelm Scheele (en snabb och lårgirug Pharmaciæ Studiosus)…» (§. 6. Я упоминаю об этих экспериментах от имени г-на Карла Вильгельма Шееле (быстрого и прилежного студента) фармакологии) … )
  6. ^ Био (1835) «Mémoire sur la Polarization Circulaire et Sur ses Applications à la Chimie Organique» (Мемуары о круговой поляризации и ее применениях в органической химии), Mémoires de l'Académie des Sciences de l'Institut , 2-я серия, 13  : 39–175. То, что винная кислота ( acid tartarique cristallisé ) вращает плоскополяризованный свет, показано в таблице G, следующей за стр. 168. (Примечание: эта статья была зачитана Французской королевской академии наук 5 ноября 1832 г.)
  7. ^ Био (1838) «Чтобы различать меланжи и химические комбинации, определенные или неопределенные, которые сочетаются с полярным светом; suivies d'applications aux комбинаций винной кислоты с водой, алкоголем и духом bois» (Чтобы различить смеси и химические комбинации, определенные или неопределенные, которые действуют на поляризованный свет; с последующим применением к комбинациям винной кислоты с водой, спиртом [т.е. этанолом] и древесным спиртом [т.е. метанолом]) , Mémoires de l'Académie des Sciences de l'Institut , 2-я серия, 15  : 93–279.
  8. ^ Пастер, Л. (1848). «Мемуар о взаимосвязи, которая может существовать между кристаллической формой и химическим составом, и о причине вращающейся поляризации». Comptes rendus de l'Académie des Sciences (Париж) (на французском языке). 26 : 535–538.
  9. ^ Л. Пастер (1848) «Sur les Relations qui Peuvent Exister Entre la Forme Cristalline, la Composition Chimique et le sens de La Polarization Rotatoire» (Об отношениях, которые могут существовать между кристаллической формой и химическим составом, а также чувством вращения поляризация), Annales de Chimie et de Physique , 3-я серия, 24  : 442–459.
  10. ^ Пастер, Луи (1850) «Recherches sur les propriétés spécifiques des deux acides qui comosent l'acide racémique» [Исследования специфических свойств двух кислот, составляющих рацемовую кислоту], Annales de Chimie et de Physique , 3-я серия, 28 (3): 56–99. См. также Таблицу II. (См. также отчет комиссии, назначенной для проверки выводов Пастера, стр. 99–117.) [на французском языке]
  11. ^ Джордж Б. Кауфман; Робин Д. Майерс (1998). «Решение Пастера о рацемической кислоте: полуторавековая ретроспектива и новый перевод» (PDF) . Химический педагог . 3 (6): 1–4. дои : 10.1007/s00897980257a. S2CID  95862598. Архивировано из оригинала (PDF) 17 января 2006 г.
  12. ^ Флэк, HD (2009). «Открытие Луи Пастером молекулярной хиральности и спонтанного разрешения в 1848 году, а также полный обзор его кристаллографических и химических работ» (PDF) . Акта Кристаллографика А. 65 (5): 371–389. Бибкод : 2009AcCrA..65..371F. дои : 10.1107/S0108767309024088. PMID  19687573. Архивировано из оригинала (PDF) 6 сентября 2012 г.
  13. ^ «Лекция 28: Стереохимическая номенклатура; Рацемизация и разрешение | Химия CosmoLearning» . КосмоОбучение .
  14. ^ W, T, Эстбери (февраль 1923 г.). «Кристаллическая структура и свойства винной кислоты». Учеб. Р. Сок. А. _ 102 (718): 506–528. Бибкод : 1923RSPSA.102..506A. дои : 10.1098/rspa.1923.0010 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ), на основе «Химической кристаллографии» П. Грота.
  15. ^ Справочник CRC по химии и физике, 49-е издание.
  16. ^ Саманта Каллиар и Майкл Херстхаус (2008). «D-Винная кислота». Открытая база данных кристаллографии .
  17. ^ Пол Лунер; и другие. (июль 2002 г.). «(+-)-Винная кислота». Acta Crystallographica Раздел C. 58 (6): о333–о335. Бибкод : 2002AcCrC..58O.333L. дои : 10.1107/S0108270102006650. ПМИД  12050433., «(±)-Винная кислота». Открытая база данных кристаллографии . 2002.
  18. ^ Г. А. Бутсма и Дж. К. Шун (1967). «Кристаллические структуры мезовинной кислоты». Акта Кристаллогр . 22 (4): 522–532. Бибкод : 1967AcCry..22..522B. дои : 10.1107/S0365110X67001070 .
  19. ^ «Д-Винная кислота». ПабХим .
  20. ^ «L-(+)-Винная кислота». ПабХим . Архивировано из оригинала 16 мая 2015 года.
  21. ^ abc Ж.-М. Кассаян «Винная кислота» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана; ВКХ: Вайнхайм, Германия, 2002, 35, 671–678. дои : 10.1002/14356007.a26_163
  22. ^ Огастес Прайс Вест. Экспериментальная органическая химия. Всемирная книжная компания: Нью-Йорк, 1920, 232–237.
  23. ^ аб Блэр, GT; ДеФратис, Джей-Джей (2000). «Гидроксидикарбоновые кислоты». Энциклопедия химической технологии Кирка Отмера . стр. 1–19. дои : 10.1002/0471238961.0825041802120109.a01. ISBN 0471238961.
  24. ^ Залкин, Аллан; Темплтон, Дэвид Х.; Уэки, Тацуо (1973). «Кристаллическая структура октагидрата l-трис (1,10-фенатролин) железа (II) бис (сурьмы (III) d-тартрат)». Неорганическая химия . 12 (7): 1641–1646. дои : 10.1021/ic50125a033.
  25. ^ Хак, я; Хан, К. (1982). «Вред традиционной косметики для глаз - СУРМА». Журнал Пакистанской медицинской ассоциации . 32 (1): 7–8. ПМИД  6804665.
  26. ^ МакКаллум, Род-Айленд (1977). «Обращение президента. Замечания по сурьме». Труды Королевского медицинского общества . 70 (11): 756–63. дои : 10.1177/003591577707001103. ПМК 1543508 . ПМИД  341167. 
  27. ^ Альфред Суэйн Тейлор, Эдвард Хартшорн (1861). Медицинская юриспруденция. Бланшар и Леа. п. 61.
  28. ^ Джозеф А. Мага, Энтони Т. Ту (1995). Токсикология пищевых добавок. ЦРК Пресс. стр. 137–138. ISBN 0-8247-9245-9.
  29. ^ Дж. Б. Гуртлер, Т. Л. Май, в Энциклопедии пищевой микробиологии (второе издание), 2014. КОНСЕРВАНТЫ | Традиционные консерванты – органические кислоты: винная кислота.
  30. ^ Дуарте, AM; Кайшейринью, Д.; Мигель, МГ; Сустело, В.; Нуньес, К.; Фернандес, ММ; Маррейрос, А. (2012). «Концентрация органических кислот в цитрусовом соке в результате традиционного и органического земледелия». Акта Садоводство . 933 (933): 601–606. дои : 10.17660/actahortic.2012.933.78. hdl : 10400.1/2790 . ISSN  0567-7572.
  31. ^ Фитохимические вещества клюквы и продуктов из клюквы: характеристика, потенциальное воздействие на здоровье и стабильность обработки https://www.researchgate.net/publication/44573816_Phytochemicals_of_Cranberry_and_Cranberry_Products_Characterization_Potential_Health_Effects_and_Processing_Stability.
  32. ↑ Макрейнольдс, Тони (1 апреля 2021 г.). «Что вызывает токсичность винограда у собак? Playdough мог бы привести к прорыву». Американская ассоциация больниц для животных .
  33. ^ Вегенаст, Калифорния (2022). «Острое повреждение почек у собак после приема винного камня и тамаринда и связь с винной кислотой в качестве предполагаемого токсического компонента винограда и изюма». J Ветеринарная неотложная помощь в критических ситуациях . 32 (6): 812–816. дои : 10.1111/vec.13234. PMID  35869755. S2CID  250989489.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с винной кислотой.