stringtranslate.com

Винная кислота

Винная кислота — это белая кристаллическая органическая кислота , которая естественным образом встречается во многих фруктах, особенно в винограде , но также в тамариндах , бананах , авокадо и цитрусовых . [1] Ее соль , битартрат калия , обычно известная как винный камень, естественным образом образуется в процессе ферментации . Битартрат калия обычно смешивают с бикарбонатом натрия и продают в виде разрыхлителя , используемого в качестве разрыхлителя при приготовлении пищи. Сама кислота добавляется в пищевые продукты в качестве антиоксиданта E334 и для придания ей характерного кислого вкуса. Природная винная кислота является полезным сырьем в органическом химическом синтезе . Винная кислота, альфа-гидроксикарбоновая кислота , является дипротонной и альдаровой кислотой по характеристикам и является дигидроксильным производным янтарной кислоты .

История

Винная кислота известна виноделам уже много веков. Однако химический процесс ее экстракции был разработан в 1769 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле . [4]

Винная кислота сыграла важную роль в открытии химической хиральности . Это свойство винной кислоты впервые обнаружил в 1832 году Жан Батист Био , который наблюдал ее способность вращать поляризованный свет . [5] [6] Луи Пастер продолжил это исследование в 1847 году, исследуя формы кристаллов тартрата натрия и аммония , которые он обнаружил хиральными. Сортируя вручную кристаллы разной формы, Пастер первым получил чистый образец левовинной кислоты. [7] [8] [9] [10] [11]

Стереохимия

Кристаллы винной кислоты, изображенные так, как будто их видят через оптический микроскоп

Природная форма кислоты — это декстровинная кислота или L -(+)-винная кислота (устаревшее название d -винная кислота). Поскольку она доступна в природе, она дешевле, чем ее энантиомер и мезо-изомер . Префиксы декстро и лево являются архаичными терминами. [12] Современные учебники называют природную форму (2 R ,3 R )-винной кислотой ( L -(+)-винная кислота) , а ее энантиомер — (2 S ,3 S )-винной кислотой ( D -(-)-винная кислота) . Мезодиастереомер называют (2 R ,3 S )-винной кислотой или (2 S ,3 R )-винной кислотой.

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

Производство

Л-(+)-Винная кислота

Изомер L -(+)-винной кислоты винной кислоты производится в промышленных масштабах в самых больших количествах. Его получают из осадков , твердого побочного продукта ферментации. 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 ): [20]

На практике более высокие выходы тартрата кальция получаются при добавлении сульфата кальция . Затем тартрат кальция преобразуется в винную кислоту путем обработки соли водным раствором серной кислоты:

Рацемическая винная кислота

Рацемическая винная кислота может быть получена в многоступенчатой ​​реакции из малеиновой кислоты . На первом этапе малеиновая кислота эпоксидируется перекисью водорода с использованием вольфрамата калия в качестве катализатора. [20]

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

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 кислоты и мезо -винной кислоты образуется при нагревании декстро -винной кислоты в воде при температуре 165 °C в течение примерно 2 дней. Мезо -винную кислоту также можно получить из дибромянтарной кислоты с использованием гидроксида серебра: [21]

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 рацемической кислоты путем кристаллизации, причем рацемат менее растворим.

Реактивность

L-(+)-винная кислота может участвовать в нескольких реакциях. Как показано на схеме реакции ниже, дигидроксималеиновая кислота образуется при обработке L-(+)-винной кислоты перекисью водорода в присутствии соли 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. [22]

Производные

рвотное средство
Винная кислота промышленного производства

Важные производные винной кислоты включают:

Винная кислота — это мышечный токсин , который действует путем ингибирования выработки яблочной кислоты , и в больших дозах вызывает паралич и смерть. [26] Средняя смертельная доза (LD50 ) составляет около 7,5 граммов/кг для человека, 5,3 граммов/кг для кроликов и 4,4 граммов/кг для мышей. [27] Учитывая эту цифру, потребуется более 500 г (18 унций), чтобы убить человека весом 70 кг (150 фунтов) с 50% вероятностью, поэтому ее можно безопасно включать во многие продукты питания, особенно в сладости с кислым вкусом . В качестве пищевой добавки винная кислота используется в качестве антиоксиданта с номером E334 ; тартраты — это другие добавки, служащие антиоксидантами или эмульгаторами .

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

Винная кислота в вине

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

Винная кислота может быть наиболее легко узнаваема любителями вина как источник «винных бриллиантов», небольших кристаллов битартрата калия , которые иногда спонтанно образуются на пробке или дне бутылки. Эти «тартраты» безвредны, несмотря на то, что их иногда принимают за битое стекло, и их образование во многих винах предотвращается посредством холодной стабилизации (которая не всегда предпочтительна, поскольку может изменить профиль вина). Тартраты, остающиеся внутри бочек для выдержки, когда-то были основным промышленным источником битартрата калия.

Винная кислота играет важную роль в химическом плане, снижая pH ферментирующего «сусла» до уровня, на котором не могут жить многие нежелательные бактерии порчи, и действуя как консервант после ферментации . Во рту винная кислота обеспечивает некоторую терпкость вина, хотя лимонная и яблочная кислоты также играют свою роль.

Винная кислота во фруктах

Виноград и тамаринд имеют самые высокие уровни концентрации винной кислоты. Другие фрукты с винной кислотой - бананы , авокадо , опунция , яблоки , вишня , папайя , персики , груши , ананасы , клубника , манго и цитрусовые . [1] [28]

Следовые количества винной кислоты были обнаружены в клюкве и других ягодах . [29]

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

Приложения

Винная кислота и ее производные имеют множество применений в области фармацевтики. Например, она использовалась в производстве шипучих солей в сочетании с лимонной кислотой для улучшения вкуса пероральных лекарств. [22] Производное кислоты антимонила калия, известное как рвотный камень, в малых дозах включается в сироп от кашля в качестве отхаркивающего средства .

Винная кислота также имеет несколько применений в промышленности. Было замечено, что кислота хелатирует ионы металлов, таких как кальций и магний. Поэтому кислота служила 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. [20]

Токсичность для собак

Хотя винная кислота хорошо переносится людьми и лабораторными животными, в письме редактору JAVMA от апреля 2021 года выдвигается гипотеза, что винная кислота в винограде может быть причиной токсичности винограда и изюма у собак . [30]

У собак винная кислота тамаринда вызывает острое повреждение почек , которое часто может быть смертельным. [31]

Ссылки

  1. ^ abc Винная кислота – Сводка соединений, PubChem .
  2. ^ Доусон, Р. М. К. и др., Данные для биохимических исследований , Оксфорд, Clarendon Press, 1959.
  3. ^ GHS: Запись в базе данных веществ GESTIS Института охраны труда и здоровья
  4. ^ Ретциус, Андерс Джахан (1770) «Försök med vinsten och des 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) … )
  5. ^ 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.)
  6. ^ Био (1838) «Для различения меланжей и химических комбинаций определений или не определений, которые сочетаются с полярным светом; suivies d'applications aux комбинаций винной кислоты с водой, спиртом и духом bois» (Чтобы различать смеси и химические комбинации, определенные или неопределенные, которые действуют на поляризованный свет, с последующим применением комбинаций 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.
  7. ^ Пастер, Л. (1848). «Мемуар о взаимосвязи, которая может существовать между кристаллической формой и химическим составом, а также о причине вращающейся поляризации». Comptes rendus de l'Académie des Sciences de Paris (на французском языке). 26 : 535–538.
  8. ^ 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.
  9. ^ Пастер, Луи (1850) «Recherches sur les proprietés 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]
  10. ^ Джордж Б. Кауфман; Робин Д. Майерс (1998). «Разрешение рацемической кислоты по Пастеру: полуторавековой ретроспективный взгляд и новый перевод» (PDF) . The Chemical Educator . 3 (6): 1–4. doi :10.1007/s00897980257a. S2CID  95862598. Архивировано из оригинала (PDF) 2006-01-17.
  11. ^ Флэк, HD (2009). «Открытие Луи Пастером молекулярной хиральности и спонтанного разделения в 1848 году, вместе с полным обзором его кристаллографических и химических работ» (PDF) . Acta Crystallographica A . 65 (5): 371–389. Bibcode :2009AcCrA..65..371F. doi :10.1107/S0108767309024088. PMID  19687573. Архивировано из оригинала (PDF) 2012-09-06.
  12. ^ "Лекция 28: Стереохимическая номенклатура; Рацемизация и разделение | CosmoLearning Chemistry". CosmoLearning .
  13. ^ W, T, Astbury (февраль 1923 г.). «Кристаллическая структура и свойства винной кислоты». Proc. R. Soc. A. 102 ( 718): 506–528. Bibcode :1923RSPSA.102..506A. doi : 10.1098/rspa.1923.0010 .{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link), на основе «Химической кристаллографии» П. Грота.
  14. ^ Справочник CRC по химии и физике, 49-е издание.
  15. ^ Саманта Каллеар и Майкл Херстхаус (2008). "D-Винная кислота". Кристаллография Открытая База Данных .
  16. ^ Пол Лунер и др. (июль 2002 г.). "(+-)-Винная кислота". Acta Crystallographica Section C . 58 (6): o333–o335. Bibcode :2002AcCrC..58O.333L. doi :10.1107/S0108270102006650. PMID  12050433., "(±)-Винная кислота". Кристаллография Открытая База Данных . 2002.
  17. ^ GA Bootsma и JC Schoone (1967). «Кристаллические структуры мезовинной кислоты». Acta Crystallogr . 22 (4): 522–532. Bibcode : 1967AcCry..22..522B. doi : 10.1107/S0365110X67001070 .
  18. ^ "d-Винная кислота". PubChem .
  19. ^ "L-(+)-Винная кислота". PubChem . Архивировано из оригинала 16 мая 2015 г.
  20. ^ abc J.-M. Kassaian "Винная кислота" в Энциклопедии промышленной химии Ульмана; VCH: Weinheim, Германия, 2002, 35, 671-678. doi :10.1002/14356007.a26_163
  21. ^ Август Прайс Уэст. Экспериментальная органическая химия. World Book Company: Нью-Йорк, 1920, 232-237.
  22. ^ ab Blair, GT; DeFraties, JJ (2000). "Гидроксидикарбоновые кислоты". Энциклопедия химической технологии Кирка Отмера . стр. 1–19. doi :10.1002/0471238961.0825041802120109.a01. ISBN 0471238961.
  23. ^ Залкин, Аллан; Темплтон, Дэвид Х.; Уэки, Тацуо (1973). «Кристаллическая структура октагидрата l-трис(1,10-фенантролин)железа(II)бис(d-тартрата сурьмы(III)»). Неорганическая химия . 12 (7): 1641–1646. doi :10.1021/ic50125a033.
  24. ^ Хак, И; Хан, С (1982). «Опасности традиционной глазной косметики — SURMA». Журнал Пакистанской медицинской ассоциации . 32 (1): 7–8. PMID  6804665.
  25. ^ МакКаллум, RI (1977). «Обращение президента. Замечания по сурьме». Труды Королевского медицинского общества . 70 (11): 756–63. doi :10.1177/003591577707001103. PMC 1543508. PMID  341167 . 
  26. ^ Альфред Суэйн Тейлор, Эдвард Хартшорн (1861). Медицинская юриспруденция. Бланшар и Ли. стр. 61.
  27. ^ Джозеф А. Мага, Энтони Т. Ту (1995). Токсикология пищевых добавок. CRC Press. С. 137–138. ISBN 0-8247-9245-9.
  28. ^ JB Gurtler, TL Mai, в Encyclopedia of Food Microbiology (второе издание), 2014. КОНСЕРВАНТЫ | Традиционные консерванты – Органические кислоты: Винная кислота.
  29. ^ Фитохимические вещества клюквы и продуктов из клюквы: характеристика, потенциальное воздействие на здоровье и стабильность обработки https://www.researchgate.net/publication/44573816_Фитохимические_вещества_клюквы_и_продуктов_клюквы_характеристика_потенциальных_воздействий_на_здоровье_и_стабильность_обработки
  30. ^ Макрейнольдс, Тони (1 апреля 2021 г.). «Что вызывает отравление виноградом у собак? Пластилин мог бы привести к прорыву». Американская ассоциация больниц для животных .
  31. ^ Wegenast, CA (2022). «Острое повреждение почек у собак после приема винного камня и тамаринда и связь с винной кислотой как предполагаемым токсическим началом в винограде и изюме». J Vet Emerg Crit Care . 32 (6): 812–816. doi :10.1111/vec.13234. PMID  35869755. S2CID  250989489.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Винная кислота.