Виноградная кислота химические свойства

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 18.09.2024

Общее определение

Виноградная кислота – смесь 1:1 L-винной и D-винной кислоты. Слабая кислота, имеет вид бесцветных кристаллов или белого кристаллического порошка. Не имеет запаха и кислая на вкус.

Применение

DL-винная кислота широко применяется в качестве регулятора кислотности в пищевых продуктах и напитках, в том числе:

в пищевой промышленности служит антиоксидантом в консервации для поддержания вкуса и внешнего вида, выступает как регулятор кислотности в консервации, улучшает вкус кондитерских изделий;
улучшается вкусовые качества безалкогольных напитков, выступая в качестве антиоксидант;
в фармакологии для создания промежуточных соединений;
для смягчения кожи.

Помимо регулятора кислотности, используется как хелатирующий агент, синергист композитного разрыхлителя.

Получение

Есть несколько способов получения виноградной кислоты, один из них – способ, благодаря которому она стала известна: рацемизация винной кислоты.

Так же можно получить кислоту в результате реакции окисления фумаровой кислоты H₄C₄O₄ (для этого применяется KMnO₄ – перманганат калия) или восстановления глиоксиловой кислоты C₂H₂O₃.

Идентификация

Физические данные

Физическое состояние: твердое
Цвет: без цвета, белый
Форма: кристаллы, кристаллический порошок
Запах: без запаха
Молекулярная масса: 150.09
Температура кипения: 399.3°С при 760 мм рт.ст.
Температура плавления: 200-206ºС с разложением при быстром нагревании в герметичной капиллярной трубке
Плотность: 1.886 г/см 3
pH 5% водного раствора: 2
Содержание сульфатов: не более 0.048%
Растворимость: легко растворяется в воде (133 г на 100 мл при 20ºС), умеренно растворяется в этаноле
Чистота: не ниже 99.5%

Пожар и взрыв

Температура вспышки: 210ºС

При высокой температуре виноградная кислота может быть горючей, для тушения пожара применяется распылитель воды, сухая химия или диоксид углерода.

Влияние на организм

Виноградная кислота не классифицируется как опасное вещество, однако при попадании в глаза может привести к повреждению роговицы или слепоте. На коже вызывает раздражение, покраснение, боль и даже волдыри, при проглатывании вызывает сильное раздражение желудочно-кишечного тракта.

Агрессивных побочных эффектов на организм виноградная кислота не оказывает, но повышенное содержание ее может вызвать жажду, рвоту, понос, боли в животе, желудочно-кишечное воспаление.

Допустимое потребление виноградной кислоты: 0-30 мг/кг массы тела.

Стабильность

Стабильная кислота при нормальной температуре и давлении.

Опасные продукты разложения: оксиды углерода (CO, CO₂).

Несовместимость: окислительные средства, восстановители, щелочи.

Разлив и очищение

Для сбора разлива виноградной кислоты используются средства индивидуальной защиты и соблюдая меры предосторожности. Материал собирается, затем помещается в подходящий чистый сухой контейнер и плотно закрывается для утилизации.

Не допускать разлива в окружающую среду.

Профилактика

Избегать попадания на кожу и в глаза, не вдыхать пыль.

При работе избегать образования пыли. Помещение должно быть оборудовано вентиляцией для предотвращения образования пыли.

Безопасность

Символ опасности: Xi – раздражающее.

Коды риска:

36/37/38 – Раздражает глаза, органы дыхания и кожу;
41 – Риск серьёзного повреждения глаз.

Коды безопасности:

26 – В случае попадания в глаза немедленно промыть глаза большим количеством воды и обратиться за медицинской помощью;
37/39 – Надеть соответствующие перчатки и средства защиты глаз/лица;
36 – Наденьте соответствующую защитную одежду.

Защитное оборудование и одежда

Защита включает респиратор NIOSH/MSHA или европейский стандарт EN 149, защитные очки или химические защитные очки, перчатки, одежду.

Хранение

Виноградная кислота должна храниться в прохладном и сухом месте, удаленно от сильного света и тепла, источников возгорания. Не хранить контейнера из-под реагента, не добавлять в кислоту воду.

Упаковка и транспортировка

Ограничений на транспортировку виноградной кислоты по морю, воздуху или суше нет.

Упаковка: 100 г / 500 г / 2,5 кг / 25 кг в комплексном пакете с полиэтиленовым пакетом.

InChI: 3D вид
InChI = 1S / C4H6O6 / c5-1 (3 (7) 8) 2 (6) 4 (9) 10 / h1-2,5-6H, (H, 7,8) (H, 9, 10)
InChIKey:
FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYAZ
Std. InChI: 3D-изображение
InChI = 1S / C4H6O6 / c5-1 (3 (7) 8) 2 (6) 4 (9) 10 / h1-2,5-6H, (H, 7,8) (H, 9, 10)
Станд. InChIKey:
FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N

E :
Сильнокислотный коррозионный материал (расчетный pH = 1,4 для насыщенного раствора)

Раскрытие при 1,0% в соответствии с критериями классификации

D - (-) - Винная кислота: E,

E :
Сильнокислотный коррозионный материал (расчетный pH = 1,0 для 9,3 М раствора)

Раскрытие при 1,0% в соответствии с критериями классификации

Мезотарная кислота: E,

E :
Сильнокислотный коррозионный материал (pH насыщенного раствора = 1,1 для 7,4 M раствора)

Раскрытие при 1,0% в соответствии с критериями классификации

L - (+) - Винная кислота: E,

E :
Сильнокислотный коррозионный материал (pH 9,3 M насыщенного раствора = 1,0)

Раскрытие при 1,0% в соответствии с критериями классификации

Винной кислоты является общим названием 2,3-дигидроксибутандиовой кислоты , который имеет эмпирическую формулу С ₄ Н ₆ О ₆ . Это α-гидроксикислота . Его полуструктурная формула - HOOC-CHOH-CHOH-COOH. Винная кислота присутствует во многих растениях. Впервые он был выделен в 1769 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле , который вскипятил винный камень с мелом и разложил продукт в присутствии серной кислоты . Его можно синтезировать. Это основная кислота в вине (из винограда ) в ее естественной форме, то есть L - (+).

Эти ионы тартраты используются в растворе Фелинга , чтобы проверить наличие альдегидов . Тартрат калия предотвращает кристаллизацию бутилированного вина - феномен, который с древних времен использовали греки и римляне.

Резюме

Химия

Азотной окиси винной кислоты щавелевой кислоты , в то время концентрированной серной кислоты преобразует его в уксусную кислоту . При нагревании в присутствии диоксида марганца и разбавленной серной кислоты он разлагается на CO _2. и муравьиная кислота .

Характеристики

Он находится в виде бесцветных прозрачных кристаллов, растворимых в воде. Наличие винной кислоты можно проверить с помощью резорцина . Винная кислота активирует слюноотделение; это мягкое слабительное и мочегонное средство .

В сопряженные основы винной кислоты являются тартрат иона , - OOC- (СНОН) ₂ СОО - и битартрат или водород тартрат - ион, НООС- (СНОН) ₂ СОО - . Таким образом, одна из наиболее распространенных солей (2 R , 3 R ) - битартрат калия , энантиомер, присутствующий в винограде и вине.

Изомерия

Луи Пастера изучал оптическую активность по изомеров оптики тартрата . При брожении виноградного сока на внутренней поверхности емкости образуется белая корка виннокислого калия или сырого винного камня . Последний при кипячении в присутствии разбавленной соляной кислоты осаждается в виде тартрата кальция при добавлении гидроксида кальция. Его обработка разбавленной серной кислотой высвобождает правовращающую (+) форму винной кислоты, соединения, которое поворачивает плоскость поляризации поляризованного света вправо. Кислоты L - (+) - винной кислоты имеет температуру плавления от 171 до 174 ° C и хорошо растворим в воде и спирте. Не растворяется в эфире.

Существует еще одна форма винной кислоты, D - (-) - винная кислота ( левовращающая ). Этот другой энантиомер поворачивает плоскость поляризации света влево. Впервые он был приготовлен примерно в 1847 году Луи Пастером в рамках своей докторской диссертации из (двойной) соли аммония и натрия.

Винная кислота, полученная в лаборатории, представляет собой эквимолярную смесь правовращающей (+) и левовращающей (-) форм . Эта смесь ( DL- винная кислота ), названная рацемической , от старого названия этого продукта, рацемическая кислота , не изменяет направление плоскости поляризации света.

Существует третья форма, мезотарная кислота , которая, ахиральная , не изменяет направление плоскости поляризации света.

Использует

Он используется в виде твердой кислоты в таблетках от расстройства желудка и головных болей. При помещении в воду кислота растворяется и реагирует с бикарбонатом натрия с выделением газообразного диоксида углерода .

Он используется в пищевых продуктах как пищевая добавка ( номер E334 ), в основном как антиоксидант , регулятор pH и секвестрант . Он разрешен для большинства пищевых продуктов и некоторых конкретных продуктов, таких как какао и шоколад, джемы и желе, консервированные фрукты и овощи, свежая паста, печенье и сухарики, предназначенные для младенцев.

Он также имеет еще одно довольно распространенное применение: в определенных конкретных случаях он позволяет благодаря своим рекристаллизационным свойствам (винная кислота L - (+) и D - (-)) разделять два энантиомера .

По гравиметрического анализа , раствор винной кислоты используется для осаждения на кальций , то калий , на магний , в скандий , на стронций и тантал .

В виноградной лозе и в ягодах винограда преобладает d-винная кислота. l-Винная кислота присутствует в значительных количествах в листьях Beuchina retuculata (до 50 г на 1 кг). Из листьев можно получить довольно большие количества ее. Мезовинная кислота в растениях не встречается. Она образуется из всех изомеров винной кислоты при кипячении их со щелочью.
По данным Ж. Риберо-Гайона, в молодых листьях и стеблях виноградной лозы концентрация винной кислоты достигает 3,7% на сухую массу. В зрелом винограде количество винной кислоты колеблется от 0,2 до 1%. Виноград является единственным источником получения винной кислоты в промышленном масштабе.
По химическим свойствам все формы винной кислоты одинаковы, но отличаются рядом физических свойств (температурой плавления, растворимостью и др.). Так, например, d- и Z-винные кислоты имеют температуру плавления 170°С, виноградная 240— 246° С, а мезовинная 140° С. Растворимость d- и l-винной кислот в воде выше, чем виноградной.
Поскольку винная кислота является двухосновной, она дает два рода солей — кислые и средние. Кислая соль калия винной кислоты (КНС4Н4О6) труднорастворима в воде и даже в вине, вследствие чего в значительном количестве выпадает из вина в осадок. Средняя соль калия винной кислоты (К2С4Н406), а также средняя соль натрия хорошо растворимы в воде. При действии едкой щелочи на кислую калийную соль винной кислоты образуется сегнетова соль (KNaC4H4064H20).
Растворимость солей винной кислоты (винный камень) в вине зависит от содержания некоторых аминокислот (глицин, лейцин, фенилаланин, аспарагиновая кислота) и особенно белковых веществ. Согласно данным С. Мончева, неодинаковая растворимость винного камня в отдельных винах объясняется различием в составе и количественном отношении аминокислот. Поэтому вина, выдержанные на дрожжах, обладают большей стабильностью к помутнениям.
Винная кислота и ее соли являются главным компонентом сусла и вина. Значение их в том, что, обладая кислым вкусом, в сочетании с сахаром они создают определенную вкусовую гармонию.
Винная кислота и ее соли создают кислую реакцию сусла и вина и препятствуют развитию ряда микроорганизмов, портящих вкус и аромат. С другой стороны, кислая среда способствует развитию винных дрожжей, которые обладают более высокой кислотовыносливостью и при pH 2,8—3,8 способны сбраживать сахар.
Ж. Риберо-Гайон и П. Риберо-Гайон исследовали механизм синтеза винной кислоты в листьях и ягодах винограда сорта Каберне Совиньон. Ими было установлено, что при введении глюкозы, меченой в разных положениях С14, меченая винная кислота образовывалась только в ягодах, но когда вводили С14О на свету, то меченая винная кислота образовывалась и в ягодах и в листьях.
К. Иамада, Т. Кодама, Т. Обата и Н. Такахаши [182] изучали механизм образования винной кислоты из глюкозы микробиологическим путем с помощью glucono bacterium Suboxidans. Вначале глюкоза окисляется в глюконовую кислоту, которая затем превращается в 2-кетоглютаровую и 5-кетоглютаровую. Последняя распадается на винную и гликолевую кислоты.

По схеме Ж. Риберо-Гайона и др. из глюкозы образуется кето-5-глюконовая кислота, которая превращается в альдегид вин
ной кислоты, а затем окисляется в винную кислоту. При этом из кето-5-глюконовой кислоты, кроме альдегида винной кислоты, образуется еще гликолевый альдегид.
Впоследствии выяснилось, что 5-кетоглютаровая кислота образует винную и гликолевую кислоты, а 4-кетоглютаровая кислота превращается в претартариковую кислоту, которая распадается на винную и гликолевую, как это показано на схеме:

Как видно из этой схемы, претартариковая кислота имеет эфирную связь и легко гидролизуется с образованием винной кислоты и гликолевого альдегида.
X. Руффнер и Д. Раст [162] показали другой путь образования винной кислоты в листьях и ягодах винограда. Они вводили в листья и ягоды кроме меченой С14-глюкозы еще меченую С14- гликолевую кислоту в отдельности. В случае применения меченой С14-глюкозы была выделена равномерно меченая винная, а при применении меченой С14-гликолевой кислоты была получена винная кислота, меченая с одним атомом углерода. В листьях винограда меченая глюкоза была превращена через глюконат, в претартариковую кислоту [1,2-диоксиэтил-l( + )-винная кислота], которая расщепляется между С-4 и С-5, в результате, как было показано выше, образуются Z-винная и гликолевая кислоты.
В 1965 г. Ж. Риберо-Гайон установил наличие в ягодах винограда эфиров фенольных соединений с винной кислотой: моно- каффеил, моно-р-кумарил и эфир феруил-d-винной кислоты.
В листьях винограда впервые был обнаружен моноэтиловый эфир винной кислоты [174]. Этот эфир очень лабильное соединение и легко превращается в винную и яблочную кислоты.
С. Нагель и др. идентифицировали методом жидкостной хроматографии из винограда сложные эфиры оксикоричной и винной кислот, а также кофейной, кумариновой и конифериловой кислот [138].
Винная кислота играет важную роль в ягодах винограда, а также при технологии вина. Она участвует в дыхании и в обмене веществ виноградной лозы. Винная кислота образует комплексную соль виннокислого железа, которая катализирует окислительно-восстановительные процессы, необходимые для созревания вина. Первым продуктом окисления винной кислоты является диоксифумаровая кислота. Она обладает восстанавливающими свойствами, благодаря чему ускоряется созревание вина.
Диоксифумаровая кислота образуется также в винограде в результате дегидрирования винной кислоты специфической дегидрогеназой винной кислоты в присутствии НАД.
Наши исследования показали, что в винограде содержится оксидаза диоксифумаровой кислоты, которая окисляет ее в дикетоянтарную кислоту. Последняя легко декарбоксилируется в мезоксалевую кислоту.
В дальнейшем мезоксалевая кислота путем окислительного декарбоксилирования превращается в глиоксалевую. Все эти превращения винной кислоты можно представить по следующей схеме:

Слабой стороной этой схемы является восстановление щавелевоуксусной кислоты в мезовинную, хотя некоторые исследователи считают, что такой путь возможен

По представлению И. Вольфа, Т. Беннет-Кларка, К. Тимана и С. Боннера органические кислоты возникают из углеводов, а при созревании, наоборот, образование углеводов происходит за счет реутилизации органических кислот. Однако вследствие низкого уровня восстановленности винной кислоты (0,625) такой прямой переход представляется очень сомнительным.
Винная кислота может превратиться в углеводы при дегидрировании ее в диоксифумаровую. Последняя, декарбоксилируясь, образует гликолевый альдегид. Согласно реакции Фантона, гликолевый альдегид обладает более высоким уровнем восстановленности (1), чем винная кислота.
Известно, что гликолевый альдегид может полимеризироваться в углеводы.

i-Винная (виноградная) кислота. Оптически деятельные винные кислоты при продолжительном нагревании с водой рацемизуются, т. е. превращаются в смесь равных количеств оптических антиподов. Особенно легко происходит рацемизация в присутствии свободной щелочи, причем рацемическая, или виноградная, кислота частично превращается в мезовинную кислоту.

Виноградная кислота была открыта в 1822 г. как побочный продукт при получении винной кислоты, а в 1830 г. Берцелиус установил, что она имеет тот же элементарный состав, что и винная кислота.

Если смешать равные количества правой и левой винных кислот, то медленно образуется виноградная кислота, причем происходит выделение тепла.

Виноградная (рацемическая) кислота отличается от D- и L-винных кислот не только отсутствием оптической деятельности, но и целым рядом других свойств. Так, из воды она кристаллизуется в виде гидрата 2С₄Н₆О₆ ∙ Н₂О, безводная плавится при 204° С. В воде она значительно менее растворима, чем винные кислоты. Соли виноградной кислоты — рацематы отличаются от солей оптически деятельных винных кислот. Кислая калиевая соль лучше растворима в воде, средняя же кальциевая соль еще труднее растворима, чем соответствующие соли D- и L-винных кислот.

Все указанные свойства показывают, что виноградная кислота представляет собой не смесь молекул правой и левой винных кислот, но их химическое (молекулярное) соединение. Подобного рода соединения оптических антиподов получили название рацемических соединений именно от латинского названия виноградной кислоты acidum racemicum.

В растворах и в парах рацемические соединения, по-видимому, не существуют; так, определения молекулярного веса по понижению температуры замерзания растворов виноградной кислоты дают величину, отвечающую мономерной формуле С₄Н₆О₆; определение плотностей паров сложных эфиров также приводит к молекулярным весам мономерных соединений, а не к удвоенным.

Читайте также: