Weinsäure

Strukturform
Allgemeines
Namn	Weinsäure
Andra namn	2,3-Dihydroxybernsteinsäure, 2,3-Dihydroxybutandisäure, Threarsäure
Summenformel	C4 H6 O6
CAS-nummer	87-69-4 (L(+)-Form) 147-71-7 (D(−)-Form) 147-73-9 (meso -form)
Egenskaper
Molare Masse	150,09 g·mol
Aggregatzustand	fest
Dichte	1 7598 g·cm (optiskt aktiv form )) 1 666 g·cm (meso -Form) 1 788 g·cm(Racemat )
Schmelzpunkt	169–170 °C (optisk aktiv form) 142 °C (meso -Form) 206 °C (Racemat)
Löslichkeit	gut löslich i Wasser, Metanol, Etanol unlöslich i kloroform
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung Xi Reizend R- och S-Sätze R:36 S:24/25
MAK	nicht festgelegt
Soweit möglich and gebräuchlich, were SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Die Genusssäure Weinsäure , auch als 2,3-Dihydroxybernsteinsäure oder 2,3-Dihydroxybutandisäure, im Lateinischen als Acidum tartaricum, und im Englischen mit vinsyra, bezeichnet, ist eine Carbonsäure, welche hauptsächlich in Weintrauben auftritt. Die Salze der Weinsäure heißen Tartrate.Weinsäure ist in der EU as Lebensmittelzusatzstoff der Nummer E 334 zugelassen.In Deutschland wird auch der Gesamtsäuregehalt von Weinen als Weinsäure angegeben, obgleich im Wein noch eine große Anzahl anderer Säuren, vor allem Apfelsäure, vertreten ist.

Durch intermolekulare Wasserabspaltung entsteht die polymere Metaweinsäure, die unter der Bezeichnung E 353 ebenfalls as Lebensmittelzusatzstoff verwendet wird.

Historia

Vor der Entdeckung der egentlichen Weinsäure wurde ihr Salz Kaliumhydrogentartrat, der Weinstein, für eine Säure gehalten, da dieser durch seine schlechte Wasserlöslichkeit im Wein leicht ausfällt, and sich daher für die frühen Chemiker simpler erkennbar as die gut lösliche war. 1732 blev Weinstein daher von Boerhaave som feste Säure angeführt. 1764 blev Markgraf en Alkalimetall im Weinstein eftergewiesen, woraufhin är diesen mit Calcium zu Calciumtartrat zersetzte, welches er jedoch nicht exakter untersuchte. Erst 1769 zersetzte Scheele, der gemeinhin als Entdecker der Weinsäure gilt, Calciumtartrat mit Schwefelsäure und bezeichnete die abgeschiedene kristalline Säure as „Weinsteinsäure“. Der Weinstein blev kurz darauf as saures Kalisalz dieser Säure erkannt. 1819 wurde die Traubensäure vom Fabrikanten Kestner als Nebenprodukt der Weinsäureherstellung upptäckt. Die Isomerie der Weinsäure blev 1826 av Gay-Lussac fastställd. Dessa isomerier kommer från Pasteurs detaljerade sidor, vilka har en optisk aktiv "rättslig väg", även den L-Weinsäure och die Traubensäure, som "racemische Säure" som är kända, kända. Pasteur stellte das Natriumammoniumsalz dieser Säuren her, und discovere dabei die Chiralität. Mit einem Vergrößerungsglas und einer Pinzette trennte Pasteur die Kristalle vorsichtig in zwei Haufen, linksdrehende and rechtsdrehende.

Die so aus dem Racemat vann enantiomeren Natriumammoniumtartrate blivit von Pasteur wieder in Lösung gebracht und im Polarimeter vermessen. Dabei stellte er fest, att båda Lösungen der aus der optiskt inaktiva Traubensäure vunnit Salze optiskt aktiva waren och die selbe spezifische Drehung wie aus L-Weinsäure vann Natriumammoniumsalz aufwiesen, die Drehung bei einer der beiden Lösungen jedoch ein entgegengesetztes Vorzeichen aufwiesen. Aus diesem Ergebnis folgerte Pasteur, dass es sich bei der Traubensäure nicht um einen Reinstoff, sondern um ein gleichteiliges Gemisch von rechts- und linksdrehender Weinsäure, also einem Racemat handelt. Der Begriff Racemat für eine Mischung zweier Enantiomere zu gleichen Teilen leitet sich aus der damaligen Beizeichnung für Traubensäure as "racemische Säure" her.

Die Deutungen von Pasteurs Experiment erschöpfen sich allerdings bei weitem nicht in der Feststellung, dass Traubensäure ein Racemat aus L- und D-Weinsäure ist. Zwar erkannte bereits Pasteur, dass optische Aktivität eine Folge einer Eigenschaft des Weinsäuremoleküls selbst sein muste. Doch erst 1874 konnten Le Bel und van 't Hoff, der in der Folge zum ersten Chemie-Nobelpreisträger wurde, dies, unabhängig voneinander, anhand der Molekülstruktur erklären. Im Wissen, "dass vier unterschiedliche Objekte auf zwei verschiedene Weisen in den Ecken eines Tetraeders angeordnet werden können, and that sich diese Anordnungen zueinander wie Bild och Spiegelbild verhalten, die nicht zur Deckung zu bringen sind" stellten sie die Hypothese vier, dass an ein Kohlenstoffatom gebundenen Reste tetraedisch angeordnet sind. Ausgehend von dieser Hypothese vermuteten sie, dass optisch aktiv Moleküle mindestens ein Kohlenstoffatom mit vier verschiedenen Resten, also ein asymmetrisches Kohlenstoffatom, enthalten. "Optiskt inaktiva organiska ämnen som innesluter demnach antingen kein asymmetrisches Kohlenstoffatom or sie sind Gemische aus gleichen Teilen zweier Enantiomerer."

Van’t Hoff und Le Bel erkannten damit zum einen die tetraedrische Geometrie des Kohlenstoffatoms, und gaben zum anderen eine schlüssige Erklärung für die optische Aktivität organischer Stoffe. Nur die meso-Verbindungen ließen sich durch ihre Definition nicht abdecken, erst sehr viel später wurde die Struktur der meso-Weinsäure discovered.Lange unbekannt blieb auch, welches Enantiomer der Weinsäure nun die Polarisationsebene des Lichts nach rechts nach, links och welches. Erst 1951 konnte Bijvoet mit einer speziellen Röntgenmethode anhand des Natriumrubidiumtartrats klären, dass es sich bei L-Weinsäure um das rechtsdrehende (+)-Enantiomer und bei D-Weinsäure um das linksdrehende (−)-Enantiomer handelt. Genom Umwandlung von Weinsäure i andra kemiska förbindelser kunde dies ebenfalls für viele other Enantiomerenpaare geklärt werden.

Vorkommen

Besonders die L(+)-Weinsäure sowie deren Calcium-, Kalium- und Magnesiumsalze finden sich reichlich in den Reben, Trauben und Blättern des Weinstocks sowie im Löwenzahn, in Zuckerrüben, in Tamarinden, in unreifen Vogelbeeren, in den Samen des, in Spindelbaums den Blättern der Agaven, in schwarzem Pfeffer, in der Ananas und in vielen weiteren Früchten.Bei der Weinherstellung scheiden sich schwerlösliche Salze der Weinsäure als Weinstein am Boden von Weinfässern oder Weinflaschen ab.Die D(−)-Weinsäure, genannte Weinsäure, a findt sich nur in den Blättern des westafrikanischen Baumes Bankinia reticulata .Die meso -Form existiert in der Natur nicht.

Herstellung

Die Herstellung von Weinsäure aus Weinstein gelingt nach der Umwandlung in Calciumtartrat. Aus diesem kan mit Schwefelsäure die Weinsäure freigesetzt werden und es entsteht Gips as Nebenprodukt. Dö meso -Form lässt sich durch Oxidation von Fumarsäure oder Maleinsäureanhydrid mit Wasserstoffperoxid, Kaliumpermanganat eller anderen Persäuren herstellen.

Reine D(−)-Weinsäure kan durch den Abbau mit Penicillium glaucum aus dem Racemat erhalten werden. Das Penicillium glaucum baut nämlich nur die L(+)-Weinsäure ab.

Egenskaper

Strukturformeln der Weinsäuren in der Fischer-Projektion:

     COOH     
     | 
  HO-C-H      D(−)-Weinsäure
     | 
   H-C-OH  
     |
     COOH     

     COOH     
     | 
   H-C-OH     L(+)-Weinsäure
     | 
  HO-C-H   
     |
     COOH 

     COOH     
     | 
   H-C-OH    
 ----|----     =>Spiegelebene im Molekül, die zu optischer Inaktivität führt (siehe aber Anmerkung).
   H-C-OH   
     |
     COOH      meso-Weinsäure

Die zwei Kohlenstoffatome, die die beiden Hydroxylgruppen im Molekül der Weinsäure tragen,sind Stereozentren. Je nach der Konfiguration dieser Zentren ligger L(+)-Weinsäure, D(−)-Weinsäure eller die optisch inaktive meso-Weinsäure vor. In der Natur kommt mest die rechtsdrehende L(+)-Form vor. Die bådan optiskt aktiva ämnen unterscheiden sich in ihren physikalischen and chemicaln Eigenschaften nur im Drehwert gegen linear polarisiertes Licht, diese beträgt bei L(+)-Weinsäure +12,7 °, bei D(−)-Weinsäure -12,7 °.

Die Alkalisalze der Weinsäure vermögen in alkalischer Lösung Kupfer(II)-Ionen zu komplexieren (zu binden ) und dadurch in Lösung zu halten (Fehlingsche Lösung). Als zweibasische, verhältnismäßig starke Säure können auch Hydrogentartrate gebildet werden.

Eine Mischung gleicher Mengen von L(+)- och D(−)-Weinsäure (Racemat) wird als Traubensäure bezeichnet, Schmelzpunkt 205–206 °C.

Användning

In größerem Maßstab findt nur die L-Weinsäure Verwendung, da sie einerseits das Produkt der meisten Syntheseverfahren von Weinsäure darstellt, andererseits Traubensäure in bestimmten Dosen toxisch wirken kann, was ihre Verwendung as Lebensmittelzusatzstoff verhindert. 50% av produkterna L(+)-Weinsäure gehen in die Lebensmittelindustrie und Pharmazie, die andra Hälfte in teknisk Anwendungsgebiete.

Verwendung als Lebensmittelzusatzstoff

Der offensichtlichste Anwendungsbereich der Weinsäure ligger i ihrer Verwendung als Lebensmittelzusatzstoff. Die in diesem Bereich als E 334 bezeichnete L-Weinsäure findt sich nicht nur natürlicherweise in vielen Lebensmitteln, sondern wird aufgrund ihrer geschmacklichen und konservierenden Eigenschaften auch vielen Lebensmitteln künstlich zugesetzt. Weinsäure wird bei der Bereitung von Speiseeis, Kunsthonig, Obst, Limonaden und Erfrischungsgetränken, Gelee, Weingummis und Konditorwaren, und bei der Säuerung säurearmer Weine verwendet.

Metaweinsäure wird hauptsächlich zur Weinsteinstabilisierung verwendet; als Schutzkolloid verhindert sie die Kristallisation von Weinstein im Wein.

Technische Verwendungsmöglichkeiten

Weiterhin findt Weinsäure auch in vielen technischen Bereichen Verwendung, unter anderem beim Griffigmachen und Glätten von Seide, auch im Zement und im Gips ist sie enthalten, da sie deren Abbindeverhalten beeinflusst.Wichtig ist die Fähigkeit der Weinsäure, mit Metallen bildene zu Komplexen mit das Metall-Kation durch die Weinsäure gebunden. Dadurch ergeben sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Kaliumnatriumtartrat wird beispielsweise als Komplexbildner in Fehlingscher Lösung eingesetzt, Weinsäure zur Oberflächenbehandlung von Kupfer- und Messingartikeln, sie kan ebenfalls zur Reinigung schwermetallkontaminierter Böden verwendet werden, da sie hier giftige Schwermetalle biologits biet, a. Weiterhin dient sie als Reduktionsmittel und zur Racematspaltung organischer Basen.In der modernen organischen Synthese sind LiAlH₄ - Weinsäurederivate wie TADDOL wichtige chirale Reagenzien zur enantioselektiven Reduktion von Ketonen.

Einzelnachweise

1. ↑ Sicherheitsdatenblatt (Carl Roth D(−)-Weins.)
2. ↑ H. Hart, L.E. Crane, D.J. Hart:Organische Chemie. WILEY-VCH Verlag, Weinheim, 2002, S. 193
3. ↑ E. Breitmaier, G. Jung:Organische Chemie , Thieme Verlag, 4. Auflage, 2001
4. ↑ Görtges, S.:"Metaweinsäure zur Weinsteinstabilisierung". I:Schweiz. Z. Obst-Weinbau 2002, 1, S. 8-9. PDF, 43 kB