Kwas L(+)-winowy

Kwas L(+)-winowy

Inne nazwy: Kwas L-winowy, kwas (+)-winowy, kwas (2R,3R)-winowy, kwas (2R,3R)-2,3-dihydroksybutanodiowy, kwas L-2,3-dihydroksybursztynowy
Wzór chemiczny: C₄H₆O₆
Masa molowa: 150.09 g/mol
Numer CAS: 87-69-4
Wygląd: Bezbarwne kryształy lub biały krystaliczny proszek

Kwas L(+)-winowy jest optycznie czynnym kwasem dikarboksylowym zawierającym dwie grupy hydroksylowe i dwie grupy karboksylowe. Jego naturalnie występujący enancjomer ma bezwzględną konfigurację (2R,3R) i wykazuje dodatnią skręcalność optyczną. Cząsteczka zawiera dwa centra stereogeniczne, co czyni kwas winowy historycznie i naukowo ważnym w stereochemii i badaniach chiralności cząsteczkowej. Oprócz kwasu L(+)-winowego, kwas winowy może występować jako jego enancjomer D, forma mezo oraz mieszanina racemiczna. Wzór sumaryczny, masa molowa, konfiguracja stereochemiczna i numer CAS enancjomeru L(+) są udokumentowane w NIST Chemistry WebBook.

Właściwości chemiczne i fizyczne

Kwas L(+)-winowy jest ciałem stałym krystalicznym o zakresie topnienia około 168–170 °C. Jego właściwa skręcalność optyczna w roztworze wodnym jest dodatnia; pomiary referencyjne zazwyczaj dają wartości [α]_D²⁰ wartości około +11.5° do +13.5°, w zależności od stężenia i warunków pomiaru. Ta aktywność optyczna wynika bezpośrednio z określonego przestrzennego ułożenia dwóch stereogenicznych atomów węgla.

Związek jest kwasem dwuprotonowym, ponieważ obie grupy karboksylowe mogą ulegać kolejnym stopniom dysocjacji. W 25 °C podawane stałe dysocjacji odpowiadają w przybliżeniu pK_a1 = 2.98 oraz pK_a2 = 4.34. W konsekwencji, w zależności od pH roztworu, kwas winowy może występować jako obojętna forma H₂T, wodorowinian HT⁻, lub winian T ²⁻. Obecność dwóch grup karboksylowych i dwóch grup hydroksylowych nadaje cząsteczce także silną zdolność do udziału w tworzeniu wiązań wodorowych oraz koordynacji jonów metali.

Kwas L(+)-winowy jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie, a jego krystalizacja z ośrodków wodnych była intensywnie badana. Badania z użyciem spektroskopii terahercowej i ultrawirowania analitycznego wskazują, że krystalizacja z wody może przebiegać poprzez pośrednie, uwodnione struktury, a nie wyłącznie zgodnie z prostym klasycznym mechanizmem nukleacji. Badania monokryształów pokazują, że kwas L-winowy krystalizuje w niecentrosymetrycznej strukturze monoklinalnej, co ma znaczenie w badaniach jego właściwości optycznych i w stanie stałym.

Zastosowania

Kwas L(+)-winowy jest szeroko stosowany jako środek rozdzielający enancjomery w chemii organicznej i farmaceutycznej. Reakcja racemicznego związku zasadowego, w szczególności aminy, z optycznie czystym kwasem L(+)-winowym może prowadzić do powstania par soli diastereomerycznych o różnej rozpuszczalności i odmiennym zachowaniu podczas krystalizacji. Selektywna krystalizacja może zatem służyć do wyizolowania jednego enancjomeru z mieszaniny racemicznej. Badania eksperymentalne wykazały tę zasadę m.in. dla związków takich jak α-fenyloetyloamina i inne aminy chiralne.

Związek jest także stosowany jako selektywator chiralny w chemii analitycznej. Kwas L-winowy badano jako modyfikator chiralny w metodach chromatograficznych i elektroforetycznych oraz jako ligand w chiralnych układach NMR. Na przykład kompleksy tworzone z L-winianu i samaru(III) były używane do różnicowania enancjomerycznych sygnałów NMR poprzez tworzenie chiralnego środowiska magnetycznego wokół cząsteczek analitów.

W chemii koordynacyjnej grupy karboksylanowe i hydroksylowe kwasu winowego umożliwiają tworzenie kompleksów z licznymi jonami metali. To wielodentne zachowanie koordynacyjne sprawia, że kwas L(+)-winowy i jego pochodne są użytecznymi blokami budulcowymi do badań oddziaływań metal–ligand, struktur supramolekularnych oraz stereoselektywnego rozpoznawania. Struktury pochodne od kwasu winowego są również szeroko badane jako prekursory chiralnych ligandów i innych stereochemicznie zdefiniowanych odczynników stosowanych w syntezie asymetrycznej.

Kwas L(+)-winowy jest ponadto badany w inżynierii krystalicznej i nauce o materiałach. Monokryształy były analizowane pod kątem ich właściwości strukturalnych, optycznych i nieliniowo-optycznych. Ponieważ enancjomer L krystalizuje w niecentrosymetrycznej grupie przestrzennej, jego kryształy są interesujące w badaniach zjawisk nieliniowej optyki, wzrostu kryształów oraz zależności struktura–właściwości.

Związek jest także użyteczny jako odczynnik laboratoryjny do otrzymywania soli winiowych, badania równowag kwasowo-zasadowych, kompleksowania metali, krystalizacji oraz badań rozpoznawania stereochemicznego. Połączenie określonej chiralności, dwóch kwasowych grup funkcyjnych i dwóch grup hydroksylowych zapewnia wszechstronną platformę molekularną do badań fizykochemicznych i syntetycznych.

Źródła literaturowe

NIST Chemistry WebBook, SRD 69. (R,R)-Tartaric acid. CAS Registry Number 87-69-4.

Soltani, A.; et al. Crystallization Caught in the Act with Terahertz Spectroscopy: Non-Classical Pathway for L-(+)-Tartaric Acid. Chemistry – A European Journal, 2017. DOI: 10.1002/chem.201702218.

Growth and characterization of L-Tartaric acid, an NLO material. Journal of Crystal Growth, 2007.

Chiral resolution of racemic amines in μ-reactor-crystallizer. Chemical Engineering Journal, 2022.

Bhushan, R.; Tanwar, S. Direct enantiomeric TLC resolution of DL-penicillamine using (R)-mandelic acid and L-tartaric acid as chiral impregnating reagents and as chiral mobile phase additive. Biomedical Chromatography, 2008. DOI: 10.1002/bmc.1052.

Simple Resolution of Enantiomeric NMR Signals of α-Amino Acids by Using Samarium(III) Nitrate With L-Tartarate. Chirality, 2015. DOI: 10.1002/chir.22443.

Safety

Signal Word: Danger

Hazard Statements

• H318: Causes serious eye damage.

Precautionary Statements

• P280: Wear protective gloves, protective clothing, eye protection and face protection.
• P305 + P351 + P338: IF IN EYES: Rinse cautiously with water for several minutes. Remove contact lenses, if present and easy to do. Continue rinsing.
• P310: Immediately call a POISON CENTER or doctor.

Storage

Store in a tightly closed container in a cool, dry and well-ventilated area away from incompatible materials. Protect from moisture and contamination.

Intended Use

This product is intended exclusively for laboratory, technical, analytical and industrial applications. It is not intended for food, beverage, consumption, supplementation, medical, pharmaceutical, cosmetic or similar consumer use.