타타르산
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1. 개요
타타르산은 와인 제조 부산물에서 얻어지는 유기산으로, 화학적 키랄성의 발견에 중요한 역할을 했다. 1769년 칼 빌헬름 셸레에 의해 추출 과정이 개발되었고, 1832년 장바티스트 비오가 편광된 빛을 회전시키는 성질을 관찰했으며, 루이 파스퇴르는 주석산나트륨 암모늄 결정의 모양을 연구하여 키랄성을 발견하고 광학 이성질체의 개념을 제시했다. 타타르산은 L-(+)-타르타르산, D-(-)-타르타르산, 메조타르타르산의 세 가지 이성질체를 가지며, 식품 첨가물, 의약품, 산업용으로 사용된다. 안전성 및 독성과 관련하여, 식품 첨가물로 사용되지만 과다 섭취 시 인과 칼슘의 흡수를 저해할 수 있으며, 개에게는 급성 신장 손상을 유발할 수 있다.
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타타르산 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
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일반 정보 | |
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IUPAC 이름 | 2,3-다이하이드록시뷰테인다이오산 |
다른 이름 | 타타르산 2,3-다이하이드록시석신산 트레아르산 라세미산 유빅산 파라타타르산 주석산 |
식별 | |
R,R-이성질체 CAS 등록번호 | 87-69-4 |
S,S-이성질체 CAS 등록번호 | 147-71-7 |
라세미체 CAS 등록번호 | 133-37-9 |
메조-이성질체 CAS 등록번호 | 147-73-9 |
PubChem CID | 875 (명시되지 않은 이성질체) |
ChEBI | 15674 |
DrugBank | DB01694 |
KEGG | C00898 |
ChemSpider | 852 |
ChEMBL | 333714 |
ChEMBL5 | 1200861 |
UNII | W4888I119H |
MeSH 이름 | 타타르산 |
SMILES | O=C(O)C(O)C(O)C(=O)O |
InChI | 1/C4H6O6/c5-1(3(7)8)2(6)4(9)10/h1-2,5-6H,(H,7,8)(H,9,10) |
InChIKey | FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYAZ |
표준 InChI | 1S/C4H6O6/c5-1(3(7)8)2(6)4(9)10/h1-2,5-6H,(H,7,8)(H,9,10) |
표준 InChIKey | FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N |
속성 | |
화학식 | C₄H₆O₆ (기본식), HO₂CCH(OH)CH(OH)CO₂H (구조식) |
몰 질량 | 150.087 g/mol |
외형 | 흰색 분말 |
밀도 | 1.737 g/cm³ (R,R- 및 S,S-), 1.79 g/cm³ (라세미체), 1.886 g/cm³ (메조) |
녹는점 | 169, 172 °C (R,R- 및 S,S-), 206 °C (라세미체), 165-6 °C (메조) |
용해도 | 1.33 kg/L (L 또는 D-타타르산) 0.21 kg/L (DL, 라세미체) 1.25 kg/L (메조) |
pKa | L(+) 25 °C: pKₐ₁= 2.89, pKₐ₂= 4.40 메조 25 °C: pKₐ₁= 3.22, pKₐ₂= 4.85 |
짝염기 | 비타르트레이트 |
자기 감수율 | −67.5·10⁻⁶ cm³/mol |
위험성 | |
신호어 | 위험 |
GHS 참조 | GHS: |
관련 화합물 | |
다른 양이온 | 타타르산 일나트륨 타타르산 이나트륨 타타르산 수소 일칼륨 타타르산 이칼륨 |
다른 작용기 | 카르복실산 |
다른 작용기 화합물 | 뷰티르산 석신산 다이머캅토석신산 말산 말레산 푸마르산 |
관련 화합물 | 2,3-뷰테인다이올 시코르산 |
2. 역사
주석산은 수세기 동안 와인 제조자들에게 알려져 왔다. 하지만 추출을 위한 화학적 과정은 1769년 스웨덴의 화학자 칼 빌헬름 셸레에 의해 개발되었다.[4]
주석산은 화학적 키랄성의 발견에 중요한 역할을 했다. 주석산의 이러한 특성은 1832년 장바티스트 비오에 의해 처음 관찰되었는데, 그는 주석산이 편광된 빛을 회전시키는 능력을 관찰했다.[5][6] 루이 파스퇴르는 1847년 주석산나트륨 암모늄 결정의 모양을 연구하면서 이 연구를 이어갔는데, 그는 이 결정이 키랄성을 가지고 있음을 발견했다. 파스퇴르는 모양이 다른 결정을 수동으로 분류하여 최초로 순수한 레보주석산 샘플을 생산했다.[7][8][9][10][11]
2. 1. 발견
주석산은 수 세기 동안 와인 제조자들에게 알려져 왔다. 1769년 스웨덴의 화학자 칼 빌헬름 셸레가 주석산 추출을 위한 화학적 과정을 개발했다.[4] 주석산은 화학적 키랄성의 발견에 중요한 역할을 했다. 1832년 장바티스트 비오는 주석산이 편광된 빛을 회전시키는 능력을 관찰했다.[5][6]2. 2. 키랄성 연구
장바티스트 비오는 1832년에 주석산이 편광된 빛을 회전시키는 능력을 관찰하여 주석산의 키랄성을 발견했다.[5][6] 1847년 루이 파스퇴르는 주석산나트륨 암모늄 결정의 모양을 연구하여 키랄성을 발견하고, 최초로 순수한 레보주석산 샘플을 생산했다.[7][8][9][10][11]주석산은 화학적 키랄성의 발견에 중요한 역할을 수행하였다. 파스퇴르는 라세미체 (DL체)의 주석산염(주석산나트륨암모늄)을 그 결정 형태를 바탕으로 광학 분할하는 데 성공하여, 광학 이성질체의 개념을 역사상 처음으로 제시하였다.
3. 스테레오화학 (광학 이성질체)
자연에서 발견되는 형태의 산은 '''데스트로 타르타르산''' 또는 '''L-(+)-타르타르산''' (구식 명칭 ''d''-타르타르산)이다. 자연적으로 얻을 수 있기 때문에, 에난티오머 및 메조 이성질체보다 저렴하다.[12] 현대 교과서에서는 자연 형태를 (2''R'',3''R'')-타르타르산 '''('''L'''-(+)-타르타르산)''', 그 에난티오머를 (2''S'',3''S'')-타르타르산 '''('''D'''-(-)-타르타르산)'''이라고 한다. ''메조'' 이성질체는 (2''R'',3''S'')-타르타르산 또는 (2''S'',3''R'')-타르타르산으로 불린다.
주석산은 두 개의 비대칭 탄소를 가지므로, L-(+)-주석산(2''R'',3''R''), D-(-)-주석산(2''S'',3''S''), 메조주석산(2''R'',3''S'')의 세 종류의 이성질체가 존재한다. 프랑스의 루이 파스퇴르가 라세미체 (DL체)의 주석산염(주석산나트륨암모늄)을 그 결정 형태를 바탕으로 광학 분할하는 데 성공하여, 광학 이성질체의 개념을 역사상 처음으로 제시한 것으로 알려져 있다. 천연에는 비교적 L체가 많이 존재한다. 메조주석산은 천연에는 존재하지 않으며, 카이랄성을 가지지 않는다. 또한, 라세미체는 포도산이라고 불린다.
DL-타르타르산 (라세미산) (1:1 비율일 때) | 메조타르타르산 | |
---|---|---|
덱스트로타르타르산 (L-(+)-타르타르산) | 레보타르타르산 (D-(−)-타르타르산) | |
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3. 1. 결정 구조
데스트로 및 레보 형태는 단사정계 쐐기형 결정[13] 및 사방정계 결정을 형성한다.[12] 라세미 타르타르산은 단사정계[14] 및 삼사정계 결정 (공간군 P)을 형성한다.[15][16] 무수 메조 타르타르산은 삼사정계 및 사방정계의 두 가지 무수 다형체를 형성한다. 수화된 메조 타르타르산은 수용액으로부터의 결정화가 일어나는 온도에 따라 단사정계 및 삼사정계 다형체로 결정화된다.[17]
4. 생산
4. 1. L-(+)-주석산
L-(+)-타타르산은 산업적으로 가장 많이 생산되는 이성질체이며, 와인 발효의 고체 부산물인 리에서 주로 얻어진다.[20] 전 부산물은 대부분 주석산 수소칼륨 (KHC4H4O6)으로 구성되어 있다. 이 칼륨 염은 수산화 칼슘 (Ca(OH)2)으로 처리하면 타타르산 칼슘 (CaC4H4O6)으로 전환된다.: KH(C4H4O6) + Ca(OH)2 → Ca(C4H4O6) + KOH + H2O
실제로 황산 칼슘을 첨가하면 타타르산 칼슘의 수율이 높아진다. 타타르산 칼슘은 염을 수성 황산으로 처리하여 타타르산으로 전환된다.
: Ca(C4H4O6) + H2SO4 → H2(C4H4O6) + CaSO4
4. 2. 라세미 주석산
라세미 타타르산은 말레산으로부터 여러 단계를 거쳐 제조된다. 첫 번째 단계는 말레산을 텅스텐산 칼륨(Kaliumwolframat)을 촉매로 사용하여 과산화 수소로 에폭시화하는 것이다.[20] 그 다음 단계에서 에폭사이드는 가수분해된다.4. 3. 메조주석산
''덱스트로''-타르타르산을 물에서 165 °C에서 약 2일 동안 가열하면 라세미산과 ''메소''-타르타르산의 혼합물이 형성된다.[21] ''메소''-타르타르산은 수산화은을 사용하여 디브로모숙신산으로부터 제조할 수도 있다.[21]:HO2CCHBrCHBrCO2H + 2 AgOH → HO2CCH(OH)CH(OH)CO2H + 2 AgBr
''메소''-타르타르산은 결정화를 통해 잔류 라세미산으로부터 분리할 수 있으며, 라세미체는 용해도가 더 낮다.
5. 반응성
L-(+)-타타르산은 여러 반응에 참여할 수 있다. L-(+)-타타르산을 철(II) 염의 존재 하에 과산화수소로 처리하면 디하이드록시말레산이 생성된다.[22]
:HO2CCH(OH)CH(OH)CO2H + H2O2 → HO2CC(OH)C(OH)CO2H + 2 H2O
디하이드록시말레산은 질산으로 산화되어 타트로산이 될 수 있다.[22]
6. 유도체
주석산의 중요한 유도체는 다음과 같다.
- 주석산나트륨암모늄: 최초로 거울상 이성질체로 분리된 물질이다.
- 주석산수소칼륨(크림 오브 타르타르): 요리에 사용된다.
- 로셸염(주석산나트륨칼륨): 특이한 압전 특성을 가지고 있다.
- 타르타르 구토제(주석산안티몬칼륨): 용해제로 사용된다. 다이아이소프로필 주석산은 비대칭 합성에 촉매로 사용된다.
주석산은 근육 독소이며, 사과산의 생성을 억제하여 작용하며, 고용량에서는 마비와 사망을 유발한다. 중간 치사량(LD50)은 사람의 경우 약 7.5g/kg, 토끼의 경우 5.3 g/kg, 쥐의 경우 4.4 g/kg이다. 주석산은 식품 첨가물로서 E number '''E334'''로 산화 방지제로 사용되며, 주석산염은 산화 방지제 또는 유화제 역할을 하는 다른 첨가물이다.
주석산수소칼륨을 물에 첨가하면 현탁액이 생성되어 구리 동전을 매우 잘 세척하는데, 주석산염 용액이 동전 표면에 존재하는 산화구리(II) 층을 용해할 수 있기 때문이다. 생성된 구리(II)-주석산염 복합체는 물에 쉽게 용해된다.
7. 응용
주석산과 그 유도체는 제약 분야에서 다양한 용도로 사용된다.[22] 예를 들어, 구연산과 함께 발포성 염의 생산에 사용되어 경구 투여 약물의 맛을 개선한다.[22] 안티몬 칼륨 유도체인 타르타르 토는 소량으로 기침 시럽에 거담제로 포함된다.
주석산은 산업적 용도로도 여러 가지 응용 분야가 있다. 이 산은 칼슘 및 마그네슘과 같은 금속 이온을 킬레이트하는 것으로 관찰되었다. 따라서 토양 비료에서 미량 영양소를 착화하고 알루미늄, 구리, 철 및 이들 금속의 합금으로 구성된 금속 표면을 세척하는 킬레이트제로 농업 및 금속 산업에서 사용되었다.[20]
주석산은 식품 첨가물로 사용이 허가되어 베이킹 파우더나 산미료 등으로 식품에 첨가된다. 의약 분야에서는 수용성을 개선하기 위해 주석산의 염으로 공급되는 경우가 있다. 유기 합성 화학 분야에서는 광학 분할제로서 사용되는 외에, 유도체가 비대칭 촉매 등으로 사용되고 있다(주석산 디에틸을 사용하는 샤프리스 산화가 유명하다).
스모방에서는 찬코에 사용하는 폰즈는 시판되는 것을 구입하는 것이 아니라, 주석산을 뜨거운 물에 녹여 그것을 간장에 섞어 향을 내기 위해 감귤류를 짜 넣는 경우가 있다.[38][39]
"피로를 회복한다", "장 기능을 좋게 한다" 등으로 말해지고 있지만, 사람에 대한 유효성·안전성에 대해서는 과학적으로 신뢰할 수 있는 충분한 데이터가 없다.[40] 쥐를 사용한 실험에서는 인·칼슘의 장관으로부터의 흡수를 저해한다는 데이터가 얻어지고 있다.[41]
8. 안전성 및 독성
8. 1. 인체
주석산은 식품 첨가물로 사용이 허가되어 있으며, 베이킹 파우더나 산미료 등으로 식품에 첨가된다.[38][39] 의약 분야에서는 수용성을 개선하기 위해 주석산의 염으로 공급되는 경우가 있다. "피로를 회복한다", "장 기능을 좋게 한다" 등으로 말해지고 있지만, 사람에 대한 유효성·안전성에 대해서는 과학적으로 신뢰할 수 있는 충분한 데이터가 없다.[40] 쥐를 사용한 실험에서는 인·칼슘의 장관으로부터의 흡수를 저해한다는 데이터가 얻어지고 있다.[41]8. 2. 개
2021년 4월 JAVMA의 편집자에게 보낸 편지에서 포도에 함유된 타타르산이 개에게 나타나는 포도 및 건포도 중독의 원인일 수 있다는 가설이 제기되었다.[30][31] 다른 연구에서는 개의 신장 세포에서 타타르산 독성이 관찰되었지만, 인간의 신장 세포에서는 관찰되지 않았다.[32]개에게 타마린드의 타타르산은 종종 치명적일 수 있는 급성 신장 손상을 유발한다.[33]
한 검토에서는 포도 섭취와 질병 사이의 연관성을 확인했지만, 독성을 유발하는 포도의 구체적인 종류나 양은 불분명하다. 포도 섭취는 일반적으로 위장 및/또는 신장 문제를 일으키며, 치료는 증상에 따라 다르며, 결과는 다양할 수 있다.[34]
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