Kupfer(II)-tartrat

Strukturformel
wasserfreies Kupfer(II)-tartrat der L-Weinsäure
Allgemeines
Name	Kupfer(II)-tartrat
Andere Namen	IUPAC: Kupfer(II)-bis(2,3-dihydroxybutandioat) Weinsäure Kupfer(II)-salz
Summenformel	C4H4CuO6
CAS-Nummer	815-82-7 (wasserfrei) 946843-80-7 (Hydrat) 5893-71-0 (Trihydrat)
PubChem	16213749
Kurzbeschreibung	grüner bis blauer Feststoff (Hydrat)[1]
Eigenschaften
Molare Masse	211,62 g·mol−1 (wasserfrei)
Aggregatzustand	fest
Löslichkeit	wenig in Wasser löslich[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [2] keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze EUH: keine EUH-Sätze P: keine P-Sätze EU-Gefahrstoffkennzeichnung [3] Gesundheits- schädlich (Xn) R- und S-Sätze R: 22 S: (1/2)-22
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Als Kupfer(II)-tartrat bezeichnet man das Kupfer(II)-Salz der Weinsäure. Resultierend aus der Stereochemie der Weinsäure existieren drei Stereoisomere. Das sind das Enantiomerenpaar Kupfer(II)-L-tartrat und Kupfer(II)-D-tartrat, sowie das Kupfer(II)-meso-tartrat. Es handelt sich um bläuliche Kristalle oder Pulver, die als Komplexverbindungen vorliegen.^[4] Die Salze besitzen eine 1:1-Stöchiometrie hinsichtlich der Kupfer- und Tartrationen mit CuC₄H₄O₆.^[4][5][6][7] In wäßriger Lösung existieren noch Kupfer-Tartrat-Komplexe mit einer Stöchiometrie von 1:2 bis 1:6.^[8] Das Nachweisreagenz der Fehling-Probe enthält ebenfalls einen Kupfer-Tartrat-Komplex.

Geschichte

Johann Rudolph Glauber entdeckte Kupfer(II)-tartrat und beschrieb es erstmals.

Darstellung

Die Herstellung der Kupfer(II)-tartrate erfolgt durch die Umsetzung von Kupfer(II)-Salzen mit der entsprechenden Weinsäure. Kupfer(II)-L-tartrat kann durch eine Fällung aus wäßriger Kupfer(II)-acetat-Lösung mit L-Weinsäure erhalten werden.^[6] Die Herstellung gelingt auch aus Kupfer(II)-chlorid-Lösungen.^[7] Kupfer-II-D-tartrat und Kupfer-II-meso-tartrat wurden durch langsame Verdampfungskristallisation aus Lösungen aus basischen Kupfer(II)-carbonat und D- bzw. meso-Weinsäure gewonnen.^[5] Alle Salze fallen dabei als Trihydrate an. Ein hydratwasserfreies Salz kann aus Dinatriumtartrat- und Kupfer-II-chloridlösungen erhalten werden. Der durch Erhitzen am Wasserbad gewonnene Niederschlag wird im Exsikkator über trockenem Calciumchlorid aufbewahrt.^[9]
Industriell wird es in geringen Mengen aus Weinstein (Kaliumhydrogentartrat) mit Natronlauge und Kupfersulfat gewonnen.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Alle Kupfer(II)-Tartrate liegen bei Raumtemperatur als Trihydrate vor. Einkristalluntersuchungen ergaben für das Kupfer(II)-meso-tartrat-Trihydrat ein orthorhombisches, für das Kupfer(II)-D-tartrat-Trihydrat ein monoklines Kristallgitter.^[5] Für das Kupfer(II)-L-tartrat-Trihydrat wurde ein orthorhombisches Kristallgitter gefunden.^[7] Da das L- und D-Tartrat ein Enantiomerenpaar darstellt, sollten für beide Stereoisomere eine orthorhombische und eine monokline, polymorphe Kristallstruktur möglich sein. Mittels Röntgenbeugungs-Einkristalluntersuchungen konnte eine polymere Komplexstruktur [Cu₂(C₄H₄O₆)₂(H₂O)₂]·4H₂O}_∞ festgestellt werden, in der jedes Kupfer(II)-ion oktaedrisch mit sechs Sauerstoffatomen jeweils von einem Wassermolekül und drei Tartrationen koordiniert ist. Die beiden Tartrationen in der [Cu₂(C₄H₄O₆)₂(H₂O)₂]-Komplexstruktur haben eine unterschiedliche Koordination zu den Kupferionen, eines ist mit fünf Tartratsauerstoffatomen, das andere mit sechs Tartratsauerstoffatomen gebunden.^[4]
Die Kupfer(II)-tartrate sind gut in Wasser löslich und ergeben deutlich blau gefärbte wässrige Lösungen.
In wässrigen Lösungen können Kupfer(II)-tartrat-Komplexe mit verschiedener Stöchiometrie vorliegen. Das Kupfer-Ion wird dabei von einem bis sechs Tartrat-Ionen umgeben, die sich jeweils mit der Carboxygruppe zum Kupfer orientieren.^[8]

Chemische Eigenschaften

Kupfer(II)-tartrat reagiert mit einigen organischen Reagenzien als Oxidationsmittel. Dabei wird das Kupfer(II)-Ion zum Kupfer(I)-Ion reduziert. Im Beisein von Hydroxid-Ionen können zum Beispiel Aldehyde selektiv oxidiert werden. Durch die Komplexbildung mit Tartrat wird hierbei die Ausfällung von Kupfer(II)-hydroxid verhindert, das die Reaktion stören würde. Aus dem Kupfer(I)-Ion entsteht rotes Kupfer(I)-oxid:

$\mathrm{2 \ Cu^{2+} + R-CHO + 5 \ OH^- }$$\mathrm{ \longrightarrow Cu_2O + R-COO^- + 3 \ H_2O}$

Reaktion mit Aldehyden

Beim Erhitzen in der Thermowaage wird ab 200 °C ein Massenabbbau beobachtet. Der Rückstand besteht aus Kupfer(I)-oxid.^[9]

Verwendung

Verwendet wird Kupfer(II)-tartrat in Verbindung mit Natronlauge in der organischen Chemie, um Aldehyde oder reduzierende Zucker nachzuweisen (Fehling-Probe über Bildung alkalischer Kupfertartratlösung) oder um Formaldehyd in Gaswaschflaschen zu absorbieren. Dieses wird zu Ameisensäure oxidiert und ist damit nicht mehr giftig:

$\mathrm{2 \ Cu^{2+} + H_2CO + 5 \ OH^- \longrightarrow Cu_2O + HCOO^- + 3 \ H_2O}$

Oxidation von Formaldehyd

Nachweis von D-Glucose über Oxidation

Kupfer(II)-tartrat ist ein ähnlich mildes Oxidationsmittel wie Silber(I)-diammin. Eine Thermolyse von Mischkristallen aus Kupfer(II)-tartrat und Zink(II)-tartrat ergibt für die Methanolsynthese aus Synthesegas relevante Kupfer/Zinkoxid-Katalysatoren.^[6]

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} Sicherheitsdatenblatt Strem
2. ↑ Datenblatt Copper(II) tartrate hydrate bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 7. April 2011.
3. ↑ http://www.lohmann-chemikalien.de/as/de,0,kupfer(ii)-tartrat,1__de-produktsuche_detail.htm?from=reg
4. ↑ ^{a b c} Jian, Fangfang; Zhao, Pusu; Wang, Qingxiang: Synthesis and crystal structure of a novel tartrate copper(II) two-dimensional coordination polymer: {[Cu₂(C₄H₄O₆)₂(H₂O)₂]·4H₂O}_∞ in J. Coord. Chem. 58 (2005) 1133-1138. doi:10.1080/00958970500148446
5. ↑ ^{a b c} C. K. Prout, J. R. Carruthers, F. J. C. Rossotti: Structure and stability of carboxylate complexes. Part VII. Crystal and molecular structures of copper(II)meso-tartrate trihydrate and copper(II)d-tartrate trihydrate in J. Chem. Soc. A, Inorg. Phys. Theo., 1971, 3336 - 3342. doi:10.1039/J19710003336
6. ↑ ^{a b c} R. Weiss, S. Vukojevi, C. Baltes, R. Naumann d'Alnoncourt, M. Muhler, M. Epple: Copper/Zinc L-Tartrates: Mixed Crystals and Thermolysis to a Mixture of Copper Oxide and Zinc Oxide That Is Catalytically Active in Methanol Synthesis in Eur. J. Inorg. Chem. 2006, 4782-4786. doi:10.1002/ejic.200600561
7. ↑ ^{a b c} I. Quasima A. Firdous, B. Want, S.K. Khosa and P.N. Kotru: Single crystal growth and characterization of pure and sodium-modified copper tartrate in J. Cryst. Growth 310 (2008) 5357-5363. doi:10.1016/j.jcrysgro.2008.09.021
8. ↑ ^{a b} N.D. Jespersen: Novel Copper-Tartrate Coordination Compounds in Anal. Let. 5 (1972) 497-508.
9. ↑ ^{a b} E.C. Rodrigues, C.T. Carvalho, A.B. de Siqueira, G. Bannach, M. Ionashiro: Synthesis, characterization and thermal behaviour on solid tartrates of some bivalent metal ions in Thermochim. Acta 496 (2009) 156–160.doi:10.1016/j.tca.2009.07.015

Literatur

• Heinz G. O. Becker, et al.: Organikum. 22. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2004, ISBN 3-527-31148-3.