Kupfer(II)-tartrat

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.^[3] Die Salze besitzen eine 1:1-Stöchiometrie hinsichtlich der Kupfer- und Tartrationen mit CuC₄H₄O₆.^[3][4][5][6] In wässriger Lösung existieren noch Kupfer-Tartrat-Komplexe mit einer Stöchiometrie von 1:2 bis 1:6.^[7] Das Nachweisreagenz der Fehling-Probe enthält ebenfalls einen Kupfer-Tartrat-Komplex.^[8]

Strukturformel
wasserfreies Kupfer(II)-tartrat der L-Weinsäure
Allgemeines
Name	Kupfer(II)-tartrat
Andere Namen	Kupfer(II)-bis(2,3-dihydroxybutandioat) (IUPAC) Weinsäure-Kupfer(II)-salz
Summenformel	C4H4CuO6
Kurzbeschreibung	grüner bis blauer Feststoff (Hydrat)[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 815-82-7 (L-Tartrat, wasserfrei) 946843-80-7 (L-Tartrat, unspez. Hydrat) 5893-71-0 (L-Tartrat, Trihydrat) EG-Nummer 212-425-0 ECHA-InfoCard 100.011.295 PubChem 13155 ChemSpider 12603 Wikidata Q18212139
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 P: keine P-Sätze
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

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.^[5] Die Herstellung gelingt auch aus Kupfer(II)-chlorid-Lösungen.^[6] 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.^[4] 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.^[4] Für das Kupfer(II)-L-tartrat-Trihydrat wurde ein orthorhombisches Kristallgitter gefunden.^[6] 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.^[3]

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.^[7]

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:

${\displaystyle \mathrm {2\ Cu^{2+}+R-CHO+5\ OH^{-}} }$${\displaystyle \mathrm {\longrightarrow Cu_{2}O+R-COO^{-}+3\ H_{2}O} }$

Reaktion mit Aldehyden

Beim Erhitzen in der Thermowaage wird ab 200 °C ein Massenabbau 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:

${\displaystyle \mathrm {2\ Cu^{2+}+H_{2}CO+5\ OH^{-}\longrightarrow Cu_{2}O+HCOO^{-}+3\ H_{2}O} }$

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.^[5]

Literatur

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

Einzelnachweise

1. Datenblatt Copper (II) tartrate hydrate (PDF) bei Strem, abgerufen am 25. Dezember 2012.
2. Datenblatt Copper(II) tartrate hydrate bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 7. April 2011 (PDF).
3. Fangfang Jian, Pusu Zhao, Qingxiang Wang: 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, S. 1133–1138, doi:10.1080/00958970500148446.
4. 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, S. 3336–3342, doi:10.1039/J19710003336.
5. 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, S. 4782–4786, doi:10.1002/ejic.200600561.
6. I. Quasim, A. Firdous, B. Want, S. K. Khosa, P. . Kotru: Single crystal growth and characterization of pure and sodium-modified copper tartrate. In: J. Cryst. Growth. 310, 2008, S. 5357–5363, doi:10.1016/j.jcrysgro.2008.09.021.
7. N. D. Jespersen: Novel Copper-Tartrate Coordination Compounds. In: Anal. Let. 5, 1972, S. 497–508.
8. T. G. Hörner, P. Klüfers: The Species of Fehling's Solution. In: Eur. J. Inorg. Chem. 2016, S. 1798–1807, doi:10.1002/ejic.201600168.
9. 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, S. 156–160, doi:10.1016/j.tca.2009.07.015.