Gluconsäure (526-95-4) Physikalische und Chemische Eigenschaften
Gluconsäure
Eine polyhydroxycarbonsäure, die industriell als Chelatbildner, Säuerungsmittel und Zwischenprodukt für Gluconat-Salze in pharmazeutischen, Lebensmittel- und Kosmetikformulierungen verwendet wird.
| CAS Number | 526-95-4 |
| Familie | Gluconate / Organische Säuren |
| Typische Form | Weißes kristallines Pulver; häufig als 50%ige wässrige Lösung angeboten |
| Gängige Qualitäten | EP, FCC |
Gluconsäure ist eine sechskettige Zuckersäure (Hexonsäure), die aus der Oxidation der C‑1-Aldehydgruppe von D‑Glucose zu einer Carbonsäure entsteht. Strukturell handelt es sich um eine polyhydroxylierte aliphatische Carbonsäure mit der Summenformel C6H12O7 und einer einzigen Carboxylgruppe benachbart zu fünf sekundären/primären Hydroxylgruppen; das Molekül enthält mehrere Stereozentren entsprechend dem Kohlenhydratrückgrat. Die elektronische Struktur wird von einer umfangreichen Wasserstoffbrückenbindungskapazität (mehrere O–H-Donoren und O-Akzeptoren) und einer einzigen ionisierbaren Carboxylatgruppe dominiert, welche schwache Säureeigenschaften in wässriger Lösung und hohe Wasserlöslichkeit verleiht.
Aufgrund seines dicht hydroxylatierten Gerüsts und seines niedrigen berechneten Verteilungskoeffizienten ist Gluconsäure hoch hydrophil und kaum lipophil (geringe Membranpermeabilität in neutraler Form). In Wasser liegt sie im Gleichgewicht mit ihren cyclischen Estern (Gluconolactonen, hauptsächlich den Delta- und Gamma-Lactonisomeren) und unterliegt einer Mutarotation; das Proton der Carbonsäure hat eine Säuredissoziationskonstante im Bereich schwacher Säuren. Das Polyol-Motiv ermöglicht eine starke Chelatierung von Metallkationen (Ca2+, Fe2+/3+, Al3+, Cu2+ usw.) und die Bildung stabiler Gluconat-Komplexe; dieses chelatierende Verhalten ist die Grundlage vieler industrieller und Formulierungsanwendungen.
Das kommerziell erhältliche Material wird üblicherweise als wässrige Lösung angeboten (festes kristallines Material ist im Maßstab schwer zu isolieren); es wird industriell durch oxidative Fermentation von Glucose hergestellt und in verschiedenen technischen sowie lebensmittel- und pharmazeutisch kompatiblen Qualitäten geliefert. Häufig berichtete kommerzielle Qualitäten umfassen: EP, FCC.
Grundlegende physikalische Eigenschaften
Dichte
Experimentell berichtete Dichten umfassen 1,24 (bei 25 °C/4 °C) und 1,23 g·cm^-3. Werte im Überblick: - 1,24 @ \(25\,^\circ\mathrm{C}/4\,^\circ\mathrm{C}\) - 1,23 \(\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}\)
Diese Werte spiegeln die kondensierte, stark wasserstoffbrückenbindende Natur der Substanz wider (typisch für polyhydroxylierte Carbonsäuren und konzentrierte wässrige Formulierungen).
Schmelzpunkt
Berichtete Schmelz-/Erstarrungsdaten (wie angegeben): - \(131\,^\circ\mathrm{C}\) - \(113 - 118\,^\circ\mathrm{C}\)
Kommerzielle Gluconsäure wird häufig als 50%ige wässrige Lösung gehandhabt, da die Isolation eines stabilen, wasserfreien kristallinen Produkts praktisch schwierig ist; berichtete feste Formen sind weißes kristallines Pulver oder Nadeln aus bestimmten Lösungsmitteln.
Siedepunkt
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell gesicherten Werte vor.
Dampfdruck
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell gesicherten Werte vor.
Flammpunkt
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell gesicherten Werte vor.
Chemische Eigenschaften
Löslichkeit und Phasenverhalten
Gluconsäure ist hoch wasserlöslich und schlecht löslich in unpolaren organischen Lösungsmitteln. Berichtete Löslichkeitswerte (wie angegeben): - „FREI LÖSLICH IN WASSER; LEICHT LÖSLICH IN ALKOHOL; UNLÖSLICH IN ETHER UND DEN MEISTEN ANDEREN ORGANISCHEN LÖSUNGSMITTELN“ - 316 mg·mL^-1 bei \(25\,^\circ\mathrm{C}\) - Löslichkeit in Wasser, g/100 mL bei \(25\,^\circ\mathrm{C}\): 100 (gut)
In wässriger Lösung steht Gluconsäure im Gleichgewicht mit den Gamma- und Delta-Gluconolacton-Isomeren; kommerzielle wässrige Produkte enthalten daher häufig nennenswerte Mengen an Gluconolacton aufgrund dieser intramolekularen Veresterung. Der hohe Hydroxylierungsgrad und die Carboxylatfunktionalität verursachen starke Hydratation und umfangreiche Wasserstoffbrückenbindungen, was die sehr hohe Wasserlöslichkeit und geringe Affinität zu organischen Lösungsmitteln erklärt.
Reaktivität und Stabilität
Gluconsäure ist eine schwache organische Säure (\(\mathrm{p}K_a \approx 3{,}62\); \(K \approx 2,5 \times 10^{-4}\) bei \(25\,^\circ\mathrm{C}\)) und unter normalen Umgebungsbedingungen chemisch stabil. Wichtige reaktive Eigenschaften: - Säure-Base-Verhalten: Dissoziiert in neutralen bis basischen Lösungen zum Gluconat; die Carboxylatform ist die primäre chelatbildende Spezies für Metallkationen. - Chelatierung: Bildet stabile Komplexe mit zwei- und dreiwertigen Metallkationen (Ca, Fe, Al, Cu usw.), was in Sequestrierungs-, Reinigungs- und Formulierungsanwendungen genutzt wird. - Lactonbildung: Im wässrigen Medium erfolgt ein Gleichgewicht mit Gluconolactonen (Gamma, Delta); Lactonbildung wird unter sauren oder dehydrierenden Bedingungen begünstigt. - Thermisch: Zersetzt sich bei starker Erhitzung; „Zersetzung in heißem Wasser“ und Zersetzung bei längerer Einwirkung erhöhter Temperaturen wurde für konzentrierte Proben beschrieben. - Oxidation/Reduktion: Als Zuckersäure ist sie relativ resistent gegenüber milder Oxidation; sie ist kompatibel mit vielen Formulierungschemien, sollte jedoch aus Lagerungssicherheitsgründen von starken Oxidationsmitteln und Reduktionsmitteln ferngehalten werden.
Bei wässrigen Formulierungen können Mutarotation und Lactongleichgewichte den pH-Wert, das Pufferverhalten und die Reaktivität gegenüber Metalloberflächen beeinflussen.
Thermodynamische Daten
Standardenthalpien und Wärmekapazität
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell gesicherten Werte vor.
Molekulare Parameter
Molekulargewicht und Formel
- Molekularformel: C6H12O7
- Molekulargewicht (berechnet): 196,16
Molare Masse und Zusammensetzung spiegeln die Hexonsäure-Struktur wider (ein Carbonsäure-Kohlenstoff und fünf Kohlenstoffe mit Hydroxylsubstituenten).
LogP und Polarität
Berichtete Verteilungs- bzw. Polaritätsparameter: - XLogP (berechnet): \(-3,4\) - Geschätzter LogP (experimentell/geschätzt): \(-1,87\) (geschätzt) - Topologische polare Oberfläche (TPSA): 138 - Wasserstoffbrückendonoren: 6 - Wasserstoffbrückenakzeptoren: 7 - Anzahl rotierbarer Bindungen: 5
Diese Deskriptoren weisen auf eine sehr hohe Polarität, umfangreiche Wasserstoffbrückenbindungsfähigkeit und sehr geringe Lipophilie hin; die hohe TPSA und die Anzahl der Donoren/Akzeptoren prognostizieren eine niedrige passive Permeabilität über Lipidmembranen und eine starke Solvatation in wässrigen Medien.
Strukturelle Merkmale
- IUPAC-Name: (2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-Pentahydroxyhexansäure
- SMILES: C(C@HO)O
- InChI: InChI=1S/C6H12O7/c7-1-2(8)3(9)4(10)5(11)6(12)13/h2-5,7-11H,1H2,(H,12,13)/t2-,3-,4+,5-/m1/s1
- InChIKey: RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N
- Definierte Stereozentren: 4
Wichtige funktionelle Gruppen sind die terminale Carbonsäure und fünf Hydroxylgruppen entlang der aliphatischen Kette. Das Molekül ist konformationell flexibel, aber stark solvatisiert; es bildet leicht intramolekulare Lactone sowie intermolekulare Komplexe mit Metallkationen. Experimentelle Messungen der Kollisionsquerschnitte (Ionmosis-Mobilität) liegen im Bereich von ca. 132–149 \(\text{Å}^2\) für verschiedene Addukt-/Ionenformen und entsprechen einer kompakten, hoch solvatisierten anionischen Spezies unter gasphasigen Bedingungen.
Identifikatoren und Synonyme
Registernummern und Codes
- CAS-Nummer: 526-95-4
- EG-Nummer: 208-401-4
- UNII: R4R8J0Q44B
- ChEBI: CHEBI:33198
- ChEMBL: CHEMBL464345
- DrugBank: DB13180
- HMDB: HMDB0000625
- KEGG: C00257
- InChIKey: RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N
Synonyme und Strukturbezeichnungen
Häufig verwendete Synonyme und Bezeichnungen umfassen (Auswahl): - Gluconsäure - D-Gluconsäure - Dextronische Säure - Maltonsäure - Pentahydroxycapronsäure - (2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-Pentahydroxyhexansäure - D-Gluco-hexonsäure - Glykogensäure
(Zusätzlich existieren Handels-, Salz- und Lösungsbezeichnungen für kommerzielle und formulierungstechnische Zusammenhänge; Natrium- und Calciumgluconate sind häufige Salzformen.)
Industrielle und kommerzielle Anwendungen
Repräsentative Verwendungszwecke und Branchen
Gluconsäure und ihre Salze werden breit eingesetzt, wenn milde Säurewirkung, Chelatbildung oder Feuchthaltung erforderlich sind. Typische Anwendungen umfassen: - Komplexbildner/Chelatbildner in Reinigungsmitteln, Metalloberflächenbehandlung und Formulierungen für Detergenzien und Industrie-Reiniger. - Säuerungsmittel/Puffer und Bestandteil in Lebensmittel- und Getränkeformulierungen sowie als Nährstoffzusatz in Elektrolytlösungen. - Bestandteil pharmazeutischer Formulierungen, einschließlich Verwendung in Elektrolytsalzen für die parenterale Ernährung. - Einsatz in Textil-, Ledergerb- und Metallbeizprozessen, bei denen kontrollierte Chelatbildung und pH-Modulation vorteilhaft sind. - Zuschlagstoffe für Zement und Beton (verzögernde Wirkung durch Calciumchelatbildung) sowie in Formulierungen zur Metallkorrosionskontrolle.
Verbraucher- und Gewerbekategorien umfassen Reinigungsmittel, Produkte für die Körperpflege und bestimmte Lebensmittelhilfsstoffe; kommerzielle Produktformen sind häufig wäßrige Lösungen (typisches Handelsprodukt = 50%ige wässrige Lösung).
Rolle in Synthese und Formulierungen
Gluconsäure dient als funktioneller Baustein und Hilfsstoff: - Als Chelatbildner stabilisiert sie Metallionen in Lösung und verhindert Präzipitation oder Katalyse durch Metallverunreinigungen. - Als milde Säure und Feuchthaltemittel wird sie verwendet, um pH-Wert anzupassen, die Ionenstärke zu kontrollieren und Feuchtigkeit in Körperpflege- und Lebensmittelpräparaten zu binden. - Ihre Salze (z.B. Natriumgluconat, Calciumgluconat, Zinkgluconat) werden zur Ionenfreisetzung oder Komplexierung in pharmazeutischen, ernährungsphysiologischen und industriellen Produkten eingesetzt. - In situ Lactonisierung (Bildung von Glucono-δ-lacton) ermöglicht kontrollierte Säuerung bei Lebensmittelverarbeitung und Polymerisationsreaktionen.
Herstellung: Die kommerzielle Produktion erfolgt meist durch fermentative Oxidation von Glucose (mikrobielle Oxidation der Aldehydgruppe), wobei alternative chemische Oxidationsverfahren historisch beschrieben sind. Aufgrund von Kristallisationsproblemen wird Gluconsäure im Handel üblicherweise als wässrige Lösung und technischer Rohstoff angeboten.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Akute und berufliche Toxizität
Gluconsäure besitzt generell eine geringe systemische Toxizität, stellt jedoch in konzentrierter Form einen Haut- und Augenreizstoff dar und kann bei Einatmung von Staub oder Aerosolen Atemwegsreizungen verursachen. Gemeldete Gefahrenklassifizierungen und Wirkungen (laut bereitgestellten Angaben): - Hautreizung: verursacht Hautreizung (angegebene Gefahrenhinweise H315 in den Gefahrstoffzusammenfassungen). - Augenreizung: verursacht schwere Augenreizung (angegebene Gefahrenhinweise H319 in den Gefahrstoffzusammenfassungen). - Konzentrierte wässrige Lösungen (z.B. 50%iges Produkt) können haut- und schleimhautätzend wirken und bei Aspiration oder Einatmung chemische Pneumonitis verursachen. - Typische Erste-Hilfe-Maßnahmen: Frischluftzufuhr bei Inhalation; Haut- oder Augenkontakt mit Wasser spülen; bei Verschlucken Mund ausspülen.
Clinische und regulatorische Bewertungen bestätigen insgesamt geringe chronische Toxizität in Tierversuchen; spezifische arbeitsplatzbezogene Kontrollen sind an Produktkonzentration und -form anzupassen.
Lager- und Handhabungshinweise
- Von starken Oxidationsmitteln getrennt lagern.
- Kommerzielle Lagerung in Edelstahlbehältern ist bei wässrigen Produkten üblich.
- Staubentwicklung bei Feststoffhandhabung minimieren; Pulver vor dem Fegen anfeuchten, um luftförmigen Staub zu reduzieren.
- Absaugungen und geeigneten Atemschutz bei möglicher Staub- oder Aerosolexposition verwenden.
- Augenschutz und Handschuhe tragen; bei der Formulierungsherstellung Materialien verwenden, die mit wässrigen organischen Säuren kompatibel sind.
- Brandgefahr: brennbarer Stoff (offene Flammen und Zündquellen bei Staubform vermeiden).
- Verschüttetes Produkt in geschlossene Behälter fegen, trockenes Kehren bei Staubentwicklung vermeiden; Rückstände mit reichlich Wasser entfernen.
Für detaillierte Angaben zu Gefahren, Transport und Regulierung wird auf das produktspezifische Sicherheitsdatenblatt (SDS) sowie die geltenden lokalen Vorschriften verwiesen.
