El ácido de Meldrum o 2,2-dimetil-1,3-dioxano-4,6-diona es un compuesto orgánico de fórmula C
6H
8O
4. Su molécula tiene un núcleo heterocíclico con cuatro átomos de carbono y dos de oxígeno ; la fórmula también se puede escribir como [−O− (C (CH
3)
2) −O− (C = O) - (CH
2) - (C = O) -] .
Nombres | |
---|---|
Nombre IUPAC preferido 2,2-dimetil-1,3-dioxano-4,6-diona | |
Otros nombres Malonato de isopropilideno | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.016.358 |
PubChem CID | |
UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
Propiedades | |
C 6 H 8 O 4 | |
Masa molar | 144,126 g · mol −1 |
Punto de fusion | 94 a 95 ° C (201 a 203 ° F; 367 a 368 K) (se descompone) [1] |
Acidez (p K a ) | 4,97 |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
Es un sólido cristalino incoloro, escasamente soluble en agua. Se descompone al calentarlo con liberación de dióxido de carbono y acetona . [2] [3]
Propiedades
Acidez
El compuesto puede perder fácilmente un ion hidrógeno del elemento metileno CH
2en el anillo (carbono 5); lo que crea un doble enlace entre él y uno de los carbonos adyacentes (número 4 o 6), y una carga negativa en el oxígeno correspondiente. El anión resultante [C
6H
7O
4] - se estabiliza por resonancia entre las dos alternativas, de modo que el doble enlace se deslocaliza y cada oxígeno en los carbonilos tiene una carga formal de -1/2.
La constante de ionización p K a es 4,97; lo que hace que se comporte como un ácido monobásico aunque no contenga grupos de ácido carboxílico . [2] En esta y otras propiedades, el compuesto se parece a la dimedona y al ácido barbitúrico . Sin embargo, aunque existe dimedona en solución predominantemente como la mono- enol tautómero , ácido de Meldrum es casi en su totalidad como la dicetona forma. [2]
La inusualmente alta acidez de este compuesto se consideró durante mucho tiempo anómala: es 8 órdenes de magnitud más ácida que el compuesto estrechamente relacionado dimetil malonato . En 2004, Ohwada y sus colaboradores determinaron que la estructura de conformación del compuesto que minimiza la energía coloca el orbital σ CH del protón alfa en la geometría adecuada para alinearse con el π * CO , de modo que el estado fundamental plantea una desestabilización inusualmente fuerte del enlace CH. [4]
Preparación
Síntesis original
Meldrum fabricó primero el compuesto mediante una reacción de condensación de acetona con ácido malónico en anhídrido acético y ácido sulfúrico . [3]
Síntesis alternativas
Como alternativa a su preparación original, el ácido de Meldrum se puede sintetizar a partir de ácido malónico, acetato de isopropenilo (un derivado enólico de la acetona) y ácido sulfúrico catalítico.
Una tercera ruta es la reacción del subóxido de carbono C
3O
2con acetona en presencia de ácido oxálico . [2]
Usos
Al igual que el ácido malónico y sus derivados de éster, y otros compuestos de 1,3-dicarbonilo , el ácido de Meldrum puede servir como reactivo para una variedad de reacciones nucleofílicas .
Alquilación y acilación
La acidez del carbono 5 (entre los dos grupos carbonilo) permite la alquilación y acilación simple del ácido de Meldrum en esta posición. Por ejemplo, la desprotonación y la reacción con un haluro de alquilo simple ( R − Cl ) une el grupo alquilo ( R− ) en esa posición:
La reacción análoga con un cloruro de acilo ( R− (C = O) −Cl ) une el acilo ( R− (C = O) - ) en su lugar:
Estas dos reacciones permiten que el ácido de Meldrum sirva como un andamio de partida para la síntesis de muchas estructuras diferentes con varios grupos funcionales. Los productos alquilados pueden manipularse adicionalmente para producir diversos compuestos de amida y éster. Calentar el producto de acilo en presencia de un alcohol conduce al intercambio de éster y descarboxilación en un proceso similar a la síntesis de éster malónico . La naturaleza reactiva del diéster cíclico permite una buena reactividad incluso para alcoholes tan impedidos como el t -butanol . [5] Los cetoésteres de este tipo son útiles en la síntesis de pirrol de Knorr .
Síntesis de cetenos
A temperaturas superiores a 200 ° C [6], el ácido de Meldrum sufre una reacción pericíclica que libera acetona y dióxido de carbono y produce un compuesto ceteno altamente reactivo : [7]
Estas cetenos se pueden aislar mediante pirólisis instantánea al vacío (FVP). Las cetenos son altamente electrofílicas y pueden sufrir una reacción de adición con otras sustancias químicas. Con este enfoque es posible formar nuevos enlaces C – C, anillos, amidas , ésteres y ácidos:
Alternativamente, la pirólisis se puede realizar en solución, para obtener los mismos resultados sin aislar la cetena, en una reacción en un solo recipiente . La capacidad de formar productos tan diversos hace que el ácido de Meldrum sea un reactivo muy útil para los químicos sintéticos. [8] [9] [10]
Historia
El compuesto lleva el nombre de Andrew Norman Meldrum, quien informó sobre su síntesis en 1908. [3] Identificó erróneamente su estructura como una β- lactona del ácido β-hidroxiisopropilmalónico ; la estructura correcta, la bislactona del 1,3-dioxano se informó en 1948. [11]
Referencias
- ^ "Ácido de Meldrum". El índice Merck . 14. edición. Laboratorios de investigación Merck. 2006. p. 1005. ISBN 978-0-911910-00-1.
- ^ a b c d McNab, Hamish (1978). "Ácido de Meldrum". Reseñas de la Sociedad Química . 7 : 345–358. doi : 10.1039 / CS9780700345 .
- ^ a b c Norman Meldrum, Andrew (1908). "Un ácido β-lactónico de acetona y ácido malónico" . Revista de la Sociedad Química, Transacciones . 93 : 598–601. doi : 10.1039 / CT9089300598 .
- ^ Nakamura, Satoshi; Hirao, Hajime; Ohwada, Tomohiko (2004). "Justificación de la acidez del ácido de Meldrum. Relación constante de las acideces C-H con las propiedades del orbital reactivo localizado". J. Org. Chem. 69 (13): 4309–4316. doi : 10.1021 / jo049456f . PMID 15202884 .
- ^ Oikawa, Yuji; Sugano, Kiyoshi; Yonemitsu, Osamu (1978). "Ácido de Meldrum en síntesis orgánica. 2. Una síntesis general y versátil de β-cetoésteres". J. Org. Chem. 43 (10): 2087-2088. doi : 10.1021 / jo00404a066 .
- ^ Gaber, Abd El-Aal M .; McNab, Hamish (2001). "Aplicaciones sintéticas de la pirólisis de derivados ácidos de Meldrum". Síntesis . 2001 (14): 2059-2074. doi : 10.1055 / s-2001-18057 .
- ^ Dumas, Aaron M .; Fillion, Eric (2009). "Ácidos de Meldrum y ácidos de 5-alquilideno Meldrum en procesos catalíticos de formación de enlaces carbono-carbono". Acc. Chem. Res. 43 (3): 440–454. doi : 10.1021 / ar900229z .
- ^ Oikawa, Yuji; Hirasawa, Hitoshi; Yonemitsu, Osamu (1978). "Ácido de Meldrum en síntesis orgánica. 1. Una síntesis conveniente de un solo recipiente de indolpropionatos de etilo". Letras de tetraedro . 19 (20): 1759-1762. doi : 10.1016 / 0040-4039 (78) 80037-9 .
- ^ Lipson, Victoria V .; Gorobets, Nikolay Yu. (2009). "Cien años del ácido de Meldrum: avances en la síntesis de piridina y derivados de pirimidina". Mol. Diversos. 13 (4): 399–419. doi : 10.1007 / s11030-009-9136-x . PMID 19381852 .
- ^ Bonifácio, Vasco DB (2004). "Ácido de Meldrum". Synlett . 2004 (9): 1649–1650. doi : 10.1055 / s-2004-829539 .
- ^ Davidson, David; Bernhard, Sidney A. (1948). "La estructura del supuesto ácido β-lactónico de Meldrum". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 70 (10): 3426–3428. doi : 10.1021 / ja01190a060 . PMID 18891879 .
Otras lecturas
- Gerencsér, János; Dormán, György; Darvas, Ferenc (2006). "Ácido de Meldrum en reacciones multicomponente: aplicaciones a la síntesis combinatoria y orientada a la diversidad". QSAR y ciencia combinatoria . 25 (5–6): 439–448. doi : 10.1002 / qsar.200540212 .
- Ivanov, Andrey S. (2008). "Ácido de Meldrum y compuestos relacionados en la síntesis de productos naturales y análogos". Chem. Soc. Rev. 37 (4): 789–811. doi : 10.1039 / B716020H .
- Kidd, Hamish (29 de octubre de 2008). "Ácido de Meldrum" . Mundo de la química : 35–36.