Ацетондикарбоновая кислота

Ацетондикарбоновая кислота — двухосновная кетокислота, бесцветные кристаллы, медленно разлагающиеся при комнатной температуре. Хорошо растворима воде и этаноле, при нагревании — в этилацетате, плохо растворима в эфире и хлороформе.

Ацетондикарбоновая кислота и её производные широко применяются в синтезе, в том числе синтезе алкалоидов и других природных соединений.

Синтез

Стандартный лабораторный метод синтеза ацетондикарбоновой кислоты — декарбонилирование лимонной кислоты олеумом:

Реакцию проводят на холоду (0 — 10 °C) и под тягой, так как в ходе реакции выделяется токсичный монооксид углерода; выход неочищенной кислоты, пригодной для дальнейшей этерефикации, составляет 85-90 %, при необходимости продукт может быть очищен перекристаллизацией из этилацетата.

Ацетондикарбоновая кислота может также быть синтезирована из ацетона — прямым карбоксилированием диоксидом углерода или в три стадии через 1,3-дихлорацетон с дальнейшим замещением хлора цианидом и гидролизом в мягких условиях образовавшегося 1,3-дицианоацетона, однако эти методы ввиду их сложности на практике не используются.

Реакционная способность и применение в синтезе

По своим химическим свойствам ацетондикарбоновая кислота является типичным представителем β-кетокислот: её реакционная способность определяется, во-первых, наличием двух электронакцепторных заместителей — карбонильной и карбоксильной — у метиленовых групп, что обуславливает их нуклеофильность и кислотность и, во вторых, возможностью образования шестичленного цикла, в котором протон карбоксильной группы образует водородную связь с кислородом кетогруппы.

Сочетание этих свойств обуславливает легкость декарбоксилирования ацетондикарбоновой кислоты, которое происходит уже при комнатной температуре, эта реакция, как и в случае других β-кетокислот (например, ацетоуксусной кислоты), идет через образование циклического переходного состояния, при этом ацетондикарбоновая кислота декарбоксилируется сначала до ацетоуксусной кислоты, которая, отщепляя диоксид углерода, образует ацетон:

Реакции с участием метиленовых групп

Для ацетондикарбоновой кислоты, как и для других β-дикарбонильных соединений, также характерны реакции, обусловленные нуклеофильностью метиленовых групп.

Так, ацетондикарбоновая кислота вступает в реакцию азосочетания с диазониевыми солями (2) с образованием бис-гидразонов мезоксалевого альдегида (3), при этом также происходит декарбоксилирование:

Ацетондикарбоновая кислота вступает в двойную конденсацию Манниха с диальдегидами и ароматическими аминами с образованием бициклических продуктов (Реакция Робинсона — Шёпфа), эта реакция используется как метод синтеза тропанов (в случае янтарного диальдегида), и псевдопельтьерина (при использовании глутарового альдегида) и тоже сопровождается декарбоксилированием:

Аналогичная по механизму циклоконденсация эфиров ацетондикарбоновой кислоты с ароматическими альдегидами и аммиаком либо первичными аминами приводит к образованию пиперидонов,,:

Эфиры ацетондикарбоновой кислоты вступают в конденсацию Кневенагеля с альдегидами, при этом образуются бис-продукты конденсации; взаимодействие эфиров ацетондикарбоновой кислоты с α-дикарбонильными соединениями (реакция Вейса-Кука) приводит к образованию бицикло[3.3.0]октан-3,7-дионов:

Эфиры ацетондикарбоновой кислоты, подобно ацетоуксусному эфиру и другим 1,3-дикарбонильным соединениям, легко алкилируются алкилгалогенидами в присутствии оснований, при этом соотношение продуктов C-алкилирования и O-алкилирования енолята зависит от условий проведения реакции.

Такое алкилирование эфиров ацетондикарбоновой кислоты α-галогенкарбонильными соединениями с вовлечением в реакцию карбонильной группы эфира используется в синтезе гетероциклических соединений.

Так, в условиях реакции Фейста-Берари эфиры ацетондикарбоновой кислоты используются для синтеза фуранов, реакция диметилацетондикарбоксилата с хлорацетальдегидом, ведущая к 2,3-дизамещенному фурану, была использована в качестве первой стадии синтеза микотоксина патулина:

В сочетании с аминами или аммиаком фиры ацетондикарбоновой кислоты применятся в синтезе пирролов по Ганчу; взаимодействие с диэтилацетондикарбоксилата с хлорацетоном и метиламином является первой стадией синтеза противовоспалительного препарата зомепирака:

Реакции с участием карбонильной группы

Ацетондикарбоновая кислота конденсируется с фенолами и их эфирами (2) с образованием β-замещенных производных глутаконовых кислот (3), которые служат исходными реагентами для синтеза 2,5-дигидроксипиридинов (4):

В условиях реакции образовавшиеся глутаконовые кислоты с гидроксильным заместителем в орто-положении ароматического кольца (3) могут замыкаться с образованием кумаринов (4), в современных методиках синтеза используют ацетондикарбоновую кислоту, образующуюся in situ из лимонной кислоты при проведении конденсации в концентрированной серной кислоте,:

Реакции с участием карбоксильных групп

Ацетондикарбоновая кислота этерифицируется спиртами при действии сухого хлороводорода, образуя диэфиры, моноэфиры ацетондикарбоновой кислоты получают ацилированием спиртов ангидридом ацетондикарбоновой кислоты.

При дегидратации ацетондикарбоновой кислоты в уксусном ангидриде образуется её циклический ангидрид (1,2H-пиран-2,4,6(3H,5H)-трион), однако реакция осложняется идущим ацетилированием с образованием его моно- и диацетильных производных:

В жестких условиях преобладающим продуктом становится дегидроацетовая кислота,.

При взаимодействии эфиров ацетондикарбоновой кислоты с аммиаком происходит аммонолиз с образованием циклического имида и замещением кислорода карбонильной группы на иминогруппу, что приводит к образованию 4-амино-2,6-дигидроксипиридина (глутазина):