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acetilacetona

La acetilacetona es un compuesto orgánico con la fórmula química CH 3 −C(=O)−CH 2 −C(=O)−CH 3 . Está clasificado como 1,3- dicetona . Existe en equilibrio con un tautómero CH 3 −C(=O)−CH=C(−OH)−CH 3 . La mezcla es un líquido incoloro. Estos tautómeros se interconvierten tan rápidamente en la mayoría de las condiciones que se tratan como un compuesto único en la mayoría de las aplicaciones. [2] La acetilacetona es un componente básico para la síntesis de muchos complejos de coordinación , así como de compuestos heterocíclicos .

Propiedades

Tautomerismo

Los tautómeros ceto y enol de la acetilacetona coexisten en solución. La forma enol tiene simetría C 2v , lo que significa que el átomo de hidrógeno se comparte equitativamente entre los dos átomos de oxígeno. [4] En la fase gaseosa, la constante de equilibrio , K ceto→enol , es 11,7, favoreciendo la forma enol. Las dos formas tautoméricas se pueden distinguir mediante espectroscopia de RMN , espectroscopia de IR y otros métodos. [5] [6]

La constante de equilibrio tiende a ser alta en disolventes no polares; cuando K ceto→enol es igual o mayor que 1, se prefiere la forma enol. La forma ceto se vuelve más favorable en disolventes polares que forman enlaces de hidrógeno, como el agua. [7] La ​​forma enol es un análogo vinólogo de un ácido carboxílico . [ cita necesaria ]

Propiedades ácido-base

La acetilacetona es un ácido débil . Forma el anión acetilacetonato C 5 H 7 O2(comúnmente abreviado acac ):

C5H8O2 ⇌ C5H7O2+h +
La estructura del anión acetilacetonato ( acac )

En el anión acetilacetonato, ambos enlaces C - O son equivalentes. Ambos enlaces centrales CC también son equivalentes, con un átomo de hidrógeno unido al átomo de carbono central (el átomo C3 ). Esas dos equivalencias se deben a que hay una resonancia entre los cuatro enlaces en el enlace O-C2-C3-C4-O en el anión acetilacetonato, donde el orden de enlace de esos cuatro enlaces es aproximadamente 1,5. Ambos átomos de oxígeno comparten por igual la carga negativa . El anión acetilacetonato es un ligando bidentado .

Los valores de p K a recomendados por la IUPAC para este equilibrio en solución acuosa a 25 °C son 8,99 ± 0,04 ( I  = 0), 8,83 ± 0,02 ( I  =  NaClO 4 0,1 M ) y 9,00 ± 0,03 ( I = NaClO 4  1,0 M ; I  = fuerza iónica ). [9] Los valores para disolventes mixtos están disponibles. Las bases muy fuertes , como los compuestos de organolitio , desprotonarán la acetilacetona dos veces. Las especies de dilitio resultantes pueden alquilarse entonces en el átomo de carbono de la posición 1 .

Preparación

La acetilacetona se prepara industrialmente mediante la transposición térmica del acetato de isopropenilo . [10]

Síntesis de acetilacetona

Las rutas de laboratorio hacia la acetilacetona también comienzan con acetona . Acetona y anhídrido acético ( (CH 3 C(O)) 2 O ) tras la adición de catalizador de trifluoruro de boro ( BF 3 ): [11]

(CH 3 C (O)) 2 O + CH 3 C (O) CH 3 → CH 3 C (O) CH 2 C (O) CH 3

Una segunda síntesis implica la condensación catalizada por bases (p. ej., mediante etóxido de sodio CH 3 CH 2 O Na + ) de acetona y acetato de etilo , seguida de la acidificación del acetilacetonato de sodio (p. ej., mediante cloruro de hidrógeno HCl): [11]

CH 3 CH 2 O Na + + CH 3 C(O)OCH 2 CH 3 + CH 3 C(O)CH 3 → Na + [CH 3 C(O)CHC(O )CH 3 ] + 2 CH 3 CH2OH
Na + [CH3C ( O)CHC(O ) CH3 ] + HCl → CH3C ( O)CH2C (O)CH3 + NaCl

Debido a la facilidad de estas síntesis, se conocen muchos análogos de los acetilacetonatos. Algunos ejemplos son la benzoilacetona , el dibenzoilmetano (dbaH) [ se necesita aclaración ] y el análogo de terc -butilo 2,2,6,6-tetrametil-3,5-heptanodiona. La trifluoroacetilacetona y el hexafluoroacetilacetonato también se utilizan para generar complejos metálicos volátiles .

Reacciones

Condensaciones

La acetilacetona es un precursor bifuncional versátil de los heterociclos porque ambos grupos ceto pueden sufrir condensación . Por ejemplo, la condensación con hidrazina produce pirazoles mientras que la condensación con urea proporciona pirimidinas . La condensación con dos aril o alquilaminas da NacNacs , donde los átomos de oxígeno en la acetilacetona se reemplazan por NR (R = arilo, alquilo).

química de coordinación

Un modelo de bola y palo de VO(acac) 2

El acetilacetonato de sodio , Na(acac), es el precursor de muchos complejos de acetilacetonato . Un método general de síntesis consiste en tratar una sal metálica con acetilacetona en presencia de una base : [12]

MB z + z Hacac ⇌ M(acac) z + z BH

Ambos átomos de oxígeno se unen al metal para formar un anillo quelato de seis miembros. En algunos casos, el efecto quelato es tan fuerte que no se necesita ninguna base añadida para formar el complejo.

Biodegradación

La enzima acetilacetona dioxigenasa escinde el enlace carbono-carbono de la acetilacetona, produciendo acetato y 2-oxopropanal . La enzima depende del hierro (II) , pero se ha demostrado que también se une al zinc . La degradación de la acetilacetona se ha caracterizado en la bacteria Acinetobacter johnsonii . [13]

C 5 H 8 O 2 + O 2 → C 2 H 4 O 2 + C 3 H 4 O 2

Referencias

  1. ^ "05581: acetilacetona". Sigma-Aldrich .
  2. ^ Thomas M. Harris (2001). "2,4-pentanodiona". Enciclopedia e-EROS de reactivos para síntesis orgánica . doi :10.1002/047084289X.rp030. ISBN 0471936235.
  3. ^ Smith, Kyle T.; Joven, Sherri C.; DeBlasio, James W.; Hamann, Christian S. (12 de abril de 2016). "Medición de los efectos estructurales y electrónicos sobre el equilibrio ceto-enol en compuestos 1,3-dicarbonilo". Revista de Educación Química . 93 (4): 790–794. doi :10.1021/acs.jchemed.5b00170.
  4. ^ Caminati, W.; Grabow, J.-U. (2006). "La estructura C 2v de la acetilacetona enólica". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 128 (3): 854–857. doi :10.1021/ja055333g. PMID  16417375.
  5. ^ Manbeck, Kimberly A.; Booz, Nicolás C.; Bair, Nathaniel C.; Lijadoras, Allix MS; Marsh, Anderson L. (2011). "Efectos de los sustituyentes sobre los equilibrios ceto-enol mediante espectroscopia de RMN". Revista de Educación Química . 88 (10): 1444-1445. Código bibliográfico : 2011JChEd..88.1444M. doi :10.1021/ed1010932.
  6. ^ Yoshida, Z.; Ogoshi, H.; Tokumitsu, T. (1970). "Enlace de hidrógeno intramolecular en forma enólica de 2,4-pentanodiona 3-sustituida". Tetraedro . 26 (24): 5691–5697. doi :10.1016/0040-4020(70)80005-9.
  7. ^ Reichardt, cristiano (2003). Disolventes y efectos de los disolventes en química orgánica (3ª ed.). Wiley-VCH. ISBN 3-527-30618-8.
  8. ^ Base de datos IUPAC SC Archivado el 19 de junio de 2017 en Wayback Machine. Una base de datos completa de datos publicados sobre constantes de equilibrio de ligandos y complejos metálicos.
  9. ^ Stary, J.; Liljenzin, JO (1982). "Evaluación crítica de las constantes de equilibrio que involucran acetilacetona y sus quelatos metálicos" (PDF) . Química Pura y Aplicada . 54 (12): 2557–2592. doi :10.1351/pac198254122557. S2CID  96848983.
  10. ^ Siegel, Hardo; Eggersdorfer, Manfred (2002). "Cetonas". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a15_077. ISBN 9783527306732.
  11. ^ ab Denoon, CE Jr.; Adkins, Homero; Rainey, James L. (1940). "Acetilacetona". Síntesis orgánicas . 20 : 6. doi : 10.15227/orgsyn.020.0006.
  12. ^ O'Brien, Brian. "Folleto de Co (tfa) 3 y Co (acac) 3" (PDF) . Colegio Gustavus Adolfo.
  13. ^ Straganz, GD; Planeador, A.; Brecker, L.; Cintas, DW; Steiner, W. (2003). "Enzima Dke1 que escinde acetilacetona: una nueva enzima que escinde enlaces C-C de Acinetobacter johnsonii". Revista Bioquímica . 369 (3): 573–581. doi :10.1042/BJ20021047. PMC 1223103 . PMID  12379146. 

enlaces externos