กรดของเมลดรัม
| ชื่อ | |
|---|---|
| ชื่อ IUPAC ที่นิยมใช้ 2,2-ไดเมทิล-1,3-ไดออกเซน-4,6-ไดโอน | |
| ชื่ออื่นๆ ไอโซโพรพิลิดีนมาโลเนต | |
| ตัวระบุ | |
โมเดล 3 มิติ ( JSmol ) |
|
| เคมสไปเดอร์ | |
| บัตรข้อมูล ECHA | 100.016.358 |
| หมายเลข EC |
|
PubChem CID |
|
| มหาวิทยาลัย | |
แดชบอร์ด CompTox ( EPA ) |
|
| |
| |
| คุณสมบัติ | |
| C H O | |
| มวลโมลาร์ | 144.126 กรัม·โมล−1 |
| รูปร่าง | สีเบจทึบ[ 1 ] |
| กลิ่น | ไม่มีกลิ่น[ 1 ] |
| จุดหลอมเหลว | 94 ถึง 95 °C (201 ถึง 203 °F; 367 ถึง 368 K) [ 2 ] (สลายตัว) |
| ละลายได้[ 1 ] | |
| ความ เป็นกรด ( pKa | 4.97 |
| อันตราย[ 1 ] | |
| การติดฉลากGHS : | |
| คำเตือน | |
| NFPA 704 ( สัญลักษณ์รูปเพชรกันไฟ) | |
| จุดวาบไฟ | >365 °C (689 °F; 638 K) |
| ปริมาณหรือความเข้มข้นที่ทำให้เสียชีวิต (LD, LC): | |
LD ( ขนาดยาเฉลี่ย ) | >5000 มก./กก. (รับประทานทางปาก ในหนูทดลอง) |
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa) ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล | |
กรดเมลด์รัมหรือ2,2-ไดเมทิล-1,3-ไดออกเซน-4,6-ไดโอนเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีสูตรเคมีC H O โมเลกุลของมันมี แกนเฮเท อโรไซคลิก ที่มี อะตอมคาร์บอนสี่ อะตอม และ อะตอม ออกซิเจน สอง อะตอม สูตรเคมีสามารถเขียนได้อีกแบบว่า[ −O−C(CH ) −O−(C=O)−CH −(C=O)− ]
เป็นของแข็งผลึกไร้สีที่ละลายน้ำได้น้อยและสลายตัวเมื่อได้รับความร้อนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์อะซิโตนและคีทีน [ 3 ] การ สังเคราะห์ครั้งแรกได้รับการรายงานในปี 1908 โดยAndrew Norman Meldrum [ 4 ] ซึ่งเป็นที่มาของชื่อ[ 3 ] Meldrum สรุปอย่างไม่ถูกต้องว่ามันเป็นกรดคาร์บอกซิลิกโดยพิจารณาจากความเป็นกรด[ 4 ]โครงสร้างบิสแลคโตนที่ถูกต้องไม่ได้ถูกรายงานจนกระทั่งปี 1948 [ 5 ]
คุณสมบัติ
ความเป็นกรด
สารประกอบนี้สามารถสูญเสียไอออนไฮโดรเจนจากหมู่เมทิลีน CH₂ )ในวงแหวน (คาร์บอน 5) ได้อย่างง่ายดาย ซึ่งจะสร้างพันธะคู่ระหว่างไอออนไฮโดรเจนกับคาร์บอนข้างเคียงตัวใดตัวหนึ่ง (หมายเลข 4 หรือ 6) และประจุลบในออกซิเจนที่สอดคล้องกัน ไอออนลบที่เกิดขึ้น C₆H₇O₄ ] ⁻ จะมีความเสถียรเนื่องจากเรโซแนนซ์ระหว่างสองทางเลือก ดังนั้นพันธะคู่จึงกระจายตัวและออกซิเจนแต่ละตัวในหมู่คาร์บอนิลมีอย่างเป็นทางการเท่ากับ -1/2

ค่าคงที่การแตกตัวเป็นไอออนpKaคือ4.97 ซึ่งทำให้มันมีพฤติกรรมเหมือนกรดโมโนเบสิกแม้ว่าจะไม่มีหมู่กรดคาร์บอก ซิลิกก็ตาม 3 ] ในคุณสมบัตินี้และคุณสมบัติอื่นๆ สารประกอบนี้คล้ายกับไดเมโดนและกรดบาร์บิทูริกอย่างไรก็ตาม ในขณะที่ไดเมโดนมีอยู่ในสารละลายส่วนใหญ่ในรูปของโมโนอีโนลทอโทเมอร์กรดของเมลด์รัมเกือบทั้งหมดอยู่ในรูปของไดคีโตน[ 3 ]
ความเป็นกรดที่สูงผิดปกติของสารประกอบนี้ถือเป็นเรื่องผิดปกติมานานแล้ว—มันมีความเป็นกรดมากกว่าสารประกอบที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดอย่าง ไดเมทิลมาโลเนตถึง 8 อันดับในปี 2547 โอห์วาดะและเพื่อนร่วมงานได้กำหนดโครงสร้างคอนฟอร์เมชันที่ลดพลังงานของสารประกอบนี้ให้วางออร์บิทัล σ* ของโปรตอนอัลฟา ในรูปทรงเรขาคณิตที่เหมาะสมเพื่อจัดเรียงกับ π * ดังนั้นสถานะพื้นฐานจึงก่อให้เกิดความไม่เสถียรของพันธะ CH อย่างรุนแรงผิดปกติ[ 6 ]
การตระเตรียม
การสังเคราะห์ดั้งเดิม
สารประกอบนี้ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกโดย Meldrum โดยปฏิกิริยาการควบแน่นของอะซิโตนกับกรดมาโลนิกในอะซิติกแอนไฮไดรด์และกรดซัลฟิวริก[ 4 ]

การสังเคราะห์ทางเลือก
นอกจากวิธีการเตรียมแบบดั้งเดิมแล้ว กรดเมลด์รัมยังสามารถสังเคราะห์ได้จากกรดมาโลนิกไอโซโพรพีนิลอะซิเตต (อนุพันธ์อีโนลของอะซิโตน) และกรดซัลฟิวริกที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
เส้นทางที่สามคือปฏิกิริยาของคาร์บอนซับออกไซด์C O กับอะซิโตนในที่ที่มีกรดออกซาลิก[ 3 ]
การใช้งาน
เช่นเดียวกับกรดมาโลนิกและอนุพันธ์เอสเทอร์ของมัน รวมถึงสารประกอบ 1,3-ไดคาร์บอนิล อื่นๆ กรดเมลด์รัมสามารถใช้เป็นสารตั้งต้นใน ปฏิกิริยานิวคลีโอฟิลิกได้หลากหลายชนิด
การอัลคิเลชันและการอะซิเลชัน
ความเป็นกรดของคาร์บอนตำแหน่งที่ 5 (ระหว่างหมู่คาร์บอนิลทั้งสอง) ช่วยให้สามารถดัดแปลงกรดเมลด์รัมที่ตำแหน่งนี้ได้อย่างง่ายดาย ผ่านปฏิกิริยาต่างๆ เช่นการเติมหมู่แอลคิลและการเติมหมู่เอซิลตัวอย่างเช่น การกำจัดโปรตอนและการทำปฏิกิริยากับแอลคิลเฮไลด์ อย่างง่าย ( R−Cl ) จะทำให้หมู่แอลคิล ( R− ) เข้ามาติดอยู่ที่ตำแหน่งนั้น:

ปฏิกิริยาที่คล้ายคลึงกันกับอะซิลคลอไรด์ ( R−(C=O)−Cl ) จะเชื่อมต่ออะซิล ( R−(C=O)− ) แทน:

ปฏิกิริยาทั้งสองนี้ทำให้กรดเมลด์รัมทำหน้าที่เป็นโครงสร้างเริ่มต้นสำหรับการสังเคราะห์โครงสร้างต่างๆ มากมายที่มีหมู่ฟังก์ชันหลากหลาย ผลิตภัณฑ์อัลคิลเลตสามารถนำไปดัดแปลงเพิ่มเติมเพื่อผลิตสารประกอบอะไมด์และเอสเทอร์ต่างๆ การให้ความร้อนแก่ผลิตภัณฑ์อะซิลในที่ที่มีแอลกอฮอล์จะนำไปสู่การแลกเปลี่ยนเอสเทอร์และการดีคาร์บอกซิเลชันในกระบวนการที่คล้ายกับการสังเคราะห์มาโลนิกเอสเทอร์ ลักษณะปฏิกิริยาของไดเอสเทอร์แบบวงแหวนช่วยให้เกิดปฏิกิริยาที่ดีแม้กระทั่งกับแอลกอฮอล์ที่มีหมู่กีดขวางมากเช่นที-บิวทานอล [ 7 ] และปฏิกิริยาของกรดเมลด์รัมและอนุพันธ์ของมันได้ถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาปฏิกิริยาต่างๆ[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]คีโตเอสเทอร์ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของแอลกอฮอล์กับอนุพันธ์ของกรดเมลด์รัมมีประโยชน์ในการสังเคราะห์ไพร์โรลของคนอร์
การสังเคราะห์คีทีน
ที่อุณหภูมิสูงกว่า200 °C (392 °F) [ 12 ] กรดของเมลด์รัมจะเกิด ปฏิกิริยา เพอริไซคลิกซึ่งปล่อยอะซิโตนและคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา และผลิตสารประกอบคีทีนที่มีปฏิกิริยาสูง: [ 13 ]

สามารถแยกคีทีนเหล่านี้ได้โดยใช้ กระบวนการ ไพโรไลซิสแบบสุญญากาศฉับพลัน (FVP) คีทีนมีคุณสมบัติเป็นอิเล็กโทรฟิลิกสูงและสามารถเกิดปฏิกิริยาการเติมกับสารเคมีอื่นๆ ได้หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งปฏิกิริยาไซโคลแอดดิชันของคีทีนหรือการเกิดไดเมอร์เป็นไดคีทีนด้วยวิธีการนี้จึงสามารถสร้างพันธะ C–C วงแหวนเอไมด์เอสเทอร์ และกรด ใหม่ๆ ได้



อีกทางเลือกหนึ่งคือ สามารถทำการไพโรไลซิสในสารละลายเพื่อให้ได้ผลลัพธ์เดียวกันโดยไม่ต้องแยกคีทีนออกมาในปฏิกิริยาแบบหม้อเดียวความสามารถในการสร้างผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายเช่นนี้ทำให้กรดเมลด์รัมเป็นรีเอเจนต์ที่มีประโยชน์มากสำหรับนักเคมีสังเคราะห์[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
ประวัติศาสตร์

สารประกอบนี้ตั้งชื่อตามแอนดรูว์ นอร์แมน เมลดรัมผู้รายงานการสังเคราะห์ในปี พ.ศ. 2451 [ 4 ]เขาเข้าใจผิดว่าโครงสร้างของมันเป็นกรดคาร์บอกซิลิกเนื่องจากความเป็นกรดสูงผิดปกติ โดยระบุว่าเป็น β- แลคโตนของกรด β-ไฮดรอกซีไอโซโพรพิลมาโลนิก[ 3 ] [ 4 ]โครงสร้างที่ถูกต้องคือ บิสแลคโตนของ1,3-ไดออกเซนได้รับการรายงานในปี พ.ศ. 2491 [ 5 ]
อ่านเพิ่มเติม
- เจเรนซีเซอร์, ยาโนส; ดอร์มาน, กีร์กี; ดาร์วาส, เฟเรนซ์ (2006) "กรดของเมลดรัมในปฏิกิริยาหลายองค์ประกอบ: การประยุกต์กับการสังเคราะห์แบบผสมผสานและการสังเคราะห์เชิงความหลากหลาย" QSAR และวิทยาศาสตร์เชิงผสมผสาน25 ( 5– 6): 439– 448. ดอย : 10.1002/qsar.200540212 .
- Ivanov, Andrey S. (2008). "กรดเมลด์รัมและสารประกอบที่เกี่ยวข้องในการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติและอะนาล็อก" Chem. Soc. Rev. 37 (4): 789– 811. doi : 10.1039/B716020H . PMID 18362984 .
- คิดด์, ฮามิช (29 ตุลาคม 2551). "กรดของเมลด์รัม" . เคมีโลก : 35– 36.

