Meldrumin happo

Meldrumin happo
Tunnisteet
IUPAC-nimi 2,2-dimetyyli-1,3-dioksaani-4,6-dioni
CAS-numero 2033-24-1
PubChem CID 16249
SMILES CC1(OC(=O)CC(=O)O1)C[1]
Ominaisuudet
Molekyylikaava C6H8O4
Moolimassa 144,124 g/mol
Sulamispiste 92–95 °C (hajoaa)[2]
Liukoisuus veteen 25 g/l (20 °C)[3]

Meldrumin happo eli 2,2-dimetyyli-1,3-dioksaani-4,6-dioni (C6H8O4) on heterosyklisiin dilaktoneihin kuuluva orgaaninen yhdiste. Yhdistettä käytetään yleisesti reagenssina orgaanisen kemian synteeseissä.

Rakenne ja ominaisuudet

Meldrumin esittämä virheellinen rakenne Meldrumin hapolle

Ensimmäisen kerran Meldrumin happoa syntetisoi Andrew Norman Meldrum vuonna 1908 asetonin ja malonihapon välisellä reaktiolla Meldrum arveli syntetisoimansa yhdisteen rakenteen olevan β-hydroksi-isopropyylimalonihapon β-laktonin.[4][5] Vuonna 1948 David Davidson ja Sidney Bernhard osoittivat yhdisteen todellisuudessa kuitenkin olevan 2,2-dimetyyli-1,3-dioksaani-4,6-dionia perustuen tarkempaan tietämykseen yhdisteen reaktiivisuudesta[5][6].

Meldrumin hapon venekonformaatio

Meldrumin happo on huoneenlämpötilassa väritöntä kiteistä ainetta. Yhdiste liukenee hyvin sekä veteen että poolisiin orgaanisiin liuottimiin. Meldrumin happo on laktoniksi poikkeuksellisen voimakas happo ja sen pKa-arvo vesiliuoksessa on 4,83 eli sen on vahvuudeltaan etikkahapon luokkaa. Eritysen poikkeukselliseksi tämän tekee se, että protonin luovuttaa hiiliatomi. Meldrumin happo esiintyy neutraalissa muodossa venekonformaatiossa ja esteriryhmät sijaitsevat syn-asemassa toisiinsa nähden eli samaan sunntaan molekyylitasoon verrattuna. Yhdisteen deprotonoituessa tapahtuu konformaation muutos, joka on energeettisesti edullinen johtuen suotuisammista vuorovaikutuksista eri molekyyliorbitaalien välillä ja anomeerisesta efektistä.[7][8]

Valmistus ja käyttö

Meldrumin happoa voidaan valmistaa malonihapon ja asetonin välisellä reaktiolla etikkahappoanhydridin läsnä ollessa. Yhdistettä voidaan syntetisoida myös dietyylimalonaatista kaksivaiheisella reaktiolla tai isoprenyyliasetaatista rikkihapon avulla.[2][9][10]

Meldrumin happo on hyödyllinen molekyyli orgaanisen kemian synteeseissä erityisesti kaksi tai kolme hiiliatomia sisältävänä niin kutsuttuna syntonina. Yhdiste reagoi muun muassa Knoevenagel-kondensaatiolla ja sen voidaan alkyloida tai asyloida. Alkyloitujen tai asyloitujen Meldrumin hapon johdannaisten reaktio alkoholien kanssa on kätevä tapa muodostaa malonihapon monoestereitä ja β-ketoestereitä. Lisäksi yhdiste soveltuu monien heterosyklisten yhdisteiden synteesiin ja siitä on syntetisoitu erityisesti pyridiini-, pyridoni-, pyrimidiini- ja triatsiinijohdannaisia. Melrumin hapon ja sen johdannaisten pyrolyysissä muodostuu keteenejä, jotka ovat myös hyödyllisiä synteessisen kemian välituotteita.[2][5][9][10][11][12]

Lähteet

  1. ↑ 2,2-Dimethyl-1,3-dioxane-4,6-dione – Substance summary PubChem. NCBI. Viitattu 22.8.2015.
  2. ↑ a b c Harald Strittmatter, Stefan Hildbrand & Peter Pollak: Malonic Acid and Derivatives, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2007. Viitattu 22.8.2015
  3. ↑ 2,2-dimethyl-1,3-dioxane-4,6-dione:Water solubility European Chemicals Agency. Viitattu 12.7.2024. (englanniksi)
  4. ↑ Andrew Norman Meldrum: LIV.—A β-lactonic acid from acetone and malonic acid. Journal of the Chemical Society, Transactions, 1908, 93. vsk, s. 598–601. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 22.8.2015. (englanniksi)
  5. ↑ a b c Victoria V. Lipson & Nikolay Yu. Gorobets: One hundred years of Meldrum’s acid: advances in the synthesis of pyridine and pyrimidine derivatives. Molecular Diversity, 2009, 13. vsk, nro 4, s. 399–419. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 22.8.2015. (englanniksi)
  6. ↑ David Davidson & Sidney A. Bernhard: The Structure of Meldrum's Supposed β-Lactonic Acid. Journal of the American Chemical Society, 1948, 70. vsk, nro 10, s. 3426–3428. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 22.8.2015. (englanniksi)
  7. ↑ Michael B. Smith & Jerry March: March's Advanced Organic Chemistry, s. 340–341. John Wiley & Sons, 2013. ISBN 9780470462591 (englanniksi)
  8. ↑ Satoshi Nakamura, Hajime Hirao & Tomohiko Ohwada: Rationale for the Acidity of Meldrum's Acid. Consistent Relation of C−H Acidities to the Properties of Localized Reactive Orbital. The Journal of Organic Chemistry, 2004, 69. vsk, nro 13, s. 4309–4316. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 22.8.2015. (englanniksi)
  9. ↑ a b Peter Pollak & Gérard Romeder: Malonic Acid and Derivatives, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2000. Viitattu 22.8.2015
  10. ↑ a b Osamu Yonemitsu, Ken-ich Elghanian & Amy C. Hart: 2,2-Dimethyl-1,3-dioxane-4,6-dione, e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, John Wiley & Sons, New York, 2010. Teoksen verkkoversio Viitattu 22.8.2015
  11. ↑ Romano V. A. Orru,Eelco Ruijter: Synthesis of Heterocycles Via Multicomponent Reactions I, s. 64–66. Springer, 2010. ISBN 978-3-642-12674-1 Kirja Googlen teoshaussa Viitattu 22.8.2015. (englanniksi)
  12. ↑ Serban C. Moldoveanu: Pyrolysis of Organic Molecules, s. 604. Elsevier, 2009. ISBN 9780444531131 Kirja Googlen teoshaussa Viitattu 22.8.2015. (englanniksi)