ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  ОСОБЕННОСТИ  ПОЛУЧЕНИЯ  И  СТРОЕНИЕ  ПИВАЛОИЛПИРОВИНОГРАДНОЙ  КИСЛОТЫ

Козьминых  Владислав  Олегович

зав.  кафедрой  химии,  д-р  хим.  наук,  профессор  Пермского  государственного  гуманитарно-педагогического  университета,  г.  Пермь

E-mail: 

DETAILS  OF  CHEMICAL  TECHNOLOGY  AND  STRUCTURE  OF  PIVALOYLPYRUVIC  ACID

Kozminykh  Vladislav

Head  of  the  Chemical  Department,  Doctor  of  Chemical  Sciences,  Professor  of  Perm  State  Humanistic  Pedagogical  University,  Perm

Исследование  выполнено  в  рамках  проекта  1.3.09  Федерального  агентства  по  образованию  Российской  Федерации  на  2011—2013  гг.

АННОТАЦИЯ

Разработаны  химико-технологические  особенности  получения  и  изучены  детали  строения  пивалоилпировиноградной  (2-гидрокси-5,5-диметил-4-оксо-2-гексеновой)  кислоты.

ABSTRACT

Chemical  technology  peculiarities  for  the  synthesis  of  pivaloylpyruvic  (5,5-dimethyl-2-hydroxy-4-oxo-2-hexenoic)  acid  are  worked  out  and  details  of  its  structure  are  studied.

Ключевые  слова:  пивалоилпировиноградная  (2-гидрокси-5,5-диметил-4-оксо-2-гексеновая)  кислота;  получение;  строение.

Key  words:  pivaloylpyruvic  (5,5-dimethyl-2-hydroxy-4-oxo-2-hexenoic)  acid;  synthesis;  structure.

Пивалоилпировиноградная  (2-гидрокси-5,5-диметил-4-оксо-2-гексеновая)  кислота  (1)  и  её  производные  успешно  используются  в  органическом  синтезе  [1—5].  Разработаны  технологические  особенности  получения  и  изучены  детали  строения  кислоты  (1)  (рис.  1).

Рисунок  1.  Синтез  и  строение  пивалоилпировиноградной  кислоты  (1)

Получение  пивалоилпировиноградной  кислоты  (1).  К  100  мл  абсолютного  метанола  прибавляют  порциями  9,2  г  (0,4  моля)  натрия  (примечание  1),  затем  метанол  отгоняют  и  к  сухому  метилату  натрия  добавляют  150  мл  абсолютного  диэтилового  эфира.  При  охлаждении  и  перемешивании  к  суспензии  прибавляют  по  каплям  смесь  29,2  г  (0,2  моля)  диэтилоксалата  и  40,0  г  (0,4  моля)  пинаколина.  На  следующий  день  к  осадку  натриевого  енолята  добавляют  при  перемешивании  40  мл  горячей  воды  и  порциями  концентрированную  соляную  кислоту  до  кислой  реакции  среды  (pH  3—4).  Растворитель  упаривают,  сухой  остаток  перекристаллизовывают  из  тетрахлорметана,  смесей  толуол-гексан  (1:1)  или  бензол-гексан  (2:1).  Получают  бесцветные  игольчатые  кристаллы  кислоты  (1)  (примечание  2).  Выход  24,6  г  (71  %).  Т.  пл.  55—56°C  (лит.:  60°C  [9,  11],  64°C  [12]).  ИК  спектр  (n,  см-1):  3455—3510  (COOH),  1675—1708  (COOH),  1615—1622,  1580—1590  (C=O_хелат.),  1458,  1372,  1293,  1257,  1138,  1115  (примечание  3).  Спектр  ЯМР  1H  (CDCl3,  d,  м.д.):  1,20  с  (9  H,  3  CH3),  6,62  с  (1H,  CH,  100  %  формы  1X).  Спектр  ЯМР  1H  (ДМСО-d6,  d,  м.д.):  1,02  с  (9  H,  3  CH3,  минорная  таутомерная  форма  1Z,  5  %);  1,08  с  (9  H,  3  CH3,  форма  1Y,  24  %);  1,17  с  (9  H,  3  CH3,  форма  1X,  71  %);  2,90,  3,38  два  д  (2  H,  CH2,  форма  1Z);  4,06  с  (1  H,  CH2,  форма  1Y);  5,42  с  (1  H,  OH,  форма  1Z);  6,50  с  (1  H,  CH,  форма  1X),  13,90—14,30  уш.  с  (2  H,  2  OH  в  COOH,  формы  1X  и  1Y).  Масс-спектр,  m/z  (I,  %),  приведены  пики  ионов  с  I  >  5  %:  172  (30)  M  ^]+,  144  (20)  M  —  CO  ^]+  или  (CH3)3C-COCH2COOH  ^]+,  128  (8)  M  —  CO2  ^]+,  127  (81)  M  —  CO2  –  H  ^]+  или  (CH3)3C-COCH2-CºO  ^]+,  116  (34)  M  —  2  CO  ^]+,  115  (8),  111  (8),  88  (21),  83  (12),  69  (40)  O=C-CH=C=O  ^]+,  60  (5),  57  (100)  (CH3)2CH-CH2  ^]+,  55  (11),  45  (13),  44  (20),  43  (62),  42  (21),  41  (57),  40  (32),  39  (25).  C8H12O4.  Мол.  масса  172,18.

Примечания

1.  Метанол  перед  использованием  перегоняют,  предварительно  растворив  в  100  мл  3—4  г  натрия.  Метилат  натрия  берут  в  двукратном  избытке  для  предотвращения  образования  метилового  эфира  пивалоилпировиноградной  кислоты  [11],  так  как  хорошо  известно,  что  при  избытке  основания  в  результате  конденсации  Клайзена  образуются  именно  ацилпировиноградные  кислоты,  а  не  их  эфиры  [8,  10].

2.  Из  фильтрата  после  кристаллизации  пивалоилпировиноградной  кислоты  (1)  выделен  также  5,6-дигидрокси-2,2,9,9-тетраметил-4,6-декадиен-3,8-дион  (2)  (рис.  2),  выход  1,30  г  (2  %),  т.  пл.  85-86  °C  (из  этанола)  (лит.:  98°C  [7]).  ИК  спектр  (n,  см-1):  1605,  1580—1545  (C=O_хелат.,  C=C),  1530,  1458.  Спектры  ЯМР  1Н  тетракетона  (2)  (в  CDCl3  и  ДМСО-d6)  приведены  в  работе  [13].  C14H22O4.  Мол.  масса  254,32.

Рисунок  2.  Структура  5,6-дигидрокси-2,2,9,9-тетраметил-4,6-декадиен-3,8-диона  (2)

Нерастворившийся  после  кристаллизации  остаток  (19,6  г)  с  т.  пл.  >  300°C  (разл.)  представляет  собой  побочно  образующийся  инертный  по  отношению  к  кислотам  4-пивалоил-6-пивалоилметилен-3-гидрокси-2,5-пирандион  (3).  Соединение  (3)  при  действии  о-фенилендиамина  легко  образует  хорошо  кристаллизующийся  3-пивалоилметилен-1H-3,4-дигидро-2-хиноксалон  (4)  (рис.  4)  подобно  аналогичной  реакции  с  пивалоилпировиноградной  кислотой  [2].

Рисунок  3.  Структуры  4-пивалоил-6-пивалоилметилен-3-гидрокси-2,5-пирандиона  (3)  и  3-пивалоилметилен-1H-3,4-дигидро-2-хиноксалона  (4)

При  проведении  конденсации  с  эквимолярным  соотношением  диэтилоксалата  и  пинаколина  (по  0,05  молей)  без  отгонки  метанола  от  метилата  натрия  и  без  добавления  к  метилату  эфира  (реакция  в  метаноле)  выход  пивалоилпировиноградной  кислоты  незначительно  снижается  —  до  67  %.

Пивалоилпировиноградная  кислота  (1)  даёт  характерное  тёмно-красное  окрашивание  в  цветной  пробе  на  енольный  гидроксил  [6]  с  10  %  спиртовым  раствором  хлорида  железа(III).  Другие  методы  получения.  Пивалоилпировиноградная  кислота  (1)  была  также  получена  мягким  гидролизом  её  этилового  эфира  в  основной  среде  [9,  11,  12].

3.  В  кристаллах  и  растворе  хлороформа  пивалоилпировиноградная  кислота  (1)  существует  полностью  в  енольной  форме  (1X).  В  растворе  ДМСО  появляются  ещё  две  минорные  таутомерные  формы:  цепная  b-дикетонная  (1Y)  и  кольчатая  2,3-диоксофурановая  (1Z).

Список  литературы:

1.Березина  Е.С.,  Козьминых  В.О.,  Игидов  Н.М.,  Ширинкина  С.С.,  Козьминых  Е.Н.,  Махмудов  Р.Р.,  Буканова  Е.В.  Амиды  и  гидразиды  ацилпировиноградных  кислот.  VIII.  Синтез  амидов  пивалоилпировиноградной  кислоты  и  их  взаимодействие  с  бензиламином  и  ариламинами  //  Журнал  органической  химии.  —  2001.  —  Т.  37.  —  №  4.  —  С.  574—581. 

2.Козьминых  В.О.,  Гончаров  В.И.,  Козьминых  Е.Н.  Простой  метод  получения  3-[оксо(цикло)алкил(иден)]производных  хиноксалин-2(1H)-она  //  Журнал  органической  химии.  —  2006.  —  Т.  42.  —  №  11.  —  С.  1727—1730. 

3.Козьминых  В.О.,  Гончаров  В.И.,  Козьминых  Е.Н.,  Оборин  Д.Б.  Реакции  пивалоилпировиноградной  кислоты  с  ацилгидразинами  в  синтезе  пиразолинкарбоновых  кислот  //  Химия  гетероциклических  соединений.  —  2006.  —  №  5  (467).  —  С.  792—794. 

4.Козьминых  В.О.,  Игидов  Н.М.,  Березина  Е.С.,  Козьминых  Е.Н.,  Касаткина  Ю.С.  Пивалоилпировиноградная  кислота  —  новый  реагент  для  ацилирования  аминов  //  Известия  Академии  Наук.  Серия  химическая.  —  2000.  —  №  9.  —  С.  1564—1568. 

5.Козьминых  В.О.,  Игидов  Н.М.,  Зыкова  С.С.,  Колла  В.Э.,  Шуклина  Н.С.,  Одегова  Т.Ф.  Синтез  и  фармакологическая  активность  3-гидрокси-1,5-диарил-4-пивалоил-2,5-дигидро-2-пирролонов  //  Химико-фармацевтический  журнал.  —  2002.  —  Т.  36.  —  №  4.  —  С.  23—26. 

6.Шрайнер  Р.,  Фьюзон  Р.,  Кёртин  Д.,  Моррилл  Т.  Идентификация  органических  соединений.  —  Москва:  изд-во  «Мир»,  1983.  —  С.  405. 

7.Balenović  K.,  Deljac  A.,  Gašpert  B.,  Štefanac  Z.  Reaktion  der  a,g,d,x-Tetraketone  mit  Selentetrachlorid  und  Schwefeldichlorid.  Synthese  von  2,5-Diacyl-3,4-dihydroxy-selenophenen  und  -thiophenen  //  Monatsh.  Chem.  —  1967.  —  Bd  98.  —  №  4.  —  S.  1344—1351. 

8.Beilsteins  Handbuch  der  Organischen  Chemie.  Vierte  Auflage.  Die  Literatur  bis  1.  Januar  1910  umfassend.  Isocyclische  Oxy-carbonsäuren  und  oxo-carbonsäuren.  —  Berlin,  1927.  —  Bd  10.  —  S.  814. 

9.Beilstein  Handbuch  der  Organischen  Chemie.  Vierte  Auflage.  Erstes  Ergängungswerk.  Die  Literatur  von  1910—1919  umfassend.  —  Berlin,  1929.  —  Bd  III.  —  S.  264. 

10.Brömme  E.,  Claisen  L.  Über  die  Einwirkung  des  Oxaläthers  auf  Acetophenon  //  Ber.  Deutsch.  Chem.  Ges.  —  1888.  —  Bd  21.  —  S.  1131—1135. 

11.Couturier  F.  Kondensation  des  Pinakolins  mit  Estern  //  C.  r.  Acad.  sci.  —  1910.  —  Vol.  150.  —  №  4.  —  P.  928—930. 

12.Meister  A.,  Greenstein  J.P.  Enzymic  hydrolysis  of  2,4-diketo  acids  //  J.  Biol.  Chem.  —  1948.  —  Vol.  175.  —  P.  573—-588. 

13.Poje  M.,  Balenović  K.  3(2H)-Furanone  derivatives.  Ring-chain  tautomerism  in  the  1,3,4,6-tetraketone  series  //  J.  Heterocycl.  Chem.  —  1979.  —  Vol.  16.  —  №  3.  —  P.  417—420.