Введение
1=Молекула, содержащая две соседние группы C=O
В органической химии дикарбонил – это молекула, содержащая две карбонильные (|C=O) группы. Хотя этот термин может относиться к любому органическому соединению, содержащему две карбонильные группы, он используется более конкретно для описания молекул, в которых оба карбонила находятся достаточно близко друг к другу, что изменяет их реакционную способность, например, 1,2-, 1,3- и 1,4-дикарбонилы. Их свойства часто отличаются от свойств монокарбонильных соединений, и поэтому они обычно рассматриваются как самостоятельные функциональные группы. Эти соединения могут иметь симметричные или несимметричные заместители у каждого карбонила, а также могут быть функционально симметричными (диальдегиды, дикетоны, диэфиры и т.д.) или несимметричными (кетоэфиры, кетокислоты и т.д.).
1,2-диалдегид
Единственный 1,2-диальдегид — это глиоксаль, (CHO)₂. Как и многие алкилдиальдегиды, глиоксаль обычно встречается почти исключительно в виде гидрата и его олигомеров. Эти производные часто ведут себя аналогично альдегидам, поскольку гидратация обратима. Глиоксаль легко конденсируется с аминами. Через такие реакции он является предшественником многих гетероциклических соединений, например, имидазолов.
1,2-дикетоны
Основной дикетон — диацетил, также известный как 2,3-бутандион, |CH3C(O)C(O)CH3. 1,2-дикетоны часто образуются при окислении (дегидрировании) диолов: бензил, |(PhCO)2, является соответствующим дифенильным производным. Отличительной особенностью 1,2-дикетонов является удлиненная связь C–C, соединяющая карбонильные группы. Это расстояние между атомами составляет около 1,54 Å, по сравнению с 1,45 Å для соответствующей связи в 1,3-бутадиене. Этот эффект объясняется отталкиванием между частичными положительными зарядами атомов углерода карбонильных групп. 1,2-дикетоны конденсируются со многими бифункциональными нуклеофилами, такими как мочевина и тиомочевина, с образованием гетероциклов. Конденсация с ароматическими аминами дает дикетимины (|(RC\dNAr)2). В случае 1,2-циклогександиона и 1,2-циклопентандиона энольная форма примерно на 13 ккал/моль стабильнее дикето-формы. орто-хинон, |C4H4(CO)2, является родоначальником большого семейства 1,2-дикетонов.
1,2-кетоалдегиды
Известным соединением этого класса является метилглиоксаль, |CH3C(O)CHO, также известный как пирувальдегид. Эти соединения также известны как 2-оксоальдегиды или α-кетоальдегиды.
1,2-диэстеры и диакислоты
Оксаловая кислота и ее эфиры определяют это семейство соединений. Диакислота производится в промышленности окислением отходов сахаров. Она встречается в природе (в виде сопряженного основания), в частности, у представителей рода растений Oxalis. Конденсация диэфиров с диаминами приводит к образованию циклических диамидов.
α-кето- и формалькарбоновые кислоты
α-Кетокислоты и эфиры хорошо известны. Пирувиновая кислота (|CH3C(O)CO2H) является основной α-кетокислотой. Ее сопряженное основание, пируват (|CH3C(O)CO2-), является компонентом цикла лимонной кислоты и продуктом метаболизма глюкозы (гликолиза). Соответствующей альдегидной кислотой является глиоксаловая кислота (|HC(O)CO2H).
1,3-диалдегиды
Материнским 1,3-диальдегидом является малондиальдегид (|CH2(CHO)2), являющийся β-дикарбонильным соединением. Как и большинство диальдегидов, он редко встречается в свободном виде. Вместо этого он практически всегда используется в виде гидрата, метил ацеталя и олигомеров последнего. Эти производные часто проявляют свойства, аналогичные материнскому соединению. Известно множество 2-замещенных производных, которые часто получают путем алкилирования энолята малондиальдегида.
1,3-дикетоны
1,3-дикетоны также называются β-дикетонами. Важным представителем является ацетилацетон, CH3C(O)CH2C(O)CH3. Димедон – это циклический 1,3-дикетон. 1,3-индандион – это циклический 1,3-дикетон, конденсированный с бензольным кольцом. Ацетилацетон получают в промышленности путем термической перегруппировки изопропенилацетата. Циклические 1,3-дикетоны, такие как 1,3-циклогександион и димедон, также в значительной степени существуют в энольной форме. Как и другие дикетоны, 1,3-дикетоны являются универсальными предшественниками для синтеза гетероциклов. Конъюгированное основание, образованное из 1,3-дикетонов, может служить лигандами для формирования координационных комплексов металлов с ацетилацетонатными лигандами. В реакции ДеМайо 1,3-дикетоны реагируют с алкенами в фотохимической перициклической реакции с образованием (замещенных) 1,5-дикетонов. Классически 1,3-дикетоны получают конденсацией Клейзена кетона с эфиром.
1,3-диэстеры и диакислоты
Малоновая кислота и ее эфиры являются родоначальниками этого класса дикарбонильных соединений. Также широко распространены 2-замещенные производные с формулой RCH(CO2R)2, которые образуются при C-алкилировании конъюгированного основания (энолята) NaCH(CO2R)2.
β-кетоэфиры
β-кетоэфиры легко образуются в результате конденсации двух эфиров. Хорошо известным примером является этилацетоацетат (хотя он синтезируется путем этанолиза кетена).
1,4-диалдегиды
Сукцинальдегид (CH2CHO)2 — самый простой и исходный 1,4-диальдегид. Ароматическим производным является фталальдегид.
1,4-дикетоны
Дикетоны с двумя метиленовыми группами, разделяющими карбонильные группы, также называемые γ-дикетонами, обычно сосуществуют со своими энольными таутомерами. Наиболее известный представитель – ацетонилацетон. 1,4-дикетоны являются полезными предшественниками для синтеза гетероциклов посредством синтеза Пааль-Кнорра, приводящего к образованию пирролов: эта реакционная способность лежит в основе нейротоксичности γ-дикетонов. 1,4-дикетоны также служат предшественниками фуранов и тиофенов. Конденсация 1,4-дикетонов (и родственных субстратов) с гидразинами приводит к образованию дигидропиридазинов, которые могут быть превращены в пиридазины. Парахинон, C4H4(CO)2, является родоначальником большого семейства 1,4-дикетонов.
This reactivity is the basis of the neurotoxicity of γ diketones. 1,4 Diketones are also precursor to furans and thiophenes. The condensation of 1,4 diketones (and related substrates) with hydrazines afford dihydropyridazines, which can be converted to pyridazines. para quinone, C4H4(CO)2, is the parent of a large family of 1,4 diketones.
1,4-диэстеры и диакислоты
Сукциновая кислота и ее эфиры являются родоначальниками этого семейства 1,4-дикарбонильных соединений. Сукциновая кислота примечательна как компонент цикла трикарбоновых кислот (цикла Кребса). Она образует циклический ангидрид кислоты – янтарный ангидрид. К ненасыщенным представителям относятся малеиновая и фумаровая кислоты и их эфиры.
1,5-диалдегиды
Глутаральдегид (CH2)3(CHO)2 — самый простой и основной 1,5-диальдегид. Он легко гидратируется. Ароматическим аналогом является изофталальдегид.
1,5-дикетоны
Эти дикетоны имеют три метиленовые группы между карбонильными группами.
1,5-диэстеры и диакислоты
Глютаровая кислота (CH2)3(CO2H)2 является родительской 1,5-дикарбоновой кислотой.
Гидратация и циклизация
Малые альдегиды склонны к гидратации. Гидратация широко распространена для диальдегидов. Глиоксаль образует ряд циклических гидратов. Сукцинальдегид легко гидратируется с образованием 2,5-дигидрокситетрагидрофурана. Ароматический фталальдегид также образует гидраты. Аналогичные равновесия гидратации и циклизации применимы к малеиновому диальдегиду, глутаральдегиду и адипальдегиду.
Безопасность
Ряд дикарбонильных соединений обладают биологической активностью. Диацетил известен как причина облитерирующего бронхиолита у людей, подвергающихся его воздействию на производстве. Диальдегиды, например, глутаральдегид и малональдегид, используются в качестве фиксаторов или стерилизаторов.