Ацетоуксусная кислота (формула СН 3 ·CO·СН 2 СООН) - органическая кетокислота; промежуточный продукт обменажирных кислотиаминокислот. Ацетоуксусная кислота - органическое соединение из группы β-кетокислот.
Для ацетоуксусной кислоты характерна кето-енольная таутомерия. В результатеиндуктивного эффектакетогруппыацетоуксусная кислота является более «кислой», чем её основа -масляная кислота.
Ацетоуксусная кислота реагирует с галогенами(хлоромилибромом), которые разлагают её до соответствующегогалогеноводорода,углекислого газаи галоидацетона (хлор- или бромацетона):
Реакции кетонного расщепления ацетоуксусного эфира
Среди монофункциональных производных бензола особое место занимает производное с карбоксильной группой - бензойная кислота͵ применяемая в медицине в виде натриевой соли (натрия бензоат) как отхаркивающее средство.
Бензойная кислота в свободном виде встречается в некоторых смолах и бальзамах, а также клюкве, бруснике, но чаще содержится в связанном виде. Как гетерофункциональное соединение п- аминофенол образует производные по каждой функциональной группе в отдельности и одновременно по двум функциональным группам. п-Аминофенол ядовит. Интерес для медицины представляют его производные – парацетамол, фенацетин, оказывающие анальгетическое (обезболивающее) и жаропонижающее действие.
Парацетамол является N-ацетильным производным п-аминофенола. Фенацетин получается при ацетилировании этилового эфира п-аминофенола, называемого фенетидином.
Эфиры ароматических аминокислот обладают общим свойством – способностью в какой-либо степени вызывать местную анестезию, ᴛ.ᴇ. потерю чувствительности. Особенно заметно это свойство выражено у пара- производных. В медицине используют анестезин и новокаин. Новокаин применяют в виде соли (гидрохлорида), что связано с крайне важно стью повышения его растворимости в воде.
п-Аминобензойная кислота является фактором роста микроорганизмов и участвует в синтезе фолиевой кислоты, при недостатке или отсутствии которой микроорганизмы погибают. Название кислоты связано с выделением ее из листьев шпината (от лат. folium – лист). Фолиевая кислота играет важную роль в метаболизме нуклеиновых кислот и белков; в организме человека не синтезируется.
Фолиевая кислота (витамин В) включает три структурных фрагмента - ядро птеридина, п-аминобензойную и L-глутаминовую кислоты. Обе функциональные группы п- аминобензойной кислоты участвуют в образовании связей с двумя другими компонентами.
Салициловая кислота относится к группе гидроксибензойных кислот. Как о-гидроксибензойная кислота она легко декарбоксилируется при нагревании с образованием фенола.
Салициловая кислота растворима в воде, дает интенсивное окрашивание с хлоридом железа(III) (качественное обнаружение фенольной гидроксильной группы). Она оказывает антиспазматическое, жаропонижающее и антигрибковое действие, но как сильная кислота (рКа 2,98) вызывает раздражение пищеварительного тракта и в связи с этим применяется только наружно. Внутрь применяют ее производные – соли или эфиры. Салициловая кислота способна образовывать производные по любой функциональной группе. Практическое значение имеют салицилат натрия, сложные эфиры по СООН-группе (метилсалицилат, фенилсалицилат (салол)) и ОН-группе – ацетилсалициловая кислота (аспирин). Перечисленные производные (кроме салола) оказывают анальгетическое, жаропонижающее и противовоспалительное действие. Метилсалицилат из-за раздражающего действия используется наружно в составе мазей. Салол применяется как дезинфицирующее средство при кишечных заболеваниях и примечателен тем, что в кислой среде желудка не гидролизуется, а распадается только в кишечнике, в связи с этим используется также в качестве материала для защитных оболочек некоторых лекарственных средств, которые не стабильны в кислой среде желудка.
Из других производных салициловой кислоты большое значение имеет п- аминосалициловая кислота (ПАСК) как противотуберкулезное средство. ПАСК является антагонистом п-аминобензойной кислоты, крайне важно й для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Другие изомеры таким действием не обладают. м-Аминосалициловая кислота является высокотоксичным веществом.
фенилсалицилат
Антисептическое средство, расщепляясь в щелочном содержимом кишечника, высвобождает салициловую кислоту и фенол. Салициловая кислота оказывает жаропонижающее и противовоспалительное действие, фенол активен в отношении патогенной микрофлоры кишечника.Оказывает некоторое уроантисептическое действие.По сравнению с современными противомикробными ЛС фенилсалицилат менее активен, но малотоксичен, не раздражает слизистую оболочку желудка, не вызывает дисбактериоза и др.осложнений противомикробной терапии.
метилсалицилат представляет собой жидкость, обладающую противовоспалительным, обезболивающим, раздражающим и отвлекающим действием. Препарат назначают при ревматизме, радикулите, артрите, экссудативном плеврите.
При сахарном диабете,ваше тело испытывает трудности с транспортом глюкозы, что является вариантом сахара, из крови внутрь клеток. Это ведет к высокому уровню глюкозы в крови и недостаточности её в клетках, и помните, что ваши клетки нуждаются в глюкозе как в источнике энергии, поэтому не давая глюкозе войти означает,что клетки умирают с голоду несмотря на наличие глюкозы прямо у порога. Вобщем, тело контролирует сколько глюкозы в крови относительно тому сколько поступает в клетки с помощью двух гормонов: инсулин и глюкагон. Инсулин понижает уровень глюкозы в крови, а глюкагон повышает уровень глюкозы в крови. Оба эти гормона вырабатываются группами клеток в поджелудочной железе называемые островками Лангерганса. Инсулин секретируется бетта клетками в центре островков, а глюкагон производится альфа клетками на периферии островков.Инсулин понижает количество глюкозы в крови связываясь с инсулиновыми рецепторами встроеными в клеточную мембрану различных инсулинзависимых тканей таких как миоциты и жировая ткань. Активированные, эти инсулиновые рецепторы заставляют гранулы содержащие переносчик глюкозы находящиеся внутри клети, слиться с клеточной мембраной, позволяя глюкозе быть перенесенной внутрь клетки.Глюкагон действует противоположно, он повышает уровень глюкозы в крови заставляя печень вырабатывать новые молекулы глюкозы из других молекул а так же расщеплять гликоген в глюкозу, чтобы все это могло быть выделено в кровь. Сахарный диабет диагностируется когда уровень глюкозы в крови становится слишком высоким, и это встречается среди 10% мирового населения. Существует два типа диабета - Тип 1 и Тип 2, и главная разница между ними это основная причина вызывающая уровень глюкозы в крови повышаться.Около 10% людей страдают диабетом 1 типа, а оставшиеся 90% людей с диабетом имеют тип 2. Давайте начнем с сахарного диабета 1го типа, иногда называемого просто диабет первого типа. В этой ситуации, организм не вырабатывает достаточно инсулина. Причина по которой это происходит, то что при диабете 1го типа возникает реакция гиперчувствительности 4 типа или клеточно-опосредованный иммунный ответ когда собственные Т-клетки человека атакуют поджелудочную железу. В качестве быстрого обзора, вспомните что иммунная система имеет Т клетки, которые реагируют на различные антигены, обычно являющимися маленькими белками, полисахаридами, или липидами, и что некоторые из нах являются частицами клеток нашего собственного тела. Нет никакого смысла позволять Т клеткам, которые будут атаковать ваши собственные клетки, вертеться поблизости, и поэтому существует процесс их элиминации называемый "аутотолерантность". При диабете 1типа, наблюдается генетический дефект вызывающий утрату аутотолерантности среди Т клеток которые особенно нацелены на антигены бэта клеток. Потеря аутотолерантности означает, что этим Т клеткам позволяется приобщать другие иммунные клетки и координировать атаку на эти бэта клетки. Потеря бэта клеток означает меньше инсулина, а уменьшение инсулина значит, что уровень глюкозы растет в крови, потому что глюкоза не может проникнуть в клетки тела. Одна очень важная группа генов связанных с регуляцией иммунного ответа это система человеческого лейкоцитарного антигена, или система HLA. И хотя это называют системой, это по сути группа генов в 6 ромосоме, которая кодирует большинство комплексов гистосовместимости, или MHC, что является белком который особо важен в помощи иммунной системы в распознавании чужеродных молекул, так же как и в поддержании аутотолерантности. MHC как сервировочный поднос который антигены преподносят клеткам иммунной системы. Интересно, что люди с диабетом 1типа обычно имею специфические HLA гены общие друг с другом, один называется HLA-DR3, а другой HLA-DR4.Но это только генетическая подсказка,верно? Потому что не у всех с HLA-DR3 и HLA-DR4 развивается диабет. При сахарном диабете 1 типа, разрушение бэта клеток обычно начинается в начале жизни, но иногда до 90% бэта клеток разрушаться прежде чем появятся симптомы. Четыре клинических симптома неконтролируемого диабета, которые все звучат подобно, это полифагия, глюкозурия, полиурия, и полидипсия. Давайте пройдемся по ним по очереди. Хотя в крови находится много глюкозы, она не может проникнуть в клетку, что вызывает у клетки энергетический голод, поэтому в ответ, жировая ткань начинает расщеплять жиры, что называется липолиз, а мышечная ткань начинает расщеплять белки, оба процесса приводят к потере веса у человека с неконтролируемым диабетом. Это катаболическое состояние вызывает у человека чувство голода, так же известное как полифагия. "Фагия" означает "кушать", а "поли-" означает "много". Теперь с высоким уровнем глюкозы, что означает что когда глюкоза фильтруется через почки, некоторое её количество попадает в мочу, называемое глюкозурией. "Глюкоз-" относится к клюкозе, "-урия" к моче. Так как глюкоза осмотически активна, вода следует за ней, вызывая увеличение мочевыделения, или полиурия. "Поли-" опять относится к "много", а "-урия" относится к моче. Наконец, из-за избыточного мочевыделения, люди с неконтролируемым диабетом становятся обезвоженными и испытывают жажду,или полидипсию. "Поли-" значит "много",а "-дипсия" значит жажда. Несмотря на то, что люди с диабетом не способны производить собственный инсулин, они все еще на него реагируют, поэтому лечение включает пожизненную инсулинотерапию,чтобы регулировать их уровень глюкозы в крови и по сути позволять клеткам использовать глюкозу. Одно довольно серьезное осложнение с диабетом 1 типа называется диабетический кетоацидоз, или DKA.Чтобы понять его, давайте вернемся к процессу липолиза, когда жиры расщепляются до свободных жирных кислот. После того как это произойдет, печень превращает жирные кислоты в кетоновые тела, такие как ацетоуксусная кислота и бэта гидроксимаслянная кислота, ацетоуксусная кислота это кетокислота потому что она имеет кето-группу и карбоксил-группу.Бэта гидроксимаслянная кислота с другой стороны, хотя она остается одной из кетоновых тел, технически не является кетокислотой так как её кетоновая группа была заменена на карбоксильную.Эти кетоновые тела очень важны,так как могут быть исползованы клетками в качестве энергии, но они так же повышают кислотность крови, поэтому он и называется кето-ацид-оз. Если кровь становится очень "кислой" это может вызвать серьезные изменения в организме. Пациенты могут развить дыхание Куссмауля, что является глубоким и затрудненным дыханием так как организм пытается вывести углекислый газ из крови, как способ понизить кислотность. Клетки также имеют переносчик который обменивает ионы водорода (или протоны-Н+) на калий. Когда кислотность крови повышается,он по определению загружается протонами,которые посылаются в клетку,в то время как калий отправляется во внеклеточное пространство. Также следует помнить,что в дополнение к помощи глюкозе проникнуть в клетку, инсулин стимулирует натрий-калиевую АТФазу которая помогает калию вернутся в клетку, и без инсулина, больше калия остается во внеклеточной жидкости. Оба эти механизма ведут к повышению калия во внеклеточной жидкости, который быстро прникает в кровь и вызывает гиперкалиемию. Калий затем выводится, поэтому со временем, хотя уровень калия в крови остается высоким, общие запасы калия в организме - которые включают калий внутри клетки - начинают снижаться. Пациенты будут иметь большой анионный разрыв, который отражает большую разницу в неизмеренных негативных и позитивных ионах в сыворотке, во многом из-за накопления кетокислот. Диабетический кетоацидоз может случиться даже с людми у которых уже диагностирован диабет и которые на тот момент уже получают инсулинотерапию.В состояни стресса, как инфекция, организм выделяет адреналин, который в свою очередь стимулирует высвобождение глюкагона. Слишком много глюкагона может нарушить хрупкое гормональное равновесие глюкагона и инсулина в сторону повышения сахара крови и может вести к цепочке событий,которые мы описали-повышение глюкозы в крови, потерю глюкозы с мочей, потерю воды, обезвоживание, и параллельно недостаток альтернативной энергии, произодство кетоновых тел, или кетоацидоз. Интересно, оба кетоновых тела распадаются до ацетона и выводятся как газ,будучи выдыхнутыми из легких, что придает сладко-фруктовый запах дыханию человека. В общем, это единственная "сладкая" характеристика этого заболевания, которое также вызывает тошноту,рвоту, и в тяжелой степени, изменения психического состояния и острый отек мозга. Лечение эпизодов кетоацидоза включает назначение достаточного количества жидкости, что помогает при обезвоживании, инсулин, что помогает снизить уровен глюкозы крови, и замещение электролиов, таких как калий; все это помогает обратить кетоацидоз вспять. Теперь давайте переключимся и поговорим о диабете 2го типа, при котором организм производит инсулин, но ткани не реагируют а него так же хорошо. Точная причина почему клетки не "отвечают" до конца не известна, по сути организм обеспечивает нормальное количество инсулина, но клетки не перемещают переносчики глюкозы в их мембраны в ответ на это,что как вы помните необходимо для транспорта глюкозы в клетку, эти клетки следовательно развивается инсулинорезистентность. Одними из факторов риска инсулинорезистентности являются ожирение, недостаток физической нагрузки, гипертензия, но точный механизм их развития до сих пор исследуется. Например, избыток жировой ткани (или жира) считается вызывает выработку свободных жирных кислот и так называемых "адипокинов", которые которые являются сигнальными молекулами способными вызвать воспаление, которое по видимому связано с резистентностью к инсулину. В любом случае, множество людей страдающих ожирением не страдают диабетом, поэтому генетические факторы вероятно играют здесь также важную роль. Мы также увидим это если посмотрим на исследования близнецов, когда наличие близнеца страдающего диабетом 2го типа повышает риск развития диабета 2го типа, при полном отсутствии влияния других внешних факторов. При диабете 2го типа, так как ткани не реагируют так же хорошо на нормальный уровень инсулина, организм начинает производить больше инсулина для получения того же эффекта и выведения глюкозы из кровотока. Они осуществляют это через гиперплазию бэта клеток, увеличения количества бэта клеток, и гипертрофию, когда они увеличиваются в размере, все это в целью выработки большего количества инсулина. Это работает какое-то время, и поддерживая уровень инсулина выше нормального, уровень люкозы крови может поддерживаться на нормальном уровне, называемом нормоглицемия. Теперь, вместе с инсулином, бэта клетки также выделяют островковый амилоидный полипептид, или амилин, и пока бэта клетки выделяют инсулин они так же секретируют повышеное количество амилина. Со временем, амилин накапливается и собирается в островках. Эта компенсация бэта клеток, не устоичива и со временем эти перерабатывающие бэта клетки устают, и становятся неработоспособными, и подвергаются гипотрофии (становятся меньше) и гипоплазии и отмирают. С утратой бэта клеток и уменьшением уровня инсулина в крови, уровень глюкозы в крови начинает расти, у пациентов развивается гиперглицемия, что ведет к схожим клиническим признакам которые я упоминал ранее, как полифагия, глюкозурия,полиурия и полидипсия. Но в отличие от диабета 1го типа, при диабете 2го типа в крови циркулирует инсулин от бэта клеток которые стараются компенсировать инсулинорезистентность. Это означает что баланс инсулин/глюкагон таков,что диабетический кетоацидоз обычно не развивается. Было сказано,что осложнение называемое гиперосмолярным гипергликемическим состоянием (или HHS) чаще встречается при диабете 2 типа чем 1го типа - и это вызывает повышение осмолярности плазмы из-за чрезмерного обезвоживания и концентрирования крови. Чтобы разобраться в этом, вспомните что глюкоза полярная молекула, которая не может пассивно диффундировать через клеточную мембрану, что означает,что она ведет себя как растворенное вещество. И когда уровень глюкозы очень высок в крови (подразумевая гиперосмолярное состояние), вона начинает покидать клетки организма и уходить в сосуды, оставляя клетки относительно сухими и сжавщимися, вместо полных и сочных. Кровеносные сосуды, полные воды приводят к повышению мочевыделения и обезвоживанию всего организма. А это очень серьезная ситуация, так как обезвоживание клеток организма и в особенности мозга может вызвать множество симптомов включая изменения психического статуса. При HHS, вы можете иногда увидеть умеренную кетонемию или ацидоз, но не до такой степени как при ДКА, и при ДКА вы можете наблюдать некоторую гиперосмолярность, поэтому несомненно существует перекрытие этих двух симптомов. Кроме диабетов 1го и 2го типов, существует также несколько других подтипов сахарного диабета. Гестационный диабет возникает,когда беременная женщина имеет повышение глюкозы крови, что характерно на протяжении третьего триместра. И хотя окнчательно не известно, причина возможно связана с гормонами беременности, которые вмешиваются в действие инсулина на инсулиновые рецепторы. Также, иногда у пациентов может развиться лекарственно-индуцированный диабет, когда препараты имеют побочные эффекты, которые повышают уровень глюкозы крови. Механизм в обоих случаях считается скорее связанным с инсулинорезистентностью (как при диабете 2го типа), чем аутоиммунным разрушающим процессом (как при диабете 1 типа). Дагноз диабета 1го или 2го типа ставится на основании того,сколько глюкозы плавает в крови и имеются специфические стандарты,которые Всемирная Организация Здравоохранения использует. Очень часто, проводится анализ глюкозы натощак, когда человек не ест или пьет(кроме воды, это можно) 8 часов и определяют его уровень глюкозы в крови. Уровень с 110 миллиграм на децилитр до 125 миллиграм на децилитр означает предиабет, а 126 миллиграм на децелитр или выше определяет диабет. Анализ глюкозы не натощак или случайное измерение может быть выполнено в любое время, при котором 200 миллиграм на децилитр или выше является "красным флагом" диабета. Другой тест называется тест толерантности глюкозы, когда пациенту дают глюкозу, а затем берут образец крови через промежутки времени чтобы определить как хорошо глюкоза уходит из крови, самый важный интервал - через 2 час.Уровень от 140 миллиграм на децилитр до 199 миллиграм на децилитр обозначающий предиабет, а 200 или выше опредеяет диабет. Другой момент, который стоит помнить, что когда уровень глюкозы крови повышается, глюкоза также может прикреплятся к белкам, которые циркируют вокруг в крови или клетках.И это приводит нас к другому типу исследования, который можно провести, и это HbA1c тест, который определяет пропорцию гемоглобина в эритроцитах, к которому прикрепленна глюкоза - называемый гликозилированный гемоглобин. Уровень HbA1c от 6% до 6.4% указывает на предиабет, а 6.5% и выше указывает на диабет. Эта пропорция гликозилированного гемоглобина не изменяется каждый день, поэтому дает понять был ли уровень глюкозы повышен на протяжении последних 2-3 месяцев. Со временем, высокий уровень глюкозы может вызвать повреждение мелких кровеносных сосудов, называемых микроциркуляторное русло. В артериолах, процесс называемый гиалиновый артериолосклероз, когда в стенках артериол откладывается гиалин, эти отложения белков делают стенки твердыми и жесткими. В кипиллярах, базальная мембрана может утолщаться и усложнять транспорт кислорода из капилляров в ткани, вызвая гипоксию. Один из наиболее значимых эффектов то, что диабет повышает риск повреждения артерий среднего и крупного калибра и последующий атеросклероз, который может привести к сердечному приступу или инсульту, главных причин заболеваемости и смертности пациентов с диабетом. В глазах, диабет может привести к ретинопатии и признаки этого могут быть замечены при иссдовании глазного дна,которое выявляет "ватные" участки или точечные кровоизлияния - что в итоге может привести к слепоте. В почках, афферентные и эфферентные артериолы, так же как и сами гломерулы могут повреждаться, что ведет к нефротическому синдрому, который медленно снижает способность почек фильтровать кровь со временем и может в конце концов привеси к диализу. Диабет может так же повлиять на функцию нервов, вызывая симптомы как уменьшение чувствительности на пальцах ног и рук, это иногда называют распределение по типу перчаток и носков, так же как вызывая нарушения автономной нервной системы, а эта система контролирует множество функций тела - все от потоотделения до транспорта газов. В конце концов, оба плохое кровоснабжение и повреждение нервов, могут привести к язвам (обычно на ноге), которые не заживают легко и могут быть довольно тяжелыми, и должны быть ампутированы. Это одни из осложнений неконтролируемого диабета, поэтому его так важно предотвратить, диагностировать, и контролировать диабет с помощью здорового образа жизни, препаратов уменьшающих инсулинорезистентность и даже инсулинотерапии,если бэта клетки истощены. По сути, многие люди страдающие диабетом могут контролировать их уровень глюкозы крови очень эффективно и жить полной и активной жизнью без каких-либо осложнений.
АЦЕТОУКСУСНАЯ КИСЛОТА
Кетонокислота, СН 3 СОСН 2 СО 2 Н получается обмыливанием ацетоуксусного эфира (см.) слабым раствором щелочи на холоду. После обмыливания А. кислоту выделяют слабой Н 2 SO 4 и извлекают эфиром; после отгонки эфира сухая А. кислота представляет густую жидкость, смешивающуюся с водой во всех пропорциях; это? сильная кислота; при нагревании распадается на ацетон и СО 2 ; с FeCl 2 , как и ее эфиры, дает фиолетовое окрашивание. Соли ее непрочны. Натриевая и бариевая соли находятся иногда в моче. Азотистая кислота разлагает А. кислоту на изонитрозоацетон и СО 2 .
Брокгауз и Ефрон. Энциклопедия Брокгауза и Ефрона. 2012
Цели работы определены следующим образом:
1. Изучить строение и свойства, а также особенности строения ацетоуксусного эфира (АУЭ) на основе электронных представлений;
2. Рассмотреть особенности строения и свойств других в - дикарбонильных соединений;
3. Изучить кето-фенольную таутомерию моно- и в-дикарбонильных соединений экспериментально;
4. Изучить двойственную реакционную способность на примере АУЭ;
5. Изучить синтезы на основе АУЭ.
Задачи работы:
1. Подтвердить строение и свойства АУЭ на основе эксперимента;
2. Доказать связь ацетоуксусного эфира с другими классами органических соединений.
Класификация дикарбонильных соединений
Таблица 1. Физические свойства некоторых альдегидо- и кетокислот
В таблице 1 приведены некоторые физические свойства первых представителей гомологического ряда альдегидо- и кетокислот. В сравнении с предельными одноосновными карбоновыми кислотами с той же молекулярной массой, оксокислоты заметно отличаются по физическим свойствам. Альдегидо- и кетокислоты обладают свойствами как карбоновых кислот, так и карбонильных соединений (альдегидов и кетонов). Кроме того они обнаруживают ряд специфических превращений, связанных с присутствием обеих функций и их взаимным влиянием. Оксокислоты проявляют более сильные кислотные свойства по сравнению с незамещенными карбоновыми кислотами. Повышение кислотных свойств связано с довольно сильным электроноакцепторным действием карбонильной группы (- I), которое приводит к усилению мезомерного эффекта карбоксильной группы и увеличению поляризации связи O - H. Индуктивный характер влияния подтверждается достаточно резким падением кислотных свойств по мере удаления карбонильной группы от карбоксильной вследствие затухания индукционного эффекта.
Гомологический ряд в-кетонокислот начинается ацетоуксусной кислотой. Она может быть получена осторожным омылением ее эфиров или присоединением воды к дикетену:
Важную роль в органическом синтезе играет этиловый эфир этой кислоты:
Он применяется для получения различных кетонов и кислот.
Одной из наиболее важных в синтетическом отношении реакций сложных эфиров, происходящих под действием оснований, является автоконденсация этилацетата, вызываемая этилатом натрия и приводящая к ацетоуксусному эфиру. Эта реакция носит название конденсации Кляйзена.
Этилацетат Ацетоуксусный эфир
Она интересна тем, что должна быть термодинамически невыгодной. Такое предположение оправдывается на практике. Было приложено немало усилий для того, чтобы отыскать условия, при которых выходы продукта конденсации имели практическую значимость.
Механизм конденсации Кляйзена: первая стадия представляет собой образование аниона этилацетата, который, будучи чрезвычайно сильным нуклеофилом, атакует карбонильный атом углерода второй молекулы сложного эфира. Элиминирование этилат-иона приводит далее к эфиру в - кислоты, этилацетоацетату.
С 2 Н 5 О - + Н + - СН 2 СО 2 С 2 Н 5 : - СН 2 СО 2 С 2 Н 5 + С 2 Н 5 ОН
Все эти стадии в итоге приводят к невыгодному положению равновесия и удовлетворительные выходы в - кетоэфиров получают только в том случае, если равновесие оказывается возможным сдвинуть, удаляя один из продуктов. Это может быть достигнуто отгонкой этилового спирта; может, однако, оказаться трудным довести эту отгонку до завершения, а если исходный сложный эфир имеет низкую температуру кипения, то этот метод, естественно неприменим.
С другой стороны, можно применять большой избыток этилата натрия. Этот метод оказывается эффективным, так как этанол - более слабая кислота, чем фенол сложного эфира, и избыток этилата сдвигает равновесие вправо вследствие превращения в-кетоэфира в соль фенола.
Очевидно, что продукт конденсации необходимо получать из соли фенола и выделять в условиях, предотвращающих обратную реакцию распада на исходные реагенты. Наилучшим методом оказывается «замораживание» реакционной смеси, для чего ее вливают в избыток холодной разбавленной кислоты.
Особенностью ацетоуксусного эфира является то, что в одних реакциях он ведет себя как кетон, а в других как непредельный спирт. Эта необычная реакционная способность объясняется тем, что ацетоуксусный эфир представляет собой смесь двух таутомерных форм.
Под таутомерией понимается достаточно быстро устанавливающееся равновесие между изомерами, которые в обычных условиях не могут быть отделены друг от друга. Особенно распространена в органической химии так называемая прототропная таутомерия, при которой таутомерные изомеры отличаются друг от друга положением атома Н с одновременным перераспределением р - электронов. К ней относится триадная прототропная таутомерия.
По существу, прототропная таутомерия соответствует положению, когда одному и тому же основанию, благодаря наличию нескольких центров основности, соответствует несколько сопряженных кислот.
Классическим примером триадной прототропной таутомерии является кето-енольная таутомерия.
Ацетоуксусный эфир обычно существует в виде равновесной смеси кетонного и енольного таутомеров в отношении 92,5 к 7,5.
Кето-форма (92,5%) Енольная форма (7,5%)
Взаимопревращение енольной и кетонной форм ацетоуксусного эфира чрезвычайно чувствительно к катализу основаниями и, в меньшей степени, кислотами.
Однако в том случае, если контакт с веществами кислого или основного характера полностью исключен, скорость взаимного превращения снижается настолько, что оказывается возможным отделить более низкокипящий енол от кето-формы путем фракционной перегонки при пониженном давлении. Разделенные таким образом таутомеры устойчивы в течение сколь угодно долгого времени при хрании в кварцевых сосудах и t0 =800С.
Для установления содержания енольной и кето-форм в равновесной смеси разработан ряд методов. Обычно наиболее точными являются физические методы, так как при проведении химических определений всегда есть опасность сдвига равновесия под влиянием химического воздействия. Для установления состава аллелотропной смеси в случае ацетоуксусного эфира Кнорр применил рефрактометрический метод, он определил показатели преломления чистых десмотропных форм и показатель преломления их аллелотропной смеси.
Таблица 2
На основании того, что в данном случае между изменениями показателей преломления и изменением состава смеси имеется прямая зависимость, Кнорр рассчитал, что ацетоуксусный эфир содержит 2% енола и 98% кето-формы. Однако в дальнейшем было показано, что в этом случае рефрактометрический метод оказался непригодным вследствие того, что стекло призмы катализирует кето-енольное превращение ацетоуксусного эфира. Впоследствии было произведено определение показателя преломления тщательно очищенных обеих десмотропных форм ацетоуксусного эфира с учетом их изомеризации во время измерения. На основании этих данных было установлено, что обычный ацетоуксусный эфир содержит 7,4% енола.
Химическое определение содержания енольной и кето-форм может быть применено только в том случае, когда известно, что под влиянием реагента не происходит сдвига равновесия во время опыта. Вследствие этого реакция с FeCl3 не может быть применена.
Химический метод определения состава кето-енольной смеси был разработан Мейером. Он основан на том, что енольная форма практически моментально реагирует с бромом. Определение производят следующим образом. К спиртовому раствору ацетоуксусного эфира при - 70 С прибавляют избыток брома; поскольку нарушенное при бромировании равновесие постепенно вновь восстанавливается за счет перехода кето-формы в енол, избыток брома уничтожают путем добавления б-нафтола. Так как образовавшееся бромкетосоединение, содержание которого соответствует содержанию енола в аллелотропной смеси, количественно реагирует с HI с выделением свободного йода, к исследуемому раствору добавляют KI и серную кислоту; выделившийся йод оттитровывают. Весь процесс можно представить следующей схемой:
Вся работа до оттитровывания йода должна проводиться очень быстро (~ 15 сек).
В этих условиях бромистый водород, обычно способствующий енолизации ацетоуксусного эфира, не оказывает каталитического действия. Таким путем было установлено, что ацетоуксусный эфир содержит 7,7% енольной и 92,3% кето-формы. Свежеперегнанный эфир значительно более богат енольной формой, так как последняя имеет более низкую температуру кипения, чем кето-форма, вследствие чего положение равновесия кето-форма енол частично сдвигается вправо.
В различных растворителях содержание енольной формы различно: чем более полярен растворитель, тем большее содержание кетонной формы:
Таблица 3. Содержание енольной формы в различных растворителях
енольный дикарбонильный эфир ацетоуксусный
1. Алкилирование ацетоуксусного эфира.
Анионы сложных эфиров типа ацетоуксусного могут быть проалкилированы алкилгалогенидами. Сложный эфир превращается при действии сильного основания в енолят-анион, и последний далее алкилируется по SN2 реакции алкилгалогенидом. Обычно преобладает С - алкилирование.
Ацетоуксусный эфир может быть гидролизован в кислых условиях до соответствующих кислот, которые при нагревании легко декарбоксилируются. Из алкилацетоуксусных эфиров при этом образуются метилалкилкетоны:
2. Ацилирование ацетоуксусного эфира.
Анионы сложных эфиров взаимодействуют с ацилгалогенидами, образуя продукты ацилирования. Эти реакции осуществляются с наибольшим успехом, если использовать для получения соли енола, а гидрид натрия, так как в этом случае не происходит образования спирта, способного реагировать с ацилгалогенидом.
3. Синтезы с АУЭ.
АУЭ широко используется в органическом синтезе. С его помощью можно синтезировать кетоны, модифицировать эфир с образованием различных производных. Целый ряд дополнительных возможностей для синтеза обеспечивают еноляты АУЭ, которые способны подвергаться алкилированию и ацилированию с образованием разнообразных замещенных ацетоуксусного эфира. В отличае от натриймалонового эфира эти реакции могут протекать как по атому гидроксильного кислорода, так и по соседнему углеродному атому. Механзм реакций SN2 в качестве нуклеофила выступает енолят - ион.
Направление замещения определяется несколькими факторами. Наиболее важным является природа реагента R - X. Чем более мягкой кислотой будет уходящая группа «Х», тем легче будет идти реакция по мягкому реакционному центру - атому углерода. Это и происходит при алкилировании енолята - аниона алкил - йодидами и - бромидами.
Возможности применения АУЭ в синтезах разнообразных продуктов расширяются благодаря его способности подвергаться расщеплению в двух направлениях. При нагревании с разбавленными растворами щелочей или кислот происходит распад образующейся после гидролиза ацетоуксусной кислоты с образованием кетонов. Обработка концентрированными растворами щелочей приводит к образованию из АУЭ двух молекул уксусной кислоты (кислотное расщепление):
Механизм кислотного расщепления состоит в нуклеофильной атаке гидроксил-ионом карбонильного углерода, несущего частичный положительный заряд. После присоединения гидроксида неустойчивый продукт распадается.
