Wat is acetondicarbonzuur?
Acetondicarbonzuur, ook bekend als 3-oxoglutaarzuur, 3-oxopentaandicarbonzuur of β-ketoglutaarzuur, is een dicarbonzuur met de formule C5H6O5. Het is een kristallijne vaste stof die oplosbaar is in water en alcohol.
Acetondicarbonzuur werd voor het eerst geïsoleerd en beschreven door Van. Pechmann.
Inhoudsopgave
1. Fysieke eigenschappen van acetondicarbonzuur
Acetondicarbonzuur is een kleurloze, kristallijne vaste stof die zeer oplosbaar is in water en ethanol en minder oplosbaar in trichloormethaan en di-ethylether. Het ontleedt bij 138 °C.
Alle bekende fysieke eigenschappen van acetondicarbonzuur staan in de volgende tabel.
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| CAS-nummer | [542-05-2] |
| Chemische formule | HOOC-CH2-CO-CH2-COOH |
| Moleculair gewicht | 146,10 g/mol |
| Smeltpunt | 133 °C |
| pKa1 | 3,33 |
| pKa2 | 4,27 |
| Vlampunt | 200 °C (open beker) |
2. Chemische reacties van acetondicarbonzuur
Acetondicarbonzuur ondergaat chemische reacties die kenmerkend zijn voor zowel carbonyl- als carbonzuurfuncties.
Acetondicarbonzuur wordt thermisch ontleed bij temperaturen die het smeltpunt (133 °C) overschrijden, om koolstofdioxide en aceton te produceren.
Waterige oplossingen van acetondicarbonzuur worden in twee stappen afgebroken, waarbij acetoazijnzuur als tussenproduct ontstaat, dat vervolgens afbreekt tot aceton en koolstofdioxide. Metaalionen en H+ katalyseren dit proces.
Fenolen reageren met acetondicarbonzuur onder dehydraterende omstandigheden om cumarinederivaten te vormen.
Het kan reageren met alcoholen in aanwezigheid van een zure katalysator om esters te vormen.
Acetondicarbonzuur kan zelfcondensatie ondergaan of condensatie met andere carbonylverbindingen om complexere producten te vormen. Het kan verschillende derivaten vormen, zoals amiden, hydraziden en zuurchloriden.
3. Productie van acetondicarbonzuur
Acetondicarbonzuur wordt geproduceerd door de dehydratie en decarboxylering van citroenzuur door rokend zwavelzuur. Er wordt krachtige koeling toegepast om een temperatuur tussen -5 °C en 10 °C te handhaven tijdens de reactie.
Temperatuurcontrole is cruciaal om overmatige reactiesnelheden en productverlies te voorkomen. Het reactiemengsel wordt vervolgens verwarmd om gasontwikkeling te induceren tot ongeveer 30 °C voordat het wordt afgekoeld en gefiltreerd.
Ruw acetondicarbonzuur wordt verkregen en gezuiverd door het te wassen met ethylacetaat. Dit proces biedt een goede opbrengst tussen 85 en 90%.
Hoewel het product kan ontbinden, kan opslag onder watervrije omstandigheden de stabiliteit ervan verlengen, of kan het worden opgeslagen als esters.
Alternatieve productiemethoden omvatten de reactie tussen aceton en koolstofdioxide, de oxidatie van citroenzuur met behulp van chloorzwavelzuur, of de reactie van keteen met fosgeen.
4. Toepassingen van acetondicarbonzuur
Acetondicarbonzuur wordt gebruikt als voorloper bij de productie van farmaceutische alkaloïden. Het is ook een stabilisator die wordt gebruikt in natuurlijke oliën en vetten.
Acetondicarbonzuur is een fundamenteel bouwsteen in organische synthese, dat bijdraagt aan heterocyclische ringvorming en de Weiss-Cook-reactie, die cis-bicyclo[3.3.0]octaan-3,7-dion (1) oplevert. Het wordt ook gebruikt bij de Robinson-tropinonsynthese.
De aanwezigheid van β-ketoglutaarzuur in urine is een indicatie van de aanwezigheid van schadelijke Candida albicans in de darmflora.
Acetondicarbonzuur dient ook als een synthetisch tussenproduct voor benzodiazepinen en hepatitis C-viruspolymeraseremmers.
Acetondicarbonzuur fungeert als een stimulus voor pH-regulatie in tijdsafhankelijke processen.
5. Toxicologie van acetondicarbonzuur
Acetondicarbonzuur is een bijtende stof die bij contact ernstige irritatie en brandwonden aan de ogen, de luchtwegen en de huid kan veroorzaken.
Voorzorgsmaatregelen bij het hanteren van acetondicarbonzuur omvatten:
- Draag persoonlijke beschermingsmiddelen (handschoenen, oogbescherming)
- Vermijd huid- en oogcontact
- Grondig wassen na het hanteren
- Opslaan op een koele, droge, goed geventileerde plaats
Referenties
- Oxocarboxylic Acids; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/14356007.a18_313
- https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/165115
- https://www.orgsyn.org/demo.aspx?prep=CV1P0010
- https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/syst.202300037
- https://www.fishersci.com/store/msds?partNumber=AC173150025&countryCode=US&language=en
