Acétylacétone

Acétylacétone
Général
Nom IUPAC
Synonymes	diacétylméthane β,δ-dioxopentane AcAc
N CAS	123-54-6
N EINECS	204-634-0
SMILES
Apparence	liquide incolore, d'odeur caractéristique
Propriétés chimiques
Formule brute	C5H8O2
Masse molaire	100,1158 ± 0,0052 g·mol
Moment dipolaire	2,78 D
Diamètre moléculaire	0,564 nm
Propriétés physiques
T° fusion	-23 °C
T° ébullition	140 °C
Solubilité	dans l'eau : 160 g·l
Masse volumique	(eau = 1) : 0.98
T° d’auto-inflammation	340 °C
Point d’éclair	34 °C
Limites d’explosivité dans l’air	2,4–11,6 %vol
Pression de vapeur saturante	à 20 °C : 0,93 kPa
Thermochimie
Cp
Propriétés optiques
Indice de réfraction	${\text{n}}_D^{25}$ 1,4465
Précautions
Directive 67/548/EEC

Xn

Phrases R : 10, 22,
Phrases S : (2), 21, 23, 24/25,
NFPA 704
3 2 0
Stockage	Catégorie 4 (stocker entre +15 °C et +25 °C)
SGH
Attention H226, H302,
Écotoxicologie
DL	790 mg·kg (voie dermale) 575 mg·kg (voie orale)
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'acétylacétone est un composé organique de formule chimique C₅H₈O₂. Cette dicétone nommée selon la nomenclature IUPAC : pentane-2,4-dione, bien que cette dénomination puisse être soumise à délibération (voir ci-après), puisqu'elle ne décrit pas exactement la structure du composé.

Les formes tautomères énol et cétone de l'acétylacétone coexistent en solution, comme montré figure 1. La symétrie C_2v de la forme énol (forme à droite pour l'équilibre décrit figure 1) a été observée via différentes méthodes incluant la spectroscopie micro-ondes. La liaison hydrogène de l'énol réduit la répulsion stérique entre les deux groupes carbonyles. La constante d'équilibre K entre les deux formes tautomères est de 11,3 en phase gazeuse. Cette constante tend à croître dans les solvants apolaires : dans le cyclohexane : 42; dans le toluène : 10; dans le THF : 7,2; diméthylsulfoxyde : 2; et dans l'eau : 0,23.

Deux procédés classiques sont utilisés pour synthétiser l'acétylacétone. Dans le premier, l'acétone et l'anhydride acétique réagissent grâce à l'addition de BF₃ utilisé comme catalyseur.

(CH₃CO)₂O + CH₃C(O)CH₃ → CH₃C(O)CH₂C(O)CH₃

Le second procédé implique la condensation catalysée par base de l'acétone et de l'acétate d'éthyle, suivie par une acidification :

NaOEt + EtO₂CCH₃ + CH₃C(O)CH₃ → NaCH₃C(O)CHC(O)CH₃ + 2 EtOH

NaCH₃C(O)CHC(O)CH₃ + HCl → CH₃C(O)CH₂C(O)CH₃ + NaCl

En raison de la facilité de procéder à ces synthèses, de nombreux analogues des acétylacétonates sont connus. On peut ainsi citer : C₆H₅C(O)CH₂C(O)C₆H₅ (dbaH) et (CH₃)₃CC(O)CH₂C(O)CC(CH₃)₃. L'hexafluoroacétylacétonate est très largement utilisé, en particulier pour générer des complexes de métaux volatiles.

L'« ion acétylacétonate » C₅H₇O₂ est la base conjuguée du pentane-2,4-dione. En réalité, l'ion libre n'existe pas en solution, mais est lié à un cation comme Na. En pratique, l'existence de l'anion libre, communément abrévié en acac, est un modèle utile.

L'anion acétylacétonate forme des complexes avec de nombreux ions de métaux de transition dans lesquels les deux atomes d'oxygène se lient au métal pour former un anneau de chélation à six membres. On peut citer parmi ces complexes : Mn(acac)₃, le VO(acac)₂, Fe(acac)₃, et Co(acac)₃. Tout complexe de la forme M(acac)₃ est chiral (ils ne sont pas superposables à leurs images dans un miroir), comme indiqué sur la figure 2.

De plus, les complexes M(acac)₃ peuvent être réduits par voie électrochimique, avec un taux de réduction dépendant du solvant et du centre métallique. Les complexes double ou triple du type M(acac)₂ et M(acac)₃ sont typiquement solubles dans des solvants organiques, contrairement aux halogénures de métaux liés. En raison de ces propriétés, ces complexes sont très largement utilisés comme précurseurs ou réactifs de catalyse. Les applications les plus importantes incluent leur utilisation en tant que « réactifs de déplacement » RMN, comme catalyseurs pour les synthèses organiques, et comme précurseurs pour les catalyseurs d'hydroformylation.
C₅H₇O₂ se lie parfois aux métaux par son atome de carbone central; ce mode de liaison est plus commun pour les métaux de transition de la troisième période comme le platine (II) ou l'iridium (III).

Exemples d'acétylacétonates de métaux

Acétylacétonate de cuivre II

Le Cu(acac)₂, préparé par traitement de l'acétylacétone avec du Cu(NH₃)₄ et disponible dans le commerce, catalyse les réactions de couplage et de transferts de carbènes.

Acétylacétonate de cuivre I

Contrairement au chélate de cuivre II, l'acétylacétonate de cuivre I est une espèce oligomérique réactive à l'air. Il est employé pour catalyser les réactions de Michaels.

Acétylacétonate de manganèse III

Mn(acac)₃, oxydant monoélectronique, est communément utilisé pour le couplage des phénols. Il est préparé par réaction directe de l'acétylacétone et du permanganate de potassium. En termes de structure électronique, Mn(acac)₃ est un composé haut-spin. Sa structure octaédrique distordue traduit les distorsions géométriques dues à l'effet Jahn-Teller. Les deux structures les plus communes de ce complexe sont les suivantes : une avec une élongation quadratique, l'autre avec une compression quadratique. Dans l'élongation, deux liaisons Mn-O mesurent 2,12 Å alors que les quatre autres mesurent 1,93 Å. Dans le cas de la compression , deux liaisons Mn-O mesurent 1,95 Å alors que les quatre autres mesurent 2,00 Å. Les effets de l'élongation quadratique sont plus signicatifs que les effets de la compression quadration.

Acétylacétonate de nickel

Ce composé n'est pas le composé de formule Ni(acac)₂, mais le trimère [Ni(acac)₂]₃. C'est un solide vert émeraude soluble dans le benzène, qui est très utilisé dans la préparation des complexes Ni(O). Exposé à l'atmosphère, [Ni(acac)₂]₃ se transforme en l'hydrate monomère vert crayeux.

Acétylacétonates à liaisons carbone

C₅H₇O₂ se lie parfois aux métaux par le carbone central (C3) : ce mode de liaison est plus courant pour les métaux de transitions de la troisième période comme le platine (II) et l'iridium (III). Les complexes Ir(acac)₃ et les bases de Lewis adduites correspondantes Ir(acac)₃L (ou L est une amine) comprennent un ligand acac carbone-lié. Le spectre infrarouge des acétylacétonates oxygène-liés sont caractérisés par des bandes ν_CO d'énergie relativement basse (1 535 cm), alors que dans les acétylacétonates carbone-liés, la vibration du carbonyle se produit plus près de la gamme d'énergie pour le C=O cétonique, c'est-à-dire à 1 655 cm.

Parmi les autres réactions impliquant l'acétylacétone, on peut citer :

• les déprotonations : des bases très fortes déprotoneront l'acétylacétone doublement, démarrant en C3 et mais aussi en C1. Les espèces résultantes peuvent être ensuite alkylées en C-1.
• comme précurseur pour hétérocycles : l'acétylacétone est un précurseur versatile pour les hétérocycles. L'hydrazine réagit pour donner des pyrazols, l'urée donne des pyridimines.
• comme précurseur pour les imino-ligands liés : l'acétylacétone se condense avec les amindes pour donner, de manière successive, les mono- et di-dicétimines dans lesquelles les atomes d'oxygène dans l'acétylacétone sont remplacés par NR (ou R = aryl, alkyl).
• dépression enzymatique : l'enzyme acétylacétone dioxygénase coupe la liaison carbone-carbone de l'acétylacétone, produisant ainsi de l'acétate et le 2-oxopropanal. L'enzyme est dépendante au Fe (II), mais il a cependant été prouvé qu'elle pouvait lier aussi le zinc. La dégradation de l'acétylacétone a été caractérisée pour la bactérie Acinetobacter johnsonii.

C₅H₈O₂ + O₂ → C₂H₄O₂ + C₃H₄O₂

• Arylation : l'acétylacétonate déplace les halogénures depuis certains acides benzoïques halogéno-substitués. Cette réaction est catalysée par le cuivre.

2-BrC₆H₄CO₂H + NaC₅H₇O₂ → 2-(CH₃CO)₂HC)-C₆H₄CO₂H + NaBr