Malonestersynthese

Die Malonestersynthese ist eine Reaktion in der organischen Chemie zur Herstellung von alkylierten Malonsäureestern. Sie dient dazu, nach Verseifung und anschließender Decarboxylierung, substituierte Essigsäuren zu erhalten. Man kann auch zweifach alkylieren und erhält bei doppelter Substitution mit dem gleichen Rest symmetrisch disubstituierte Essigsäuren, man kann aber auch in zwei Schritten unterschiedliche Substituenten einführen und erhält dann unsymmetrische Essigsäurederivate.

Alkylierte Malonester dienen auch als Synthesebausteine, z. B. zur Herstellung von Barbitursäurederivaten wie Veronal, die als Schmerz- und Schlafmittel Verwendung finden – heute aber mehrheitlich zur Euthanasierung von Tieren verwendet werden.

Mechanismus

Im ersten Schritt wird der Malonester durch eine starke Base wie z. B. einem Alkoholat in α-Position d. h. an der Methylengruppe deprotoniert. Anschließend wird ein Halogenalkan vom deprotonierten α-Kohlenstoff, nucleophil angegriffen. Man erhält einen α-alkylierten Malonester. Die Estergruppen werden basenkatalysiert hydrolysiert. Durch Hitzeeinwirkung decarboxyliert (CO₂ wird abgespalten) die zuvor entstandene Dicarbonsäure.

Synthese einer α-substituierten Essigsäure aus dem für gewöhnlich verwendeten Malonsäurediethylester. (X = Br, Cl oder I, R = Alkylrest)

Funktionsweise

Infolge der Flankierung des α-Kohlenstoffs durch zwei Estergruppen sind die dort gebundenen Wasserstoffatome besonders acide (pK_s = 13). Folglich ist eine Deprotonierung an dieser Position begünstigt. Es sollte dazu jene Base verwendet werden, die bei der ebenfalls möglichen Substitution eines der Carbonylkohlenstoffatome (Nebenreaktion Umesterung) wieder zum gleichen Ester führt. Für Malonsäurediethylester ist dies bspw. Ethanolat. Die anschließende nucleophile Substitution des Halogenalkans folgt einem S_N2-Mechanismus. Demnach sind verzweigte Alkylreste des Halogenalkans wegen der sterischen Hinderung für die Reaktion ungünstig. Nach der nucleophilen Substitution lassen sich die Estergruppen basenkatalysiert hydrolysieren (Esterhydrolyse). Aufgrund der resultierenden Carbonsäure in β-Position ist eine Decarboxylierung durch Erhitzen stark erleichtert und wird durch die sauren Reaktionsbedingungen noch weiter begünstigt.

Literatur

• Paula, Yurkanis, Bruice: Organic Chemistry. 4. Auflage, Prentice-Hall, 2003, ISBN 0-131-41010-5, S. 821–822.
• K. P. C. Vollhardt, Neil E. Schore, Organische Chemie, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, 4. Auflage, H. Butenschön, ISBN 3-527-31380-X, S. 1228–1229.