29.9. Синтез карбоновых кислот при помощи малонового эфира

Один из наиболее ценных методов получения карбоновых кислот основан на использовании этилмалоната (малонового эфира) и носит название синтеза при помощи малонового эфира. Этот синтез основан на повышенной кислотности -водородных атомов малонового эфира и необыкновенной легкости, с которой малоновая кислота и замещенные малоновые кислоты претерпевают декарбоксилирование. (Как мы увидим в разд. 30.5, подобная комбинация свойств не является просто результатом счастливой случайности и эти свойства могут быть обусловлены одной и той же причиной.)

Мы уже встречались с реакциями возможность осуществления которых обусловлена кислотностью атомов водорода, находящихся в -положении в карбонильной группе альдегидов, кетонов, ангидридов и сложных эфиров. Мы считали, что эта кислотность является следствием резонансной стабилизации карбаниона за счет структур, в которых кислород карбонильной группы несет отрицательный заряд. а-Водородные атомы малонового эфира расположены в -положении к двум карбонильным группам, и поэтому ионизация дает особенно устойчивый карбанион, в котором два кислорода карбонильных групп способствуют размещению заряда. Вследствие этого малоновый эфир — гораздо более сильная кислота, чем обычные сложные эфиры или соединения, содержащие одну карбонильную группу; он значительно более сильная кислота, чем этиловый спирт.

Малоновый эфир при обработке этилатом натрия в абсолютном спирте в значительной мере превращается в соль — натрмалоновый эфир

Реакция этой соли с алкилгалогенидом дает замещенный малоновый эфир, этилалкилмалонат, часто называемый алкилмалоновьш эфиром.

Эта реакция протекает как нуклеофильная атака карбаниона по алкилгалогениду и, как можно было ожидать, дает наиболее высокие выходы с первичными алкилгалогенидами, более низкие — со вторичными алкил-галогенидами и не представляет практической ценности для третичных галогенидов и арилгалогенидов.

Алкилмалоновьш эфир содержит один ионизующийся водород, поэтому действием этилата натрия его можно также превратить в соль; эта соль будет реагировать с алкилгалогенидом (который может быть тем же или отличным от первоначально использованного алкилгалогенида), давая диалкилмалоновый эфир.

Таким образом, кислотность малонового эфрра позволяет получать замещенные малоновые эфиры, содержащие одну или две алкильные группы. Как же можно использовать эти замещенные малоновые эфиры для получения карбоновых кислот? В разд. 29.6 было показано, что при нагревании выше температуры плавления малоновая кислота легко теряет двуокись углерода, давая уксусную кислоту; аналогичным образом замещенные малоновые кислоты легко теряют двуокись углерода, и образуются замещенные уксусные кислоты. Полученные моноалкил- и диалкилмалоновые эфиры легко превращаются в монокарбоновые кислоты в результате гидролиза, подкисления и нагревания.

Синтез при помощи малонового эфира дает уксусную кислоту, в которой один или два атома водорода замещены на алкильные группы.

При планировании синтеза при помощи малонового эфира необходимо правильно выбрать подходящий алкилгалогенид; для этого следует рассмотреть структуру кислоты, которую нужно синтезировать. Например, изокапроновую кислоту можно рассматривать как уксусную кислоту, в которой один из атомов водорода замещен на изобутильную группу. Для синтеза этой кислоты в качестве алкилирующего реагента следует применять изобутилбромид.

Изомер изокапроновой кислоты, -метилвалериановую кислоту можно рассматривать как уксусную кислоту, в которой один атом водорода замещен на н-пропильную группу, а второй — на метальную; поэтому для синтеза нужно использовать два алкилгалогенида — н-пропилбромид и метилбромид.

В синтезе при помощи малонового эфира вместо простых алкилгалогенидов можно применять также некоторые другие галогенсодержащие

соединения, в частности легкодоступные эфиры -бромкислот (почему нельзя использовать сами бромкислоты?), дающие замещенные янтарные кислоты, например:

(см. скан)