Малоновый эфир и синтезы на его основе

Малоновый эфир — достаточно доступное соединение: его получают из хлоруксусной кислоты через цианоуксусную и малоновую кислоты:

При действии сильного основания — этилата натрия или гидрида натрия — малоновый эфир образует резонансно стабилизированный анион (687):

1 фактически во всех важнейших реакциях этот анион реагирует углерооньш нуклеофильным центром, т. е. так, как если бы он имел структуру (687').

Реакции алкилирования проходят по механизму Sn2; в качестве алкилирующих реагентов обычно используют галогениды (Х= Cl, Вг, J). Радикалы R и R¹ могут быть первичными или вторичными, но не третичными.

Алкилирование аниона малонового эфира приводит к продуктам С-алкилироаания; при этом возможно как моно-, так и диалкилирование [образование соответственно соединений (688) и (689)]:

Полученные монои диалкилмалоновые эфиры затем обычно гидролизуют водными растворами кислот до соответствующих монои диалкилмалоновых кислот (690) и (691). При умеренном нагревании эти кислоты декарбоксилируются (легкость декарбоксилирования таких кислот уже рассматривалась, стр. 118); образуются соответственно монои диалкилуксусные кислоты (692) и (693). Таким образом, алкилирование малонового эфира — эффективный способ синтеза монокарбоновых кислот с наращиванием углеродного скелета. Нетрудно заметить, что возможности здесь достаточно широкие.

Частный случай алкилирования — использование дигалогенидов: при этом, в зависимости от природы дигалогенида и условий проведения реакции, возможны два варианта: А. Бис-моноалкилирование; Б. Циклическое диалкилирование:

В первом случае дигалогенид реагирует с двумя карбанионами; образуется тетраэфир (694); его гидролиз и последующее декарбоксилирование приводит к дикарбоновой кислоте (695); это способ получения дикарбоновых кислот.

Во втором случае вслед за первым алкилированием происходит внутримолекулярное второе алкилирование с образованием циклического диэфира (696); после гидролиза и декарбоксилирования получается циклическая кислота (697). Таким путем можно получать 3−7-членные циклы, лучше всего — 5- и 6-членные (п=3,4).

Ацилирование малонового эфира приводит, в конечном счете, к образованию 3-оксокарбоновых кислот:

В качестве ацилирующих реагентов обычно используют хлорангидриды, хотя возможно применять и ангидриды. Для генерирования карбаниона малонового эфира лучше использовать не этилат натрия, а гидрид натрия, т.к. при использовании этилата натрия выделяется спирт, который взаимодействует с ацилирующим хлорангидридом и выводит его из сферы реакции.

Конденсация с карбонильными соединениями (конденсация Кневенагеля) — вариант кротоновой конденсации, в которой метиленактивное соединение (в данном случае малоновый эфир) играет роль метиленовой компоненты:

Разумеется, и здесь истинным реагентом является анион малонового эфира, который присоединяется по карбонильной группе альдегида или кетона. Для его генерации здесь достаточно не очень сильного (и даже слабого) основания; наиболее часто используются вторичные амины. Альдегиды вступают в эту реакцию лучше, чем кетоны. Продукты конденсации — алкилиден (арилиден-) малоновые эфиры (698) — после «стандартных» гидролиза и декарбоксилирования образуют аф-ненасыщенные карбоновые кислоты; конденсация Кневенагеля -удобный способ получения таких кислот.

Реакция Михаэля — присоединение малонового эфира (точнее — его аниона) по связи С=С, содержащей электроноакцепторные заместители; наиболее типичные субстраты — а, р-ненасыщенные кетоны, сложные эфиры и нитрилы:

В качестве основания часто используют этилат натрия; механизм реакции Михаэля рассматривался ранее (стр. 54). После гидролиза и декарбоксилирования из соединений (699а) (продуктов присоединения к непредельным кетонам) образуются 5-кетокарбоновые кислоты, а из соединений (6996) (продуктов присоединения к ненасыщенным сложным эфирам) — 1,5-дикарбоновые (глутаровые) кислоты.