Cyanessigsäureethylester

Vorlage:Infobox Chemikalie

Cyanessigsäureethylester ist eine chemische Verbindung, die zu den Carbonsäureestern und Nitrilen zählt und nicht in der Natur vorkommt. Die klare, farblose bis schwach gelbliche Flüssigkeit besitzt einen angenehmen Geruch und weist mit einer Ester-, einer Cyano- und einer CH-aciden Methylengruppe drei reaktive Zentren im Molekül auf.

Gewinnung und Darstellung

Cyanessigsäureethylester kann auf verschiedenen Wegen hergestellt werden:

1. durch Veresterung von Cyanessigsäure mit Ethanol in Gegenwart starker Mineralsäuren (z. B. konzentrierte Schwefelsäure).
2. durch Kolbe-Nitrilsynthese aus Ethylchloracetat mit Natriumcyanid.
3. durch Kolbe-Nitrilsynthese aus Natriumchloracetat und Natriumcyanid, Ansäuern zur Cyanessigsäure und Veresterung mit Ethanol nach 1.<ref name="Org. Syn.">Vorlage:OrgSynth</ref>
4. durch Umsetzung des Natriumsalzes der Cyanessigsäure mit Ethylbromid in einem wässrig-organischen Zweiphasensystem in Gegenwart eines Phasentransferkatalysators.<ref>Europäische Patentanmeldung EP-A 1028105, Priorität: 9. Februar 1999, Anmelder: Lonza AG.</ref>
5. durch Oxidation von 3-Ethoxypropionitril mit Sauerstoff unter Druck in Gegenwart des Katalysators Cobalt(II)-acetat-tetrahydrat und eines Radikalbildners, z. B. N-Hydroxyphthalimid.<ref>Europäische Patentschrift EP 1208081, Priorität: 30. August 1999, Anmelder: Lonza AG.</ref>

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Cyanessigsäureethylester ist eine farblose Flüssigkeit, die bei Normaldruck bei 209 °C siedet.<ref name="GESTIS" /> Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log₁₀(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 7,46724, B = 3693,663 und C = 16,138 im Temperaturbereich von 341 bis 479 K.<ref name="Stull">Stull, D.R.: Vapor Pressure of Pure Substances Organic Compounds in Ind. Eng. Chem. 39 (1947) 517-540, Vorlage:DOI.</ref> In fester Phase können zwei polymorphe Formen auftreten.<ref name="Khodzhaeva">Khodzhaeva, M.G.; Bugakov, Yu.V.; Ismailov, T.S.: Heat capacity and thermodynamic functions of ethyl cyanoacetate in Khim.-Farm. Zhur. 21 (1987) 760-762.</ref> Unterhalb von −111 °C liegt die Kristallform II vor.<ref name="Khodzhaeva"/> Oberhalb dieser Temperatur existiert die Kristallform I, die bei −22 °C schmilzt.<ref name="GESTIS" /> Die Wärmekapazität beträgt bei 25 °C 220,22 J·K⁻¹·mol⁻¹.<ref name="Khodzhaeva"/>

• Dampfdruckfunktion von Cyanessigsäureethylester
  Dampfdruckfunktion von Cyanessigsäureethylester

Chemische Eigenschaften

Mit seinen drei verschiedenen reaktiven Zentren ist Cyanessigsäureethylester ein vielseitiger Synthesebaustein für eine Vielzahl funktioneller und pharmakologisch aktiver Substanzen. So können die Nitrilgruppe, die C-H-azide Methylengruppe und die Estergruppe reagieren.<ref>Vorlage:Literatur</ref> In seiner Reaktivität ähnelt es dem Malonsäurediethylester, der aus Cyanessigsäureethylester durch Umsetzung mit Ethanol in Gegenwart starker Säuren erhalten wird (Gefahr der Bildung von Malonsäurediethylester bei der Veresterung von Cyanessigsäure<ref name="Org. Syn." />). Cyanessigsäureethylester ist daher ein wichtiger Ausgangsstoff für Kondensationsreaktionen im Sinne der Knoevenagel-Kondensation und der Michael-Addition. Aufgrund seiner Reaktivität und Multifunktionalität bildet Cyanessigsäureethylester beim Erhitzen in Gegenwart von Natriumethanolat den dimeren 3-Amino-2-cyan-2-pentendisäurediethylester.<ref>V. A. Dorokhov et al., Russ. Chem. Bulletin, Vol. 41(2), 1992. S. 287–291.</ref> Umsetzung mit Ammoniak führt zu Cyanacetamid, das durch Dehydratisierung mit PCl₅ oder POCl₃ zu Malonsäuredinitril umgesetzt werden kann.<ref>Mary Eagleson: Concise encyclopedia chemistry, Walter de Gruyter, Berlin - New York 1994, ISBN 3-11-011451-8.</ref>

Verwendung

Cyanessigsäureethylester ist ein Baustein zum Aufbau von Heterocyclen, die z. B. als Arzneistoffe Verwendung finden.

Die Synthese des Allopurinols zur Behandlung der chronischen Gicht geht aus von Cyanessigsäurediethylester und Orthoameisensäureethylester, deren Kondensationsprodukt mit Hydrazin zu einem substituierten Pyrazol und anschließend mit Formamid zu Allopurinol, einem substituierten Pyrazolo-pyrimidin cyclisiert wird.<ref>Axel Kleemann, Jürgen Engel: Pharmazeutische Wirkstoffe, 2. Aufl., Georg Thieme, Stuttgart - New York 1982, ISBN 3-13-558402-X.</ref>

Die Purinderivate Theophyllin, Coffein und Harnsäure sind aus Cyanessigsäureethylester und N,N′-Dimethylharnstoff synthetisch zugänglich.<ref>Beyer-Walter: Lehrbuch der Organischen Chemie, 24. Aufl., S. Hirzel, Stuttgart - Leipzig 2004.</ref>

Das Pteridinderivat Folsäure ist ein dem B-Komplex zugeordnetes Vitamin und wird ausgehend von Cyanessigsäureethylester und Guanidin über eine mehrstufige konvergente Synthese erzeugt.<ref>Franz von Bruchhausen (Hrsg.); Hermann Hager, Beate Blümer-Schwinum: Hagers Handbuch der pharmazeutischen Praxis. 5. Aufl. 1993, Springer Berlin Heidelberg New York ISBN 3-540-52688-9 (Vorlage:Google Buch), S. 284.</ref>

Das Pyrrolderivat Ethosuximid wird zur Behandlung der Epilepsie eingesetzt und aus Cyanessigsäureethylester und 2-Butanon in einer mehrstufigen Synthese erhalten.<ref>Vorlage:Literatur</ref>

Das Pyrimidinderivat Trimethoprim wird als Cotrimoxazol in fixer Kombination mit Sulfamethoxazol als Bakteriostatikum eingesetzt und ausgehend von Cyanessigsäureethylester und 3,4,5-Trimethoxybenzaldehyd bzw. -benzylchlorid synthetisiert.<ref>Vorlage:Literatur</ref>

Daneben ist eine Vielzahl anderer funktioneller Heterocyclen, wie z. B. 3-substituierte Cumarin-Derivate aus Cyanessigsäureethylester in guten Ausbeuten zugänglich.<ref>A. A. Avetisyan et al., Chem. Heterocycl. Compounds, Vol. 15(9), 1980. S. 959–960.</ref>

Ein weiterer wichtiger acyclischer pharmazeutischer Wirkstoff, der sich von Cyanessigsäureethylester ableitet, ist das Antikonvulsivum Valproinsäure.<ref>Vorlage:Patent</ref>

Sicherheitshinweise

Dämpfe von Cyanessigsäureethylester bzw. Aerosole können Augenreizungen verursachen. Dämpfe/Aerosole sollten nicht eingeatmet werden, und die Flüssigkeit sollte nicht in die Kanalisation gelangen. Cyanessigsäureethylester ist brennbar und kann bei der Verbrennung Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickoxide und Cyanwasserstoff bilden. Beim Kontakt mit starken Basen oder Säuren sowie starken Oxidations- und Reduktionsmitteln kann es zu heftigen Reaktionen kommen.<ref name="GESTIS"/>

Literatur

• Mary Eagleson: Concise encyclopedia chemistry, Walter de Gruyter, Berlin – New York 1994, ISBN 3-11-011451-8.
• A. Kleemann, J. Engel: Pharmazeutische Wirkstoffe, 2. Auflage, Georg Thieme, Stuttgart – New York 1982, ISBN 3-13-558402-X.
• Beyer-Walter: Lehrbuch der Organischen Chemie, 24. Auflage, S. Hirzel, Stuttgart – Leipzig 2004.

Weblinks

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Einzelnachweise

<references />