Malonsäure
Malonsäure (Propandisäure) ist eine bei Raumtemperatur kristalline Dicarbonsäure, deren Ester und Salze Malonate genannt werden (z. B. Diethylmalonat = Malonsäurediethylester).
Geschichte und Vorkommen
Malonsäure wurde 1858 von Victor Dessaignes bei der Oxidation der Äpfelsäure entdeckt. Der Name leitet sich von lat. malum = Apfel (Pflanzengattung)<ref name="Römpp" /> ab. Malonsäure kommt im Zuckerrübensaft vor.
Biochemie
Bei der mitochondrialen Fettsäuresynthese (mtFAS) bildet Malonsäure das Startsubstrat, welches im ersten Schritt der mtFAS durch das Acyl-CoA-Synthetase-Familienmitglied 3 (ACSF3) in Malonyl-CoA umgewandelt wird.<ref>Vorlage:Literatur</ref><ref>Vorlage:Literatur</ref>
Malonsäure ist ein Zellgift, das durch Hemmung der Succinat-Dehydrogenase den Ablauf des Citratzyklus (Krebszyklus) hemmt.
Darstellung und Gewinnung
Malonsäure wird unter anderem durch Umsetzung von Chloressigsäure mit Natriumcyanid (NaCN) (Kolbe-Nitrilsynthese) und anschließender Hydrolyse der entstandenen Cyanessigsäure hergestellt.<ref name="Römpp" /><ref>Vorlage:OrgSynth</ref>
Eigenschaften
Malonsäure bildet farb- und geruchlose Kristalle, die einen Schmelzpunkt von 136 °C besitzen und sich in Wasser leicht lösen. Die Verbindung tritt in drei polymorphen Kristallformen auf. Eine γ–Form existiert nur bei tiefen Temperaturen und wandelt sich bei −225,9 °C in die β–Form um. Die Phasenumwandlung von der β–Form zur α–Form erfolgt bei 79 °C. Die Formen α und β bzw. β und γ stehen enantiotrop zueinander.<ref name="Fukai">Fukai, M.; Matsuo, T.; Suga, H.: Thermodynamic properties of phase transitions in malonic acid and its deuterated analog in Thermochim. Acta 183 (1991) 215–243, doi:10.1016/0040-6031(91)80461-Q.</ref> Der Feststoff zersetzt sich oberhalb des Schmelzpunktes unter Kohlenstoffdioxidabspaltung zu Essigsäure. In wässriger Lösung findet diese Decarboxylierung ab 70 °C statt.<ref name="Römpp">Vorlage:RömppOnline</ref> In höher siedenden Lösungsmitteln, wie Ethylenglycol, Trimethylenglycol, 1,3-Butandiol und 2,3-Butandiol verläuft die Reaktion oberhalb von 100 °C als Reaktion erster Ordnung.<ref name="Clark">Clark, L.W.: The Kinetics of the Decarboxylation of Malonic Acid and Other Acids in Neutral Solvents in J. Phys. Chem. 71 (1967) 2597–2601, doi:10.1021/j100867a031.</ref>
Erhitzt man Malonsäure mit stark wasserentziehenden Mitteln, z. B. mit Phosphorpentoxid, so entsteht durch intramolekulare Wasserabspaltung in schlechter Ausbeute Kohlenstoffsuboxid<ref name="Römpp" />, auch Malonsäureanhydrid genannt.
Malonsäure ist eine CH-acide Verbindung, d. h., durch den elektronenziehenden Effekt der beiden Carboxygruppen kann am zentralen Kohlenstoff leicht ein Proton abgespalten werden.
Verwendung
Malonsäurederivate sind Synthesebausteine bei der Knoevenagel-Kondensation oder der Malonestersynthese und dienen beispielsweise zur Herstellung von Barbitursäure und deren Derivaten. Insbesondere gelang William Henry Perkin, jr. erstmals eine Cyclopropanierung durch Umsetzung des C-H-aciden Malonsäurediethylesters mit 1,2-Dibromethan und zwei Äquivalenten Natriumethanolat. Beim Erhitzen von Gemischen cyclischer Imine mit Malonsäure entstehen β-Aminocarbonsäuren.<ref name="Thiazolidinylessigsäuren">Jürgen Martens, Jürgen Kintscher und Wolfgang Arnold: Synthese und Stereochemie von neuen 2-substituierten 4-Thiazolidinylessigsäuren, in: Tetrahedron, 1991, 47, S. 7029–7036, doi:10.1016/S0040-4020(01)96157-5.</ref> Es werden jährlich 100 bis 1000 Tonnen in den EWR importiert oder dort hergestellt.<ref>Vorlage:ECHA-InfoCard</ref>
Pathologie
Wenn erhöhte Malonsäurespiegel mit erhöhten Methylmalonsäurespiegeln einhergehen, kann dies auf die Stoffwechselerkrankung kombinierte Malon- und Methylmalonazidurie (CMAMMA) hinweisen. Durch die Berechnung des Verhältnisses von Malonsäure zu Methylmalonsäure im Blutplasma kann die CMAMMA von der klassischen Methylmalonazidurie unterschieden werden.<ref>Vorlage:Literatur</ref>
Malonat: Verwechslungsgefahr mit Malat und Maleat
Malonat darf nicht mit dem Säureanion der Äpfelsäure, dem Malat-Ion, oder dem Anion der Maleinsäure, dem Maleat verwechselt werden.<ref>William B. Jensen: The Origin of the Names Malic, Maleic, and Malonic Acid, in: J. Chem. Educ., 2007, 84, S. 924, doi:10.1021/ed084p924.</ref>
Weblinks
Einzelnachweise
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