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丙二酸单乙酯是有机合成中一种非常重要的原料,它很容易和醛发生 Knoevenagel反应生成α, β-不饱和酯 。因此, 丙二酸单乙酯被广泛应用于天然产物及其他有机化合物的合成中。
尽管 Wittig 反应和 Horner-Wadsworth-Emmons反应均可以用来制备α, β-不饱和酯 ,但前者会产生大量无用的副产物三苯基氧膦 , 而后者则常需要用NaH 等强碱才能促进反应。相比之下, 利用丙二酸单乙酯和醛发生 Knoevenagel 反应来制备α, β-不饱和酯 ,用有机碱催化即可反应 ,所产生的副产物是水和二氧化碳 , 原子经济性高 ,并且反应还具有立体选择性高和后处理简单等特点。
1.传统方法制备
丙二酸单乙酯一般是以丙二酸二乙酯为原料来制备 ,其反应原理比较简单 , 即先将丙二酸二乙酯用KOH等强碱皂化生成丙二酸单乙酯钾盐 ,再用盐酸酸化即可得到产物。
2.改进的实验室方法制备
1）合成路线如下所示
2）合成步骤
丙二酸单乙酯钾盐(1)的制备
将 25.0 g(0.156 mol)丙二酸二乙酯和100 mL无水乙醇加入500 mL 圆底烧瓶中 , 充分搅拌下 ,由装有回流冷凝管的恒压漏斗中缓慢滴加8.75 g(0.156 mol)KOH的100 mL无水乙醇溶液, 体系中逐渐出现大量固体。40 min 内滴加完毕, 继续搅拌 1 h 。将反应体系用冰水充分冷却后抽滤 ,再用无水乙醇洗涤(15 mL ×2), 即得到第一部分白色固体化合物 1。将抽滤所得母液减压浓缩至60 mL 左右, 冰水冷却 ,抽滤 ,无水乙醇洗涤(8 mL ×2),即得到第二部分白色固体化合物1。合并两部分产物, 于60 ℃干燥箱中烘干,称重为24.43 g , 收率92.0 %,m.p.197 ～ 198 ℃。将该产物直接用于下步反应。
丙二酸单乙酯(2)的制备
将上步所得24.43 g(0.144 mol)化合物1的固体置于100 mL 烧杯中，加入15 mL 水，冰水冷却下充分搅拌使固体溶解，缓慢滴加13 mL(0.156mol)浓盐酸 , 滴加过程中保持体系温度低于5℃，加毕后继续搅拌30 min 。分出有机层，水层用乙酸乙酯萃取(50 mL ×2)。合并有机层，用饱和食盐水萃取(50 mL ×2)，无水 NaSO4 干燥，减压蒸馏除尽有机溶剂，得到18.25 g 无色液体化合物 2，收率 96.2 %。
丙二酸单乙酯是重要的有机合成原料，其传统的合成方法是由丙二酸二乙酯经皂化、水解酸化等步骤合成，不仅过程繁琐、条件苛刻，同时有副反应发生，污染环境。因此，研究一种绿色高效的制备方法具有重要的现实意义。针对丙二酸单乙酯传统合成方法的缺点及温室气体CO2的有效利用，以氯乙酸乙酯和CO2为底物，利用绿色的电合成方法，在温和条件下，使氯乙酸乙酯和CO2发生电羧化反应合成丙二酸单乙酯的工艺路线。
以二氧化碳、氯乙酸乙酯为原料，实现了将它们一步合成丙二酸单乙酯的反应。与传统的有机和催化反应合成技术比较得，采用电化学方法的反应具有无需在高温高压下进行，条件温和，设备要求简单，于环境无害等特点；用银（Ag）、铜（Cu）或不锈钢（Ss）作为阴极，相比其他电还原CO2时所用的Pt、Ti电极等更易得到，适于工业化探索。
同时，反应均在一室型电解池中进行，与大多数的使用两室型电解池反应体系的CO2电还原反应相比，反应过程更简单，易控，且电流利用率较高。该工艺路线与传统有机合成方法相比，具有以下优点：
（1）电极上反应物以电子得失的方式反应，无其他试剂的添加，环保、安全；
（2）反应的选择性高，极少或无副反应，易于提纯分离，为合成反应的后续工作提供方便；
（3）反应条件温和, 0℃、常压下进行，从而可降低能耗；
（4）工艺操作过程简便，易控，并且可避免二氧化碳的再生。
此电合成丙二酸单乙酯的方法不仅有效的利用了温室气体二氧化碳，也为丙二酸单乙酯的“绿色化”合成开辟了一条新途径。
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