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丙二酸單乙酯是有機合成中一種非常重要的原料,它很容易和醛發生 Knoevenagel反應生成α, β-不飽和酯 。因此, 丙二酸單乙酯被廣泛應用于天然產物及其他有機化合物的合成中。
盡管 Wittig 反應和 Horner-Wadsworth-Emmons反應均可以用來制備α, β-不飽和酯 ,但前者會產生大量無用的副產物三苯基氧膦 , 而后者則常需要用NaH 等強堿才能促進反應。相比之下, 利用丙二酸單乙酯和醛發生 Knoevenagel 反應來制備α, β-不飽和酯 ,用有機堿催化即可反應 ,所產生的副產物是水和二氧化碳 , 原子經濟性高 ,并且反應還具有立體選擇性高和后處理簡單等特點。
1.傳統方法制備
丙二酸單乙酯一般是以丙二酸二乙酯為原料來制備 ,其反應原理比較簡單 , 即先將丙二酸二乙酯用KOH等強堿皂化生成丙二酸單乙酯鉀鹽 ,再用鹽酸酸化即可得到產物。
2.改進的實驗室方法制備
1）合成路線如下所示
2）合成步驟
丙二酸單乙酯鉀鹽(1)的制備
將 25.0 g(0.156 mol)丙二酸二乙酯和100 mL無水乙醇加入500 mL 圓底燒瓶中 , 充分攪拌下 ,由裝有回流冷凝管的恒壓漏斗中緩慢滴加8.75 g(0.156 mol)KOH的100 mL無水乙醇溶液, 體系中逐漸出現大量固體。40 min 內滴加完畢, 繼續攪拌 1 h 。將反應體系用冰水充分冷卻后抽濾 ,再用無水乙醇洗滌(15 mL ×2), 即得到第一部分白色固體化合物 1。將抽濾所得母液減壓濃縮至60 mL 左右, 冰水冷卻 ,抽濾 ,無水乙醇洗滌(8 mL ×2),即得到第二部分白色固體化合物1。合并兩部分產物, 于60 ℃干燥箱中烘干,稱重為24.43 g , 收率92.0 %,m.p.197 ～ 198 ℃。將該產物直接用于下步反應。
丙二酸單乙酯(2)的制備
將上步所得24.43 g(0.144 mol)化合物1的固體置于100 mL 燒杯中，加入15 mL 水，冰水冷卻下充分攪拌使固體溶解，緩慢滴加13 mL(0.156mol)濃鹽酸 , 滴加過程中保持體系溫度低于5℃，加畢后繼續攪拌30 min 。分出有機層，水層用乙酸乙酯萃取(50 mL ×2)。合并有機層，用飽和食鹽水萃取(50 mL ×2)，無水 NaSO4 干燥，減壓蒸餾除盡有機溶劑，得到18.25 g 無色液體化合物 2，收率 96.2 %。
丙二酸單乙酯是重要的有機合成原料，其傳統的合成方法是由丙二酸二乙酯經皂化、水解酸化等步驟合成，不僅過程繁瑣、條件苛刻，同時有副反應發生，污染環境。因此，研究一種綠色高效的制備方法具有重要的現實意義。針對丙二酸單乙酯傳統合成方法的缺點及溫室氣體CO2的有效利用，以氯乙酸乙酯和CO2為底物，利用綠色的電合成方法，在溫和條件下，使氯乙酸乙酯和CO2發生電羧化反應合成丙二酸單乙酯的工藝路線。
以二氧化碳、氯乙酸乙酯為原料，實現了將它們一步合成丙二酸單乙酯的反應。與傳統的有機和催化反應合成技術比較得，采用電化學方法的反應具有無需在高溫高壓下進行，條件溫和，設備要求簡單，于環境無害等特點；用銀（Ag）、銅（Cu）或不銹鋼（Ss）作為陰極，相比其他電還原CO2時所用的Pt、Ti電極等更易得到，適于工業化探索。
同時，反應均在一室型電解池中進行，與大多數的使用兩室型電解池反應體系的CO2電還原反應相比，反應過程更簡單，易控，且電流利用率較高。該工藝路線與傳統有機合成方法相比，具有以下優點：
（1）電極上反應物以電子得失的方式反應，無其他試劑的添加，環保、安全；
（2）反應的選擇性高，極少或無副反應，易于提純分離，為合成反應的后續工作提供方便；
（3）反應條件溫和, 0℃、常壓下進行，從而可降低能耗；
（4）工藝操作過程簡便，易控，并且可避免二氧化碳的再生。
此電合成丙二酸單乙酯的方法不僅有效的利用了溫室氣體二氧化碳，也為丙二酸單乙酯的“綠色化”合成開辟了一條新途徑。
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