Malonsäure: Organische Verbindung, Zytotoxin, Naturstoff

Diethylmalonat = Malonsäurediethylester).

Strukturformel
Allgemeines
Name	Malonsäure
Andere Namen	Propandisäure Propandikarbonsäure MALONIC ACID (INCI)
Summenformel	C3H4O4
Kurzbeschreibung	farblose Kristalle
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 141-82-2 EG-Nummer 205-503-0 ECHA-InfoCard 100.005.003 PubChem 867 ChemSpider 844 DrugBank DB02175 Wikidata Q421972
Eigenschaften
Molare Masse	104,06 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,60 g·cm−3
Schmelzpunkt	132–135 °C
Siedepunkt	Zersetzung ab 140 °C
Dampfdruck	0,1 Pa (18,5 °C)
pKS-Wert	pKs1 = 2,83 pKs2 = 5,69
Löslichkeit	gut in Wasser (1400 g·l−1 bei 20 °C) gut in Pyridin, Ethanol und Diethylether nahezu unlöslich in Benzol
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Gefahr H- und P-Sätze H: 318 P: 280​‐​305+351+338+310
Toxikologische Daten	1310 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Malonsäure wurde 1858 von Victor Dessaignes bei der Oxidation der Äpfelsäure entdeckt. Der Name leitet sich von lat. malum = Apfel (Pflanzengattung) ab. Malonsäure kommt im Zuckerrübensaft vor.

Bei der mitochondrialen Fettsäuresynthese (mtFASII) bildet Malonsäure das Startsubstrat, welches dann im ersten Schritt der mtFASII durch die Malonyl-CoA-Synthetase (ACSF3) in Malonyl-CoA umgewandelt wird.

Malonsäure ist ein Zellgift, das durch Hemmung der Succinat-Dehydrogenase den Ablauf des Citratzyklus (Krebszyklus) hemmt.

Malonsäure wird unter anderem durch Umsetzung von Chloressigsäure mit Natriumcyanid (NaCN) (Kolbe-Nitrilsynthese) und anschließender Hydrolyse der entstandenen Cyanessigsäure hergestellt.

 

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. Der Feststoff zersetzt sich oberhalb des Schmelzpunktes unter Kohlenstoffdioxidabspaltung zu Essigsäure. In wässriger Lösung findet diese Decarboxylierung ab 70 °C statt. 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.

 

Erhitzt man Malonsäure mit stark wasserentziehenden Mitteln, z. B. mit Phosphorpentoxid, so entsteht durch intramolekulare Wasserabspaltung in schlechter Ausbeute Kohlenstoffsuboxid, 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.

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. Es werden jährlich 10 bis 100 Tonnen nach Europa importiert.

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.

Malonat darf nicht mit dem Säureanion der Äpfelsäure, dem Malat-Ion, oder dem Anion der Maleinsäure, dem Maleat verwechselt werden.