Carboxylierung

Als Carboxylierung bezeichnet man in der Chemie die Reaktion zur Einführung einer Carboxylgruppe in eine organische Verbindung. Es ist eine Reaktion zur Darstellung von Carbonsäuren.

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Reaktionsmechanismus

Die Carboxylierung verläuft vom Reaktionsmechanismus her meistens wie eine nukleophile Addition an eine Kohlenstoff-Heteroatom (CX)-Mehrfachbindung, in diesem Fall an eine Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindung (siehe: Carbonylgruppe). Bei anderer Betrachtungsweise jedoch - von der Seite des zweiten Edukts her - kann die Reaktion auch den elektrophilen Substitutionen zugeordnet werden (siehe: Beispiele).

Edukte

Carboxylierungsreagenz

Die Carboxylierung kann nicht nur mit Kohlendioxid als Edukt durchgeführt werden, sondern auch mit Metallkomplexen wie Nickeltetracarbonyl oder mit Phosgen. All diesen Edukten gemein ist das Vorhandensein eines "positivierten" (elektronenarmen) Kohlenstoffatoms, an dem das Nukleophil angreift.

Nukleophil

Als Nukleophil dienen elektronenreiche Verbindungen wie Anionen (z. B. Acetylenide und Phenolate) oder Verbindungen mit einem Ladungsungleichgewicht (Dipole, wie z. B. Alkylmagnesiumhalogenide oder polarisierte Aromaten).

Beispiele

Carboxylierung von Acetyleniden

Acetylenide reagieren mit Kohlendioxid in Form von Trockeneis zu Alkinsäuren:

Durch die Addition des Anions des Natriumacetylenids an den Carbonykohlenstoff entsteht das Natriumsalz einer Alkinsäure.

Carboxylierung von Phenolaten (Kolbe-Schmitt-Reaktion)

Die Herstellung von 2-Hydroxybenzoesäuren erfolgt durch die Carboxylierung von Phenolaten mit Kohlendioxid:

Phenol reagiert in einer basenkatalysierten Reaktion mit Kohlendioxid zum Natriumsalz der Salicylsäure (2-Hydroxybenzoesäure).

Von der Seite des Phenols betrachtet findet eine elektrophile Substitution eines Wasserstoffs gegen die Carboxylgruppe am aromatischen Ring statt.

Carboxylierung von Alkylmagnesiumhalogeniden (Grignard-Verbindungen)

Carbonsäuren entstehen durch Carboxylierung von Alkylmagnesiumhalogeniden bei Raumtemperatur:

Reaktion von t-Butylmagnesiumbromid mit Kohlendioxid zu Trimethylessigsäure.

Carboxylierung durch Phosgen

Im Beisein einer Lewis-Säure als Katalysator können Aromaten mit Hilfe von Phosgen carboxyliert werden:

Reaktion von Aromaten mit Phosgen zu aromatischen Carbonsäuren. Als Katalysator dient Aluminiumtrichlorid (AlCl₃).

Dieser Reaktion liegt der Mechanismus einer elektrophilen Substitution zugrunde.

Weiterführende Informationen

Carbonylierung, Namensreaktion