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2025-06-08T08:56:04Z

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Als '''Carboxylierung''' oder '''Karboxylierung''' bezeichnet man in der [[Chemie]] eine [[Chemische Reaktion|Reaktion]] zur Einführung einer [[Carboxygruppe]] in eine [[Organische Chemie|organische]] [[Chemische Verbindung|Verbindung]], wobei [[Carbonsäure]]n entstehen.<ref name="Römpp">{{RömppOnline|ID=RD-03-00503|Name=Carboxylierung|Abruf=2014-06-13}}</ref> Die umgekehrte Reaktion, bei der [[Kohlenstoffdioxid]] abgespalten wird, ist die [[Decarboxylierung]].

== 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 Reaktants her – kann die Reaktion auch den [[Elektrophile Substitution|elektrophilen Substitutionen]] zugeordnet werden (''siehe:'' [[#Beispiele|Beispiele]]).

== Reaktante ==
=== Carboxylierungsreagenz ===
Die Carboxylierung kann nicht nur mit [[Kohlenstoffdioxid]] als [[Reaktant]] durchgeführt werden, sondern auch mit [[Metallkomplex]]en wie [[Nickeltetracarbonyl]]<ref name="Römpp" /> oder [[Phosgen]] (hier mit anschließender [[Hydrolyse]]). All diesen Reaktanten gemein ist das Vorhandensein eines „positivierten“ ([[elektron]]enarmen) [[Kohlenstoff]]atoms, an dem das Nukleophil angreift.

=== Nukleophil ===
Als [[Nukleophil]] dienen elektronenreiche Verbindungen wie [[Anion]]en (z. B. [[Acetylenide]] und [[Phenolate]]) oder Verbindungen mit einem Ladungsungleichgewicht ([[Dipol (Physik)|Dipole]], wie z. B. Alkylmagnesiumhalogenide ([[Grignard-Verbindungen]]) oder polarisierte [[Aromaten]]).

== Beispiele ==
=== Carboxylierung von Acetyleniden ===
Acetylenide reagieren mit Kohlenstoffdioxid in Form von [[Trockeneis]] zu [[Alkinsäure]]n:

[[Datei:Carboxylation of acetylenides.svg|hochkant=2.5|mini|links|Durch die Addition des Anions des [[Natriumacetylenid]]s an den Carbonykohlenstoff entsteht das [[Natriumsalz]] einer Alkinsäure.]]
{{Absatz}}

=== Carboxylierung von Phenolaten ===
Die Herstellung von [[2-Hydroxybenzoesäure]]n erfolgt durch die Carboxylierung von Phenolaten mit Kohlenstoffdioxid ([[Kolbe-Schmitt-Reaktion]]):

[[Datei:Kolbe–Schmitt reaction.svg|mini|links|hochkant=4|Mechanismus der Kolbe-Schmitt-Reaktion: Natriumphenolat reagiert in einer basen[[Katalysator|katalysierten]] Reaktion mit Kohlenstoffdioxid zum Natriumsalz der [[Salicylsäure]] (2-Hydroxybenzoesäure)]]<ref>Beyer-Walter, Lehrbuch der Organischen Chemie, 23. Auflage, S. Hirzel Verlag 1998, ISBN 3-7776-0808-4.</ref>
{{Absatz|links}}

Von der Seite des Phenols betrachtet findet eine [[elektrophile Substitution]] eines [[Wasserstoff]]s gegen die Carboxygruppe am [[aromat]]ischen Ring statt.

=== Carboxylierung von Alkylmagnesiumhalogeniden ===
[[Carbonsäure]]n entstehen durch Carboxylierung von [[Alkylmagnesiumhalogenid]]en ([[Grignard-Verbindung]]en) bei [[Raumtemperatur]]:

[[Datei:Carboxylation of alkyl magnesium halides.svg|mini|links|hochkant=3|Reaktion von [[tert-Butylmagnesiumbromid|''tert''-Butylmagnesiumbromid]] mit Kohlenstoffdioxid zu [[Pivalinsäure]].]]
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=== Carboxylierung durch Phosgen ===
Im Beisein einer [[Lewis-Säure]] als [[Katalysator]] können [[Aromaten]] mit Hilfe von [[Phosgen]] carboxyliert werden:

[[Datei:Carboxylation with phosgene.svg|mini|links|hochkant=3|Reaktion von Aromaten mit Phosgen zu aromatischen Carbonsäuren. Als Katalysator dient [[Aluminiumchlorid]] (AlCl<sub>3</sub>).]]
{{Absatz}}

Dieser Reaktion liegt der Mechanismus einer [[Elektrophile Substitution|elektrophilen Substitution]] zugrunde.
Das entstandene [[Carbonsäurehalogenide|Carbonsäurechlorid]] muss anschließend noch zur Carbonsäure und [[Chlorwasserstoff]] hydrolysiert werden.


=== Biochemische Carboxylierungen ===

Die Übertragung von [[Carboxygruppe]]n spielt eine wichtige Rolle in biochemischen Systemen und wird durch Enzyme, sogenannte [[Carboxylase]]n ('''Carboxy-Transferasen''') vermittelt. Beispielhaft findet bei der [[Photosynthese|Fotosynthese]], einem für das Leben auf der Erde zentralen Vorgang, die Fixierung von anorganischem Kohlenstoff in einer organischen Verbindung durch das Enzym [[RuBisCO]] statt. Die Carboxylierung ist mit einer Speicherung von Energie im entstehenden [[Molekül]] verbunden.
[[Datei:Cocarboxylase.svg|mini|links|hochkant=3|Carboxylierung von Enol-[[Pyruvat]] mit [[Biotin]] als [[Prosthetische Gruppe|prosthetischer Gruppe]]<ref name="Römpp" />]]
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== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Chemische Reaktion]]

Carboxylierung - Versionsgeschichte

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