Kolbe-Schmitt-Reaktion: Mechanismus, Weg zum Aspirin und Fragen im JEE/NEET-Stil
Kurz gesagt: Natriumphenolat, das mit CO2 erhitzt (etwa 125 °C, 4–7 atm) und anschließend angesäuert wird, ergibt Salicylsäure. Das ortho-C-Atom des Phenolats greift CO2 an, das Dienon tautomerisiert zurück zum aromatischen Ring, und die Säure protoniert Carboxylat und Phenolat.
Was ist die Kolbe-Schmitt-Reaktion von Phenol zu Salicylsäure?
In indischen Lehrbüchern heißt diese Reaktion meist Kolbe-Reaktion; anderswo nennt man sie Kolbe-Schmitt-Reaktion. Sie ist der industrielle Weg zur Salicylsäure und damit zum Aspirin.
Die Vorlage zeigt die drei Elektronenpfeil-Schritte. Öffne sie in MolDraw, um Kaliumphenolat oder ein substituiertes Phenol auszuprobieren.
Reaktion auf einen Blick
| Substrat | Natriumphenolat (Phenol + NaOH) |
|---|---|
| Reagenzien | CO2 unter Druck, ca. 125 °C (400 K); dann H3O+ |
| Elektrophil | Kohlenstoffdioxid (schwaches Elektrophil) |
| Produkt | Salicylsäure (2-Hydroxybenzoesäure) |
| Verwendung | Salicylsäure + Essigsäureanhydrid → Aspirin |
Mechanismus Schritt für Schritt
- Phenolat greift CO2 an. Der negativ geladene Sauerstoff schiebt Elektronen in den Ring, und das ortho-C-Atom greift das C-Atom von CO2 an; eine C=O-π-Bindung klappt auf den Sauerstoff. Kurzzeitig liegt der Ring als Cyclohexadienon mit einer Carboxylatgruppe vor.
- Tautomerisierung. Das Ring-H neben der neuen C–C-Bindung wird abgespalten, und die Elektronen stellen den aromatischen Ring wieder her, sodass erneut ein Phenolat entsteht. Nun trägt der Ring COO− in ortho-Stellung zu O−.
- Saure Aufarbeitung. Verdünnte Säure protoniert Carboxylat und Phenolat, und es entsteht neutrale Salicylsäure.
Jeder Schritt der Vorlage ist Elektron für Elektron geprüft: Die Elektronenpfeile ergeben genau die gezeichneten Strukturen. Öffne sie in MolDraw, um den Pfeilen Schritt für Schritt zu folgen.
Rechenbeispiele
- Natriumphenolat → Salicylsäure. Überwiegend ortho. Man nimmt an, dass die Chelatisierung von Na+ zwischen Phenolat-O und CO2 den Angriff auf das ortho-C-Atom lenkt.
- Kaliumphenolat → 4-Hydroxybenzoesäure. Mit K+ und höherer Temperatur überwiegt das para-Produkt.
- Salicylsäure → Aspirin. Acetylierung der OH-Gruppe mit Essigsäureanhydrid (Katalysator H2SO4) ergibt Acetylsalicylsäure.
Übungsfragen im JEE- und NEET-Stil
F1. Natriumphenolat wird bei 400 K und 4–7 atm mit CO2 erhitzt und dann angesäuert. Das Produkt ist:
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Salicylsäure – ortho-Carboxylierung des Phenolats (Kolbe-Schmitt-Reaktion).
F2. Warum verwendet man Phenolat statt Phenol?
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CO2 ist ein schwaches Elektrophil; nur der stark aktivierte Phenolat-Ring ist nukleophil genug. – O− ist ein viel stärkerer Elektronendonor als OH.
F3. Salicylsäure reagiert mit Essigsäureanhydrid zu:
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Aspirin – Die phenolische OH-Gruppe wird acetyliert.
F4. Die Elektrolyse von wässrigem Natriumacetat (Kolbe-Elektrolyse) ergibt:
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Ethan – Eine andere Reaktion: CH3•-Radikale koppeln an der Anode.
Häufige Fehler
- Die Kolbe-Schmitt-Reaktion (Phenolat + CO2) mit der Kolbe-Elektrolyse (Carboxylatsalze → Alkane) verwechseln.
- Von Phenol statt von Natriumphenolat ausgehen.
- Das Ansäuern vergessen – das Produkt entsteht zuerst als Natriumsalz.
- CO2 so zeichnen, dass es den Sauerstoff statt das ortho-C-Atom angreift.
Diesen Mechanismus in MolDraw bearbeiten
- Klicke auf Open in MolDraw. Der Editor öffnet sich mit der ganzen Abbildung auf der Zeichenfläche: Gesamtreaktion, jeder nummerierte Schritt und die wichtigen Punkte.
- Alles sind ganz normale Strukturen. Ändere einen Substituenten, färbe Atome um oder verschiebe einen Pfeil – die Pfeile bleiben an ihren Atomen hängen.
- Lade sie als PNG, SVG oder PDF herunter oder kopiere sie in deine Notizen oder Folien.
- Dieselbe Abbildung findest du im Editor unter Templates → Schemes → Name reactions.
Fragen und Antworten
Was ist der Unterschied zwischen Kolbe-Reaktion und Kolbe-Schmitt-Reaktion?
Es ist dieselbe Carboxylierung des Phenolats; Schmitt führte die Druckbedingungen ein. Die Kolbe-Elektrolyse ist eine andere Reaktion.
Warum ist hoher Druck nötig?
CO₂ ist ein Gas und ein schwaches Elektrophil; der Druck erhöht seine Konzentration im Reaktionsgemisch.
Wofür wird Salicylsäure verwendet?
Zur Herstellung von Aspirin und Methylsalicylat (Wintergrünöl) sowie in Hautpflegeprodukten.