Kolbe-reactie (Kolbe-Schmitt): mechanisme, route naar aspirine en JEE/NEET-vragen
Kort antwoord: Natriumfenolaat verhit met CO2 (ongeveer 125 °C, 4–7 atm) en daarna aangezuurd geeft salicylzuur. Het ortho-koolstofatoom van fenolaat valt CO2 aan, het dienon tautomeriseert terug tot een aromatische ring en zuur protoneert het carboxylaat en het fenolaat.
Wat is de Kolbe-reactie: van fenol naar salicylzuur?
In Indiase leerboeken heet deze reactie meestal de Kolbe-reactie; elders spreken chemici van de Kolbe-Schmittreactie. Het is de industriële route naar salicylzuur en daarmee naar aspirine.
Het sjabloon toont de drie stappen met gebogen pijlen. Open het in MolDraw om kaliumfenolaat of een gesubstitueerd fenol te proberen.
De reactie in één oogopslag
| Substraat | Natriumfenolaat (fenol + NaOH) |
|---|---|
| Reagentia | CO2 onder druk, ~125 °C (400 K); daarna H3O+ |
| Elektrofiel | Koolstofdioxide (zwak elektrofiel) |
| Product | Salicylzuur (2-hydroxybenzoëzuur) |
| Toepassing | Salicylzuur + azijnzuuranhydride → aspirine |
Mechanisme stap voor stap
- Fenolaat valt CO2 aan. De negatieve zuurstof doneert elektronen aan de ring en het ortho-koolstofatoom valt het koolstofatoom van CO2 aan; één C=O-π-binding verschuift naar zuurstof. De ring is kort een cyclohexadienon met een carboxylaatgroep.
- Tautomerisatie. Het ring-H naast de nieuwe C–C-binding wordt verwijderd en de elektronen herstellen de aromatische ring, waardoor het fenolaat terugkomt. De ring draagt nu COO− ortho ten opzichte van O−.
- Zure opwerking. Verdund zuur protoneert het carboxylaat en het fenolaat, wat neutraal salicylzuur geeft.
Elke stap in het sjabloon is elektron voor elektron gecontroleerd: de gebogen pijlen leveren precies de getekende structuren op. Open het in MolDraw om de pijlen stap voor stap te volgen.
Uitgewerkte voorbeelden
- Natriumfenolaat → salicylzuur. Vooral ortho. Men neemt aan dat chelatie van Na+ tussen de fenolaat-O en CO2 de aanval naar het ortho-koolstofatoom stuurt.
- Kaliumfenolaat → 4-hydroxybenzoëzuur. Met K+ en bij hogere temperatuur overheerst het para-product.
- Salicylzuur → aspirine. Acetylering van de OH-groep met azijnzuuranhydride (H2SO4 als katalysator) geeft acetylsalicylzuur.
Oefenvragen voor JEE en NEET
V1. Natriumfenolaat wordt verhit met CO2 bij 400 K en 4–7 atm en daarna aangezuurd. Het product is:
Antwoord tonen
Salicylzuur — Ortho-carboxylering van fenolaat (Kolbe-reactie).
V2. Waarom gebruikt men fenolaat in plaats van fenol?
Antwoord tonen
CO2 is een zwak elektrofiel; alleen de sterk geactiveerde fenolaatring is nucleofiel genoeg. — O− is een veel sterkere elektronendonor dan OH.
V3. Salicylzuur reageert met azijnzuuranhydride tot:
Antwoord tonen
Aspirine — De fenolische OH-groep wordt geacetyleerd.
V4. Elektrolyse van waterig natriumacetaat (Kolbe-elektrolyse) geeft:
Antwoord tonen
Ethaan — Een andere reactie: CH3•-radicalen koppelen aan de anode.
Veelgemaakte fouten
- De Kolbe-reactie (fenolaat + CO2) verwarren met Kolbe-elektrolyse (carboxylaatzouten → alkanen).
- Uitgaan van fenol in plaats van natriumfenolaat.
- Het aanzuren vergeten — het product ontstaat eerst als natriumzout.
- CO2 tekenen terwijl het de zuurstof aanvalt in plaats van het ortho-koolstofatoom.
Dit mechanisme bewerken in MolDraw
- Klik op Openen in MolDraw. De editor opent met de hele figuur op het canvas: de totaalreactie, elke genummerde stap en de kernpunten.
- Alles is een gewone structuur. Verander een substituent, kleur atomen opnieuw of verplaats een pijl: de pijlen blijven aan hun atomen vastzitten.
- Download het als PNG, SVG of PDF, of kopieer het naar je aantekeningen of dia's.
- Dezelfde figuur staat in de editor onder Templates → Schemes → Name reactions.
Vragen en antwoorden
Wat is het verschil tussen de Kolbe- en de Kolbe-Schmittreactie?
Het is dezelfde carboxylering van fenolaat; Schmitt voerde de omstandigheden onder druk in. Kolbe-elektrolyse is een andere reactie.
Waarom is een hoge druk nodig?
CO₂ is een gas en een zwak elektrofiel; druk verhoogt de concentratie ervan in het reactiemengsel.
Waarvoor wordt salicylzuur gebruikt?
Voor de bereiding van aspirine en methylsalicylaat (wintergroenolie), en in huidverzorgingsproducten.