Kolbe-Elektrolyse

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Die Kolbe-Elektrolyse ist eine chemische Reaktion, bei der durch Elektrolyse von Carbonsäuren oder ihren Salzen, den Carboxylaten, zwei Reste aneinander gekuppelt werden.Benannt wurde die Kolbe-Elektrolyse nach ihrem Entdecker Hermann Kolbe (1818–1884), der diese Reaktion erstmals 1849 publizierte. Er stellte auf diese Weise beispielsweise Ethan aus Essigsäure dar:

Übersicht Kolbe-Elektrolyse V1.svg

Reaktionsmechanismus[Bearbeiten]

Das Salz der Carbonsäure (Carboxylanion) wird an der Anode zum Carboxylat-Radikal oxidiert. Dieses Radikal reagiert weiter unter Abspaltung von Kohlenstoffdioxid. Jeweils zwei Radikale verbinden sich (dimerisiert) dann zum Alkan:[1]

Mechanismus Kolbe-Elektrolyse V1.svg

An der Kathode entsteht gleichzeitig Wasserstoff:

\mathrm{2 \ H_2O \xrightarrow{Kathode} 2 \ OH^{\,-} + H_2 }

Wenn Gleichspannung angelegt ist, wandern die positiv geladenen Metall-Kationen zur Kathode (dem Minuspol) und die negativ geladenen Carboxylate zur Anode, wo sie reagieren. Als Gegenionen zum Carboxylat werden meist Alkali- oder Alkylammonium-Kationen verwendet, da diese keinen Einfluss auf die Reaktion haben. Andere Metallionen wie Fe2+, Mn2+ und Co2+ reduzieren die Ausbeute.

Ausbeute[Bearbeiten]

Für symmetrische n-Alkane kann eine Ausbeute von bis zu 90 % erreicht werden, abhängig von Parametern wie Stromdichte, Lösungsmittel, Salzkonzentration und Temperatur. Werden verschiedene Carboxylate eingesetzt (gemischte Kolbe-Elektrolyse), sind auch Produkte mit ungeradzahliger Anzahl von Kohlenstoff-Atomen zugänglich. Die Ausbeuten sinken jedoch, da meist Produktgemische entstehen. Als Anodenmaterial hat sich Platin bewährt.

Die Ausbeuten der Reaktion hängen von verschiedenen Faktoren wie dem Substrat, den speziellen Elektrolysebedingungen, den Stromdichten und den eingesetzten Lösungsmitteln ab. Die Reaktion wird normalerweise bei moderaten Temperaturen durchgeführt.[2]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Z. Wang: Comprehensive Organic:Name Reactions and Reagents. Wiley Verlag, 2009, ISBN 978-0-471-70450-8, S. 1656–1659.
  2. Hans J. Schäfer: Nachhaltige Synthese durch Elektrolyse. auf: aktuelle-wochenschau.de

Literatur[Bearbeiten]

  • H. Kolbe: Untersuchungen über die Elektrolyse organischer Verbindungen. In: Justus Liebigs Annalen der Chemie. 69 (1849), S. 257–294.
  • H. J. Schäfer: CC-Verknüpfungen an Anode und Kathode. In: Angew. Chem. 1981, 93, S. 978-1000.
  • T. Laue, A. Plagens: Namens- und Schlagwortreaktionen der Organischen Chemie. 4. Auflage. B. G. Teubner Verlag, 2004, ISBN 3-519-33526-3, S. 209–211.
  •  Barry M. Trost, Ian Fleming: Comprehensive organic synthesis : selectivity, strategy, and efficiency in modern organic chemistry. 1. Auflage. Pergamon Press, Oxford, England 1991, S. 633–658 (online-Zugriff).