Carbonsäuren: Reaktionen als Base

Carboxylat-Ionen als Basen

Dass die Carboxylat-Ion R-COO- der Carbonsäuren Brönsted-Basen sind, sollte auf den ersten Blick klar sein. Durch Anlagerung eines Protons entstehen aus den Carboxylat-Ionen wieder die ursprünglichen Carbonsäuren. Diese Tatsache macht man sich ja auch zu Nutze, wenn man das Salz einer Carbonsäure, beispielsweise Natriumacetat, mit einer stärkeren Säure versetzt, zum Beispiel Schwefelsäure. Die Carbonsäure - hier Essigsäure - wird dann quasi aus dem Salz "ausgetrieben" oder "verdrängt".

Carboxylat-Ionen als Nucleophile

Die negativ geladenen Carboxylat-Ionen sind starke Nucleophile. Sie können beispielsweise mit Halogenalkanen Ester bilden:

Bildung eines Carbonsäure-Esters aus einem Carboxylat-Ion und einem Halogenalkan
Benjah-bmm27, Public domain, via Wikimedia Commons

Carboxy-Gruppen als Basen

Aber auch die Carboxy-Gruppe COOH selbst kann als Base auftreten. Beide O-Atome der COOH-Gruppe können protoniert werden - ein analoger Vorgang zur Protonierung eines Wasser-Moleküls zum Oxonium-Ion H₃O⁺.

Das O-Atom der C=O-Gruppe kann allerdings noch leichter protoniert werden als das O-Atom der OH-Gruppe. Wieder einmal ist hier ein +M-Effekt am Werke, also die Stabilisierung durch mehrere Grenzstrukturen.

Mesomeriestabilisierung der protonierten COOH-Gruppe
Autor: Ulrich Helmich 05/2024, Lizenz: siehe Seitenende

Das chemische Gleichgewicht der Protonierung liegt allerdings extrem weit auf der linken Seite, da die protonierte COOH-Gruppe eine sehr starke Säure ist, der pK_S-Wert liegt bei -6.

Dennoch kommt diese Protonierung bei chemischen Reaktionen recht häufig als Anfangsschritt vor, beispielsweise bei der säurekatalysierten Veresterung von Carbonsäuren:

Der erste Schritt der säurekatalysierten Esterbildung
Autor: Ulrich Helmich 05/2024, Lizenz: siehe Seitenende

Hier sehen wir eine dritte Grenzstruktur des R-COOH₂⁺-Ions, nämlich ein Carbenium-Ion.