Koch-Reaktion

Die Koch-Reaktion oder auch Koch-Haaf-Carbonylierung ist eine Namensreaktion in der Organischen Chemie, die nach ihrem Entdecker, dem deutschen Chemiker Herbert Koch (1904–1967), benannt wurde.

Übersichtsreaktion

Die Koch-Reaktion erlaubt eine atomökonomische Herstellung von tertiären, gesättigten Carbonsäuren („Koch-Säuren“) aus Alkenen – im Beispiel Isobuten – mit Kohlenmonoxid:

Ein Kohlenstoffmonoxid Molekül wird unter Zugabe von Wasser und Schwefelsäure in das Alken integriert. Die entstehenden Carbonsäuren werden als Koch-Säuren bezeichnet.

Reaktionsmechanismus

Im ersten Schritt wird die Doppelbindung des Alkens 1 durch die Zugabe von Schwefelsäure protoniert, wodurch das formal positiv geladene, tertiäre Carbeniumion 2 entsteht. Das Kohlenstoffatom des Kohlenmonoxids ist formal negativ geladen, weshalb es das Carbeniumion angreifen kann. Durch das Knüpfen einer neuen C-C-Einfachbindung entsteht ein mesomeriestabilisiertes Acylium-Ion 3. Durch die Anlagerung von Wasser an 3 entsteht das Oxoniumion 4:

Reaktionsmechanismus der Koch-Reaktion

Im letzten Schritt wird 4 deprotoniert, wodurch die Carbonsäure 5 entsteht.

Praktische Bedeutung

Die zur Carboxygruppe α-ständigen Alkylverzweigungen führen zu einer starken sterischen Hinderung, die unter anderem eine starke thermische Stabilität und Schwerverseifbarkeit bewirkt. Darum sind Ester der „Koch-Säuren“ besonders stabil. Koch-Säuren an sich werden oft zu Harzen und Lacken weiterverarbeitet, während Metallsalze stark verzweigter Koch-Säuren als Trocknungsbeschleuniger eingesetzt werden können. Außerdem sind die Ausgangsstoffe (Alken, Kohlenmonoxid) günstig und leicht zugänglich, weshalb die Koch-Reaktion eine beträchtliche industrielle Bedeutung besitzt; die Jahresproduktion der Koch-Säuren betrug Im Jahr 2007 etwa 150.000 t.

Alternative

Alternativ kann die Koch-Reaktion auch von einem tertiären Alkohol, wie tert-Butanol ausgehen:

Alternatives Reaktionsschema der Koch-Reaktion ausgehend vom tert-Butanol

Einzelnachweise

1. H. Koch, W. Haaf: Über die Synthese verzweigter Carbonsäuren nach der Ameisensäure-Methode, Liebigs Ann. Chem. 1958, 618, 251–266.
2. J. Arpe: Industrielle organische Chemie: Bedeutende Vor- und Zwischenprodukte. Wiley-VCH, 2007, ISBN 3-52731540-3.
3. Jie Jack Li: Name reactions: A collection of detailed mechanisms and synthetic applications. 5. edition Auflage. Springer, Cham 2014, ISBN 978-3-319-03979-4, S. 349, doi:10.1007/978-3-319-03979-4. 
4. Bradford P. Mundy; Michael G. Ellerd; Frank G. Favaloro: Name reactions and reagents in organic synthesis. 2. edition Auflage. Wiley, Hoboken (N.J.) 2005, ISBN 0-471-73987-1, S. 368.