Una reazione di carbossilazione è una reazione in cui si ottiene un acido carbossilico a seguito di una reazione di un opportuno substrato con biossido di carbonio.
È la reazione opposta rispetto alla decarbossilazione che è una reazione di eliminazione. In essa cui composti come esteri o acidi carbossilici che presentano un gruppo carbonilico in posizione β perdono anidride carbonica a seguito della rimozione di un gruppo carbossilico.
Un esempio di reazione di carbossilazione avviene nella prima fase del ciclo di Calvin in cui l’enzima ribulosio-difosfatocarbossilasi catalizza l’attaccamento del biossido di carbonio al ribulosio bisfosfato.
Carbossilasi
La famiglia di enzimi che catalizzano l’introduzione di un gruppo carbossilico nel substrato sono le carbossilasi enzimi appartenenti alla classe delle ligasi. Sono tra gli enzimi più importanti della biosfera, perché catalizzano una reazione chiave nel ciclo globale del carbonio ovvero la fissazione del carbonio inorganico
La piruvato carbossilasi catalizza la reazione di carbossilazione del piruvato in ossalacetato che entra nel ciclo di Krebs
L’acetil-CoA è un enzima dipendente dalla biotina che catalizza la carbossilazione irreversibile dell’acetil -CoA per produrre malonil-CoA
Reazione di carbossilazione catalizzate da metalli di transizione
L’utilizzo dell’anidride carbonica riveste particolare importanza per quanto riguarda l’attuale ricerca sul clima e l’ambiente terrestre. L’anidride carbonica, infatti, è uno dei maggiori gas serra responsabile dei cambiamenti climatici. Pertanto la ricerca si sta indirizzando allo studio di reazioni che utilizzino questo gas per ottenere prodotti utili. Tuttavia, la CO2 è un molecola stabile e dotata di inerzia chimica.
L ‘utilizzo di CO2 come substrato pone diverse difficoltà in relazione alle condizioni di reazione. Reazioni di carbossilazione catalizzate da metalli di transizione di substrati organici con CO2 possono consentire la produzione diversificata di acidi carbossilici e dei loro derivati in condizioni di reazione blande tramite la formazione di legami carbonio-carbonio.
Reazione di Kolbe-Schmitt
Un esempio di reazione di carbossilazione è la reazione di Kolbe-Schmitt in cui, a partire dal fenolo si ottiene l’acido 2-idrossibenzoico noto come acido salicilico
In ambiente basico per NaOH il fenolo dà luogo alla formazione del fenossido di sodio. Quest’ultimo alla pressione di 4-7 atm e alla temperatura di 130°C reagendo con CO2 si trasforma salicilato di sodio. A seguito di acidificazione di ottiene l’acido salicilico che è un precursore dell’acido acetilsalicilico noto come aspirina
Reazione di carbossilazione con i reattivi di Grignard
Un altro esempio per ottenere un acido carbossilico è la reazione di un reattivo di Grignard con biossido di carbonio. Questa reazione è un’ addizione nucleofila che porta ad un acido carbossilico che contiene un atomo di carbonio in più rispetto all’alogenuro alchilico originale da cui è stato preparato il reagente di Grignard.
La reazione, che avviene in etere etilico o tetraidrofurano, in cui CO2 è presente allo stato solido come ghiaccio secco è:
RMgX + CO2 → RCOOMgX
A seguito di reazione con acqua si forma l’acido carbossilico:
RCOOMgX + H2O → RCOOH + HOMgX