9. Dimerisierung, Polymerisation

9.1 Rekapitulation Schulwissen

Bildung von Dimeren

Im Zusammenhang mit der elektrophilen Addition haben Sie im Unterricht vielleicht schon einmal die Synthese von Isooctan behandelt:

Die Dimerisierung von Isobuten
Autor: Ulrich Helmich 2020, Lizenz: CC BY-NC-SA 4.0

Die Ausgangsverbindung ist 2-Methylprop-1-en, besser bekannt als Isobuten. Durch Protonierung wird aus dem Isobuten ein Carbenium-Ion, das sich als starkes Elektrophil an ein zweites Isobuten-Molekül addiert (Schritt 2). Durch Abspaltung eines Protons entstehen zwei Octene, und durch Addition von Wasserstoff an diese Octene schließlich das gesucht Octan, das bekannte Isooctan, ein hochwertiger Treibstoffzusatz.

Die Bildung von Isooctan ist ein Beispiel für eine Dimerbildung: Zwei Moleküle schließen sich zu einem Molekül zusammen. Es geht aber auch noch besser:

Die Bildung von Polyethen, Polyvinylchlorid oder Polystyrol haben Sie sicherlich auch schon im Schulunterricht kennengelernt. Diese Polymerbildungen beruhen meistens auf einer radikalischen Kettenreaktion.

9.2 Studienvorbereitung

9.2.1 Polymerisierungen

Ein Radikalstarter, meistens ein Peroxid, zerfällt in Radikale, die sich dann an die Moleküle des Alkens setzen und so ein Alkyl-Radikal erzeugen. Dieses Alkyl-Radikal verbindet sich dann mit einem weiteren Molekül des Alkens, und es bildet sich ein größeres Alkyl-Radikal, das sich dann wieder mit dem nächsten Alken-Molekül verbindet und so weiter.

9.2.2 Ringbildungen

Bei der Dimerisierung von Alkenen entsteht zunächst durch Protonierung der Doppelbindung ein Carbenium-Ion, das sich dann im zweiten Schritt als Elektrophil an die Doppelbindung eines anderen Moleküls anlagert.

Es gibt auch Alkene, die zwei Doppelbindungen im selben Molekül besitzen, sogenannte Diene. Betrachten wir dazu einmal ein Hexa-1,5-dien-Molekül und schauen wir, was nach der Protonierung desselben passieren könnte:

Ringbildung bei einem Dien
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: Public domain

Zunächst bildet sich ein sekundäres Carbenium-Ion. Das positiv geladene C-Atom greift dann die zweite Doppelbindung elektrophil an, es entsteht ein Fünferring mit einer positiven Ladung am bisherigen C-Atom Nr. 5. Durch Abgabe eines Protons entsteht dann ein Cyclopentan-Ring mit einer Methylgruppe am bisherigen C-Atom Nr. 2. Die Verbindung müsste dann als 3-Methyl-cyclopenten bezeichnet werden.

Eine solche Ringbildung ist theoretisch möglich, in der Praxis wird diese Reaktion aber durch andere mögliche Reaktionen beeinträchtigt. Auch hier könnte eine Dimerisierung stattfinden, so dass eine Verbindung mit 12 C-Atomen entsteht, oder das Carbenium-Ion könnte von einem Nucleophil angegriffen werden.