9. Dimerisierung, Polymerisation

9.1 Rekapitulation Schulwissen

Weitere Reaktionen der Alkene haben Sie vielleicht im Unterricht kennengelernt, aber wahrscheinlich nur sehr oberflächlich. In dem folgenden Abschnitt werden wir aber einfach mal konsequent weiterdenken und an das Wissen über die elektrophile und radikalische Substitution bei Alkenen anknüpfen.

9.2 Studienvorbereitung

Bei elektrophilen Additionen wie der Hydrobromierung oder der Hydratisierung findet im ersten Reaktionsschritt die Anlagerung eines Protons statt. Dabei entsteht dann ein Carbenium-Ion als Zwischenprodukt. An das positiv geladene C-Atom dieses Carbenium-Ions lagert sich dann normalerweise ein Nucleophil an, zum Beispiel ein Chlorid-Ion oder ein Wasser-Molekül.

9.2.1 Dimerisierungen

Es kann aber auch zu einer völlig anderen Reaktion kommen, und dazu schauen wir uns mal das nächste Bild an:

Dimerisierung von 2-Buten
Autor: Ulrich Helmich 2023, Lizenz: siehe Seitenende

Das Alken kann mit sich selbst reagieren. Das in Schritt 1 gebildete Carbenium-Ion ist ein Elektrophil (positive Ladung!) und kann sich daher an eine C=C-Doppelbindung anlagern. Genau das passiert in Schritt 2, das Carbenium-Ion der Butens lagert sich an die Doppelbindung eines zweiten Buten-Moleküls an. Dabei entsteht zunächst ein neues, größeres Carbenium-Ion. Im dritten Reaktionsschritt gibt dieses ein Proton ab, und es hat sich ein neues, größeres Alken gebildet. Dieses besteht aus genau doppelt so vielen C-Atomen wie das ursprüngliche Alken. Das Alken (hier Buten) hat sich also quasi verdoppelt, und daher bezeichnet man eine solche Reaktion auch als Dimerisierung.

9.2.2 Polymerisierungen

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

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.

9.2.3 Ringbildungen

Bei der Dimerisierung (9.2.1) entstand zunächst durch Protonierung der Doppelbindung ein Carbenium-Ion, das sich dann im zweiten Schritt als Elektrophil an die Doppelbindung eines anderen Moleküls anlagerte.

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:

Text
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende

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.

9.3 Was sagt die Fachliteratur?

Auf die Dimerisierung wird in jedem Buch ausführlich eingegangen, handelt es sich doch um ein wichtiges industrielles Verfahren, das unter anderem zur Synthese von Isooctan verwendet wird.

Die Polymerisierungen werden meistens in eigenen Kapiteln zum Thema Kunststoffchemie ausführlich behandelt, während auf die Ringbildung von Dienen kaum eingegangen wird. Wahrscheinlich ist diese Reaktion nicht so gut durchführbar oder sie hat keine besondere wirtschaftliche Bedeutung.