Полимеризация алкенов

1. Полимеризация – реакция образования высокомолекулярного соединения (полимера) путем последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) по схеме:

n M  M _n

Число n называется степенью полимеризации. Реакции полимеризации алкенов идут в результате присоединения по кратным связям:

кат.

n CH₂=CH₂  (–CH₂–CH₂–)_n

полиэтилен

кат.

n CH₂=CH  (–CH₂–CH–)_n

 

СН₃ СН₃

пропилен полипропилен

2. Димеризация алкенов – образование димера (удвоенной молекулы) в результате реакции присоединения. В присутствии минеральной кислоты (донора протона Н⁺) происходит присоединение протона по двойной связи молекулы алкена. При этом образуется карбокатион:

+

СН₃C=CH₂ + Н⁺  CH₃ C СН₃

 

СН₃ СН₃

изобутилен трет- бутилкатион

Этот карбокатион присоединяется к следующей молекуле алкена с образованием «димерного карбокатиона»:

+ +

CH₃ C СН₃ + СН₃C=CH₂  (СН₃)₃ССН₂ССН₃

  

СН₃ СН₃ СН₃

«димерный карбокатион»

«Димерный карбокатион» стабилизируется путем выброса протона, что приводит к продуктам димеризации алкена – смеси изомерных диизобутиленов (2,4,4-триметипентена-2 и 2,4,4-триметилпентена-1):

Н

 +

(СН₃)₃ССНССН₃  (СН₃)₃ССН=С СН₃

 –Н⁺ 

СН₃ СН₃

2,4,4-триметилпентен-2

и

Н

+ 

(СН₃)₃ССН₂ССН₂  (СН₃)₃ССН₂ С=СН₂

 –Н⁺ 

СН₃ СН₃

2,4,4-триметилпентен-1

Этот процесс протекает при обработке изобутилена (2-метипропена) 60 % серной кислотой при температуре 70 С. Образовавшаяся в результате смесь диизобутиленов подвергается гидрированию с целью получения «изооктана» (2,2,4-триметилпентана), который применяется для улучшения антидетонационной способности бензина («изооктан» – стандарт моторного топлива с октановым числом 100).

Подобно реакции димеризации алкенов происходит их полимеризация, только процесс не останавливается на стадии образования димера, а идет дальше и включает в себя множество стадий присоединения молекул алкена к растущему карбокатиону.

Реакции окисления алкенов

Строение продуктов окисления алкенов зависит от условий реакции и природы окислителя.

1. Мягкое окисление алкенов водным раствором перманганата калия приводит к образованию двухатомных спиртов (реакция Вагнера):

KMnO₄

СН₂=СН₂ + [O] + H₂O  HOCH₂CH₂OH

этилен этиленгликоль (этандиол)

Полное уравнение реакции:

3СН₂=СН₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O  3HOCH₂CH₂OH + 2KOH + 2MnO₂

Схема электронного баланса реакции окисления этилена раствором KMnO₄.

Полное уравнение реакции:

3СН₂=СН₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O  3HOCH₂CH₂OH + 2KOH + 2MnO₂

Электронный баланс:

2 MnO₄^ + 2 H₂O + 3e  MnO₂ + 4OH восстановление

3 C₂H₄ + 2 OH^  2e  C₂H₄(OH)₂ окисление

__________________________________________________________

2MnO₄^ + 4 H₂O + 3 C₂H₄  2 MnO₂ + 2 OH^ + 3 C₂H₄(OH)₂

В ходе этой реакции происходит обесцвечивание фиолетовой окраски водного раствора KMnO₄. Поэтому она используется как качественная реакция на алкены.

2. При жестком окислении алкенов кипящим раствором KMnO₄ в кислой среде происходит полный разрыв двойной связи:

KMnO₄ (H⁺), t

СН₃СН=СНСН₃ + 4 [O]  2 СН₃СООН

бутен-2 уксусная кислота

3. Промышленное значение имеет частичное окисление алкенов с образованием циклических оксидов, которые широко используются в органическом синтезе.

4. Полное окисление (горение):

2СnH_2n + 3n O₂  2n CO₂ + 2n H₂O +Q

С₂H₄ + 3 O₂  2 CO₂ + 2 H₂O + Q

Газообразные гомологи алкенов образуют с воздухом взрывчатые смеси.