6.15. Присоединение алкенов. Димеризация

В определенных условиях изобутилен под действием серной или фосфорной кислот превращается в смесь двух алкенов общей формулы Гидрирование каждого из этих алкенов дает один и тот же алкан — -три-метилпентан (разд. 4.34). Эти алкены являются изомерами и отличаются только положением двойной связи. (Задача: могут ли они быть цис-транс-изомерами, а не изомерами положения?) При помощи методов, обсуждаемых в разд. 6.22, показано, что эти два алкена имеют следующее строение:

Полученные алкены содержат в два раза больше атомов углерода и водорода, чем исходный изобутилен, поэтому их называют димерами изобутилена (ди= два, мера=часть), а реакцию — реакцией димеризации. Аналогично подвергаются димеризации и другие алкены.

Можно ли предложить приемлемый механизм этой димеризации? Имеется большое число изомерных октенов; если предложенный механизм объясняет образование тех двух соединений, которые действительно получаются, то это и будет его подтверждением.

Реакция катализируется кислотами; следовательно, можно написать стадию (1) — присоединение протона к изобутилену с образованием карбониевого иона, причем предпочтительным должно быть образование третичного карбониевого иона.

Карбониевый ион вступает в реакции, в процессе которых оболочка положительного заряженного атома углерода заполняется электронами до октета. Двойная углерод-углеродная связь является донором электронов, и карбониевый ион может легко образовать связь, приняв эти электроны.

Следовательно, можно написать стадию (2) — присоединение третичного бутильного карбониевого иона к изобутилену; в результате присоединения образуется более устойчивый -бутильный карбониевый ион.

На стадии (2) происходит соединение двух изобутиленовых остатков и образуется новый ион карбония.

Что же может происходить с этим новым карбониевым ионом? Возможно, он присоединится к другой молекуле алкена с образованием еще большей молекулы; при определенных условиях это действительно так. Однако известно, что в данных условиях реакция останавливается на стадии образования алкенов, содержащих восемь атомов углерода. Очевидно, карбониевый ион претерпевает уже известную нам реакцию, а именно теряет ион водорода [стадия (3)]. Поскольку отщепление иона водорода может происходить от любого из атомов углерода, находящихся рядом с положительно заряженным углеродом, то возможно образование двух соединений.

В действительности получены соединения, образование которых следовало ожидать на основании предложенного механизма. Сам факт возможности этого предсказания исходя из свойств карбониевого иона служит подтверждением теории карбониевых ионов в целом.

Следовательно, к списку реакций карбониевых ионов можно прибавить еще одну реакцию. Карбониевый ион может:

г) присоединяться к алкену с образованием большего карбониевого иона.