Reactie tussen 2 alkenen in zuur midden

[FructoseFather]

Dag iedereen

Twee alkenen kunnen met elkaar reageren in zuur midden. In een eerste stap wordt één van de alkenen geprotoneerd. In een tweede stap reageert het carbokation met het tweede alkeen. In de derde stap wordt het product gedeprotoneerd.
Schrijf het mechanisme uit voor de vorming van het hoofdproduct uit twee moleculen styreen (vinylbenzeen).

Ik zit een beetje vast met het mechanisme. In het boek: Organic chemistry van Bruice vind ik dit niet terug in het hoofdstuk van additiereacties. Valt dit onder een ander hoofdstuk misschien. De vraag zelf komt uit een set oefeningen los van het boek. In bijlage heb ik het mechanisme toegevoegd. Ik vraag me af hoe je in de derde stap het product kunt deprotoneren?
Want die koolstof is toch sp3 gehybridiseerd en dat is toch helemaal niet zo zuur? Zie ik iets over het hoofd?

Groetjes

FructoseFather

[FructoseFather]

Dat heeft volgens mij te maken met de stabilisatie van de negatieve lading die er dan ontstaat. Als je dat doet op de plek waar dat ik dat doe in die foto dat krijg je twee tegengestelde ladingen zeer kort bij elkaar. Het vrije elektronenpaar kan omklappen en een dubbele binding wordt gevormd waardoor er geen ladingen meer zijn.

[Marko]

Je interpretatie klopt, met dien verstande dat dat in 1 keer gebeurt. Het proton wordt overgedragen aan een base (in dit geval H₂O), en in dezelfde spat klapt het elektronenpaar dat eerst de C-H binding vormde om naar het carbokation, waardoor een dubbele binding ontstaat en de positieve lading van het carbokation wordt geneutraliseerd.

Omdat hierdoor een carbokation wordt opgeheven en weer aan de octetregel wordt voldaan is het gunstig om de H⁺ af te splitsen, met andere woorden, het is een sterk zuur.

Inderdaad is een sp³ gehybridiseerd C-atoom geen sterk zuur, maar dat verandert dus zodra er een carbokation naast zit. Zie ook de opmerkingen in dit bericht.

De reactie die je in de laatste stap ziet is in feite het omgekeerde van de eerste stap in een additiereactie aan een alkeen.
Teken hem maar eens andersom, met je eindproduct als alkeen en H₃O⁺ als proton-donor. Die eerste stap is normaal ongunstig (intermediair ligt een stuk hoger in energie), dus omgekeerd: het afsplitsen van een H⁺ en de vorming van je eindproduct in de laatste stap gaat naar beneden in energie en is gunstig.

Dat deze reactie niet in Bruice staat klopt, maar dat mag geen probleem zijn (en dat was het ook niet). Als je herkent dat een alkeen na protonering een elektrofiele plaats heeft, en je bedenkt dat een alkeen zelf een nucleofiel is, dan kun je beredeneren hoe het eindproduct eruit zou kunnen zien.

De opgave vind ik alleen een beetje zwak. Het getoonde product is namelijk niet het hoofdproduct in deze reactie. Het carbokation dat na stap 2 ontstaat bevindt zich immers tussen enorm veel andere styreenmoleculen, en in verhouding maar een klein beetje H₂O. Wat ligt er dan meer voor de hand?

[FructoseFather]

Dat er eerder een ander styreenmolecule het carbokation zal aanvallen, toch?

[Marko]

Inderdaad. En vervolgens kan dit nog een keer gebeuren, en nog een keer, en nog een keer, enzovoort.

Wat ontstaat is polystyreen, al wordt polystyreen in de praktijk niet zo gemaakt.

Zie ook het laatste hoofdstuk in Bruice, Synthetic polymers, onder het kopje cationic polymerization.