Betrachten Sie die Strukturformeln folgender vier Butene:
Aufgabe
Nur eines dieser vier Butene reagiert mit Ethanol in einer elektrophilen Addition.
- Geben Sie mit Strukturformeln den vollständigen Reaktionsweg (mit Zwischenprodukten) an.
- Begründen Sie, welches dieser vier Butene mit Ethanol reagieren wird.
Lösung
Vollständiger Reaktionsweg mit Strukturformeln:
Das positiv geladene C-Atom dieses Carbenium-Ions ist nun das Angriffsziel für das nucleophile Ethanol-Molekül. Mit seinem negativ polarisierten O-Atom setzt sich das Ethanol-Molekül an das positiv geladene C-Atom. Es bildet sich ein instabiles Zwischenprodukt, das vom Aufbau her an ein Oxonium-Ion erinnert. Durch Abgabe eines Protons wird nicht nur ein stabiles Endprodukt erzeugt, sondern das anfangs eingesetze Proton wird wieder zurückgewonnen. Das Proton fungiert hier also als Katalysator. Beim Endprodukt handelt es sich um einen Vertreter aus der Stoffgruppe der Ether.
Begründung, warum nur eines der vier Butene mit Ethanol reagiert:
Nur das Buten-Isomer 2-Methyl-propen kann mit Ethanol reagieren. Durch Anlagerung eines Protons entsteht nämlich ein tertiäres Carbenium-Ion. Bei den anderen drei Buten-Isomeren würden nur sekundäre Carbenium-Ionen entstehen. Tertiäre Carbenium-Ionen sind deutlich stabiler als sekundäre oder primäre. Das liegt an dem +I-Effekt der Alkylgruppen. Alkylgruppen "schieben" Elektronen zum positiv geladenen C-Atom hin und erhöhen dadurch die Elektronendichte an diesem Atom. Dadurch wird die energetisch ungünstige Situation an diesem Atom etwas abgemildert, und das Carbenium-Ion wird stabilisiert. Drei Alkylgruppen haben natürlich einen stärkeren +I-Effekt als zwei Alkylgruppen.
Einwenden könnte man jetzt aber, dass der Angriff des Ethanol-Moleküls auf das tertiäre C-Atom sterisch durch die beiden Methylgruppen behindert wird. Ob solche sterischen/kinetischen Faktoren die Bildung des thermodynamisch günstigsten Carbenium-Ions tatsächlich beeinflussen, muss von Fall zu Fall im Experiment geklärt werden.