Oxidačně-redukční reakce, polymerace, substituční reakce

1.  Redukce alkenů – hydrogenace

Charakteristickou redukční reakcí alkenů je katalytická hydrogenace, běžně považovaná za radikálovou adici, i když se mechanismem výrazně liší od ostatních radikálových reakcí alkenů.

Hydrogenace je adice vodíku, která probíhá v přítomnosti hydrogenačních katalyzátorů (Ni, Pd, Pt nebo Raneyův nikl).

Reakce probíhá na povrchu kovového katalyzátoru, na který se nejprve adsorbuje molekula vodíku, která se potom rozpadne na atomy a ty pokryjí povrch kovu – hovoříme o tzv. chemisorpci. Alken se díky svým pohyblivým π-elektronům adsorbuje také a snadno reaguje s vodíkem adsorbovaným v své blízkosti. Dvojná vazba přitom zaniká („nasytí se“) a vzniká alkan, který již nemá π–elektrony, a proto uvolní místo na povrchu katalyzátoru další molekule alkenu.

Hydrogenace alkenů tedy vede k nasycení dvojné vazby za vzniku alkanů.

Reakce se neomezuje na jednoduché alkeny, ale probíhá i u dienů a polyenů, cykloalkenů a derivátů uhlovodíků, které vedle dvojné vazby obsahují další substituenty, jež se mohou, ale nemusí redukovat současně s touto dvojnou vazbou.

Protože oba atomy vodíku přistupují k alkenu z jedné strany, probíhá hydrogenace jako tzv. cis adice (syn adice).

2.  Oxidace alkenů

Oxidace alkenů probíhá velmi snadno a vede k různým produktům v závislosti na typu oxidačního činidla a na reakčních podmínkách. Mírnější oxidační činidla, jako jsou oxid osmičelý, manganistan draselný v neutrálním prostředí nebo peroxykyseliny, oxidují násobnou vazbu se zachováním uhlíkatého skeletu a jednoduché vazby mezi oxidovanými atomy uhlíku.

Silnější oxidační činidla, jako ozon a manganistan draselný v kyselém prostředí, pak spolu s dvojnou vazbou oxidují i vazbu jednoduchou. Dochází tak k rozštěpení molekuly na menší fragmenty.

Velký průmyslový význam má oxidace ethenu na oxiran vzdušným kyslíkem za přítomnosti stříbra:

3.  Polymerace alkenů

Při této reakci dochází k řetězové adici mnoha molekul alkenů. Jednotlivé molekuly alkenu se nazývají monomery. Polymerace je velmi důležitou průmyslovou reakcí, která slouží k výrobě mnoha polymerů s širokým využitím.

Obecně lze polymeraci znázornit schématem:

4.  Substituční reakce alkenů

U vyšších alkenů (od tří uhlíků v řetězci) mohou v závislosti na podmínkách probíhat vedle adičních reakcí také substituce. Tyto reakce mají radikálový mechanismus a probíhají vždy na uhlíku, který sousedí s dvojnou vazbou (uhlíku v hybridním stavu sp³).

Bylo totiž zjištěno, že o jejich průběhu rozhoduje stabilita přechodně vznikajícího radikálu, přičemž právě nejstabilnější je radikál vznikající odštěpením vodíku z uhlíku sousedícím s dvojnou vazbou.

Tento radikál je dokonce ještě stabilnější než již dříve zmiňovaný terciární radikál, protože se může stabilizovat konjugací s π-elektrony dvojné vazby. Proto radikálová substituce u alkenů proběhne vždy na uhlíku vedle dvojné vazby.

Průmyslově významnou substituční reakcí je např. radikálová chlorace propenu, kterou se vyrábí allylchlorid.