Диеновые углеводороды их химическое строение, получение и практическое значение.

План ответа:

1. Определение диеновых углеводородов.
2. Общая формула.
3. Сопряженные и кумулированные двойные связи.
4. Виды изомерии.
5. Номенклатура диеновых углеводородов.
6. Физические свойства.
7. Получение.
8. Химические свойства.
9. Практическое значение (природный каучук).

Алкадиены - это непредельные углеводороды, содержащие две двойные связи. Общая формула алкадиенов С_nH_2n-2.

--Если двойные связи разделены в углеродной цепи двумя или более одинарными связями, то такие двойные связи называются изолированными. Химические свойства алкадиенов с изолированными двойными связями не отличаются от свойств алкенов с той лишь разницей, что в реакцию могут вступать не одна, а две двойные связи не зависимо друг от друга.

--Если двойные связи разделены в цепи только одной одинарной связью, то их называют сопряженными. Важнейшие представители сопряженных диенов:

         CH₂═ CH― СН═СН₂                    CH₂═ C(СН₃)―СН═СН₂

              бутадиен-1,3                                 изопрен

--Существуют также диены с системой С=С=С, называемые алленами, такие двойные связи являются кумулированными. Первый член гомологического ряда—аллен

 CH₂═ C═СН₂

Далее мы будем рассматривать только сопряженные диены, имеющие большое практическое значение.

 

 Изомерия

Для алкадиенов характерны те же виды изомерии, что и для алкенов: а) изомерия углеродного скелета, б) изомерия положения двойных связей,             

в) пространственная изомерия.

                        1   2   3    4 5

Например: а) CH₂═ CH― CH― СН═СН₂ 3-метилпентадиен-1,4

                                           |

                                         СН₃     

                       1   2   3 4 5

                б) CH₂═ CH― C═ СН―СН₃   3-метилпентадиен-1,3

                                           |

                                         СН₃ 

   

 Номенклатура

    Главную цепь в диеновых выбирают так, чтобы она содержала обе двойные связи, и нумеруют с того конца, при котором сумма номеров положений двойных связей минимальна. В названии соответствующего алкана окончание –ан меняется на окончание –диен.

 

Физические свойства

 Ален – бесцветный газ с t_пл = ―136,2 ºС и t_кип = ―34,5ºС.

 Бутадиен-1,3 – легко сжижающийся газ с неприятным запахом.

 Изопрен – жидкость с t_кип 34ºС.

 

Получение

а) Дегидрированием и дегидратацией этилового спирта (реакция Лебедева) получают бутадиен-1,3.

                                                      t,Al₂O₃,ZnO

 СН₃―СН₂―ОН + ОН―СН₂―СН₃    ――→ CH₂═ CH― СН═СН₂ +                     этанол                                                                                        +2НОН+ Н₂ 

б) Дегидрирование алканов

                                         t,Cr₂О₃

СН₃―СН₂―СН₂―СН₃ → CH₂═ CH―СН═СН₂ +2Н₂

        бутан                                 бутадиен-1,3

                                        t,Cr₂О₃

СН3―СН―СН₂―СН3 → CH₂═ C―СН═СН₂   

            |                                           |

          СН₃                                      СН₃               

 

     2-метилбутан                   2-метилбутадиен (изопрен)

 

 Химические свойства

а) Вступают в реакции присоединения.

 

  CH₂═ CH―СН═СН₂+Br-Br→ CH₂Br― CH═СН―СН₂Br

   бутадиен-1,3                           1,4-дибромбутен-2

 

  CH₂═ CH―СН═СН₂+Br-Br→CH₂Br― CHBr―СН═СН₂

  бутадиен-1,3                            1,.2-дибромбутен-3

 

б) Вследствие наличия двойных связей бутадиеновые углеводороды довольно легко вступают в реакции полимеризации. Продуктом полимеризации 2-метилбутадиена-1,3 (изопрена) является природный каучук.

  n CH₂═ C―СН═СН₂→ Н₃С   Н

                   |                           \    /

                СН₃                         С═С

     изопрен                           /  \           

                                            ―СН₂ СН₂― n

                                              изопреновый каучук – природный каучук.

                                          (цис-форма)

Природный каучук

Натуральный каучук содержится в млечном соке дерева гевеи и ряда других растений.

Природный каучук благодаря эластичности очень устойчив к износу. Ценным его свойством является так же водо- и газонепроницаемость. Кроме того, он является хорошим электроизолятором.

Каучук в воде практически не растворяется. В этиловом спирте растворимость небольшая, а в сероуглероде, хлороформе и бензине он сначала набухает, а затем растворяется.

У природного каучука есть ряд недостатков. При повышенной температуре он становится мягким и липким, а на холоде - твёрдым и хрупким. При долгом хранении каучук твердеет.

Для устранения перечисленных недостатков каучук вулканизируют.

Вулканизация—это нагревание каучука с серой при температуре 130-140ºС. При этом атомы серы присоединяются по месту некоторых двойных связей и как бы ''сшивают'' молекулы друг с другом.

 

 

                  |                     |

        Н₃С S Н      СН₃ S Н

          \  | /             \   | /

           С―С                 С―С

          / \ \               / \ \

… ―СН₂ S СН₂ ― СН₂ S CH₂―…

                |                         |

     Н₃С S Н      СН₃ S Н

       \   | /             \    | /

        С― С                 С― С

       / \ \               / \ \

… ―СН₂ S СН₂   ― СН₂   S CH₂―…

             |                         |

Перед вулканизацией каучука в качестве наполнителей используют также различные красители. В результате процесса вулканизации получают резину, которая значительно прочнее не вулканизированного каучука. Если к каучуку при вулканизации добавляют больше серы, чем её требуется для образования резины, то получают эбонит – твёрдый эластичный материал.