Alkadienes - nenasýtené uhľovodíky, ktoré zahŕňajú dve dvojité väzby. Všeobecný vzorec alkadiénov - CnH 2n-2.

Ak sú dvojité väzby v uhlíkovom reťazci medzi dvoma alebo viacerými atómami uhlíka, potom sa tieto väzby nazývajú izolovaný... Chemické vlastnosti takýchto diénov sa nelíšia od alkénov, do reakcie vstupujú iba 2 väzby, a nie jedna.

Ak sú dvojité väzby oddelené iba jednou σ - odkaz, potom ide o konjugovaný odkaz:

Ak dién vyzerá takto: C \u003d C \u003d C, potom sa takáto väzba kumuluje a dién sa nazýva - allen.

Štruktúra alkadiénov.

π -elektrónové oblaky dvojitých väzieb sa navzájom prekrývajú a tvoria jeden π -oblačno. V konjugovanom systéme sú elektróny delokalizované cez všetky atómy uhlíka:

Čím je molekula dlhšia, tým je stabilnejšia.

Izoméria alkadiénov.

Pre dienes charakteristická je izoméria uhlíkového skeletu, izoméria polohy dvojných väzieb a priestorová izoméria.

Fyzikálne vlastnosti alkadiénov.

Butadién-1,3 je ľahko skvapalnený plyn s nepríjemným zápachom. Isoprén je tekutý.

Získavanie cudzincov.

1. Dehydrogenácia alkánov:

2. Lebedevova reakcia (súčasná dehydrogenácia a dehydratácia):

Chemické vlastnosti alkadiénov.

Chemické vlastnosti alkadiénov sú spôsobené prítomnosťou dvojitých väzieb. Adičná reakcia môže prebiehať v 2 smeroch: 1,4 a 1,2 - adícia. Napríklad,

Definícia, homológne série, nomenklatúra alkadiénov.

Alcadienes -organické zlúčeniny, uhľovodíky alifatickej (acyklickej) nenasýtenej povahy, v molekule ktorých sú medzi atómami uhlíka dve dvojité väzby a ktoré zodpovedajú všeobecnému vzorcu CnH2n -2, kde n \u003d 3 alebo n\u003e 3. Tiež sa nazývajú diénové uhľovodíky.

Najjednoduchšie alkadiény sú propadién.

Homologická séria.

Všeobecný vzorec pre diénové uhľovodíky je CnH2n-2. Názov alkadiénov obsahuje koreň, ktorý označuje počet atómov uhlíka v uhlíkovom reťazci, a príponu -dién („dve“, „dvojité väzby“), čo naznačuje, že zlúčenina patrí do tejto triedy.

C 3 H 4 - propadién

C4H6-butadién

C5H8 - pentadién

C6H10-hexadién

C7H12 - heptadién

C 9 H 16 - nonadien

Nomenklatúra alkadiénov.

1. Výber hlavného obvodu.Tvorba nomenklatúry IUPAC pre uhľovodíky začína definíciou hlavného reťazca - najdlhšieho reťazca atómov uhlíka v molekule. V prípade alkadiénov musí byť hlavný reťazec vybraný tak, aby obsahovali obidve dvojité väzby.

2. Číslovanie atómov hlavného reťazca.Číslovanie atómov hlavného reťazca sa začína od konca, od ktorého sú bližšie, v poradí podľa priority (väčšinou):

viacnásobná väzba → substituent → uhľovodíkový radikál .

Tých. pri číslovaní v definícii názvu alkadiénovej polohy viacnásobné pripojenie má prednosť pred ostatnými.

Atómy v reťazci by mali byť očíslované tak, aby atómy uhlíka spojené dvojitými väzbami dostali minimálny počet.

Ak podľa polohy dvojitých väzieb nie je možné určiť začiatok číslovania atómov v reťazci, potom je to určené polohou substituentov rovnako ako v prípade alkénov.

3. Formácia mena., Za koreňom označujúci počet atómov uhlíka v reťazci a prípona –Dien,označujúce príslušnosť zlúčeniny k triede alkénov, cez koniec názvu označiť umiestnenie dvojitých väzieb v uhlíkovom reťazci, t.j. počet atómov uhlíka, pri ktorých začínajú dvojité väzby.

Ak existujú substituenty, potom sú na začiatku názvu uvedené čísla - počet atómov uhlíka, na ktorých sú substituenty umiestnené. Ak je na danom atóme niekoľko substituentov, potom sa zodpovedajúce číslo v názve dvakrát opakuje a oddeľuje sa čiarkami (2,2-). Za číslom počet substituentov ( di - dva, tri - tri, tetra- štyri, penta- päť) a názov substituentu (metyl, etyl, propyl). Potom bez medzier a pomlčiek názov hlavného reťazca. Hlavný reťazec sa označuje ako uhľovodík - člen homológnej série vlkadiénov (propadién, butadién, pentadién atď.).

Alkadienes (diény) sú nenasýtené alifatické uhľovodíky, ktorých molekuly obsahujú dve dvojité väzby. Všeobecný vzorec alkadiénov C n H 2n -2.

Vlastnosti alkadiénov vo veľkej miere závisia od vzájomného usporiadania dvojitých väzieb v ich molekulách. Na tomto základe sa rozlišujú tri typy dvojitých väzieb u diénov:

1) izolovaný dvojité väzby sú v reťazci oddelené dvoma alebo viacerými s-väzbami:

CH2 \u003d CH - CH2 –CH \u003d CH2 (oddelené sp 3 atómy uhlíka, také dvojité väzby sa na seba nevzťahujú vzájomný vplyv a vstúpiť do rovnakých reakcií ako dvojitá väzba v alkénoch);

2) kumulované dvojité väzby sú umiestnené na jednom atóme uhlíka:

CH2 \u003d C \u003d CH2 (podobné diény (allény) sú menej stabilné ako iné diény a pri zahrievaní v alkalickom prostredí sa preskupujú na alkíny);

3) konjugovať dvojité väzby sú oddelené jednou s-väzbou:

CH2 \u003d CH - CH \u003d CH2.

Najväčší záujem je o konjugovaných diénov. Líšia sa charakteristickými vlastnosťami kvôli elektronická štruktúra molekuly, menovite spojitá sekvencia štyroch sp 2 - atómy uhlíka. Všetky atómy uhlíka ležia v rovnakej rovine a tvoria s-kostru. Nehybridizované p-orbitaly každého atómu uhlíka sú kolmé na rovinu s-skeletu a sú navzájom rovnobežné, navzájom sa prekrývajú a vytvárajú jediný oblak p-elektrónov. Tento zvláštny druh vzájomného ovplyvňovania atómov sa nazýva konjugácia.

Prekrývajúce sa p-orbitaly molekuly butadiénu sa odohráva nielen medzi C1 - C2, C3 - C4, ale aj medzi C2 - C3. V tejto súvislosti sa používa pojem „spojený systém“. Dôsledkom delokalizácie elektrónovej hustoty je to, že dĺžky väzieb C1 - C2 (C3 - C4) sú zvýšené v porovnaní s dĺžkou dvojitej väzby v etyléne (0,132 nm) a sú 0,137 nm; potom je dĺžka väzby C3 - C4 kratšia ako dĺžka v etáne C - C (0,154 nm) a je 0,146 nm. Energicky priaznivejšie sú diény s konjugovaným systémom dvojitých väzieb.

Nomenklatúra alkadiénov

Podľa pravidiel IUPAC musí hlavný reťazec molekuly alkadiénu obsahovať obe dvojité väzby. Číslovanie atómov uhlíka v reťazci sa vykonáva tak, aby dvojité väzby dostávali najnižšie čísla. Názvy alkadiénov sú odvodené od mien zodpovedajúcich alkánov (s rovnakým počtom atómov uhlíka) s pridaním koncovky - dién.

Typy izomérie alkadiénov:

Štrukturálny izomerizmus:

1) izomerizmus polohy konjugovaných dvojitých väzieb;

2) izoméria uhlíkového skeletu;

3) medzitrieda (izomérna s alkínmi)

Priestorová izoméria - diény s rôznymi substituentmi na atómoch uhlíka na dvojitých väzbách, ako sú alkény, vykazujú cis-trans izomériu.

Metódy získavania alkadiénov

Chemické vlastnosti alkadiénov

Pre konjugované diény sú charakteristické adičné reakcie (reakcie 1, 2). Prítomnosť konjugovaného systému p-elektrónov vedie k zvláštnostiam adičných reakcií. Konjugované diény sú schopné viazať sa nielen na dvojité väzby (C1 a C2, C3 a C4), ale aj na terminálne (C1 a C4) atómy uhlíka vytvorením dvojitej väzby medzi C2 a C3. Pomer 1,2- a 1,4-adičných produktov závisí od teploty, pri ktorej sa experiment uskutočňoval, a od polarity použitého rozpúšťadla.

Redukcia (reakcia 3) pomocou sa nazýva redukcia vodíka v čase izolácie (vodík sa uvoľňuje pri reakcii sodíka a alkoholu). Alkény sa za takýchto podmienok neredukujú; ide o charakteristickú vlastnosť konjugovaných diénov.

Polymerizácia (reakcia 4) je najdôležitejšou vlastnosťou konjugovaných diénov, ku ktorej dochádza pri pôsobení rôznych katalyzátorov (AlCl3, TiCl4 + (C2H5) 3Al) alebo svetla. V prípade použitia určitých katalyzátorov je možné získať polymerizačný produkt s určitou konfiguráciou reťazca.

Konfigurácia cis je z prírodného kaučuku. Makromolekuly prírodného kaučuku majú štruktúru špirálovitého reťazca vďaka skutočnosti, že izoprénové jednotky sú ohnuté, čo vytvára priestorové prekážky usporiadanému usporiadaniu reťazí. V kaučuku sú dlhé molekuly stočené do špirál navzájom zapletených. Po natiahnutí gumy sa špirály roztiahnu a po uvoľnení napätia sa opäť krútia. V prírode existuje ďalší izoprénový polymér, gutaperča (trans konfigurácia). Gutaperča má tyčovú štruktúru reťazca vďaka narovnaniu izoprénových článkov (reťaze s trans-konfiguráciou dvojitých väzieb môžu byť umiestnené jeden vedľa druhého); preto je gutaperča tvrdý, ale krehký polymér. Len málo krajín má prírodný kaučuk, a preto ho nahrádzajú syntetické gumy z divinylu a tiež z izoprénu.

Pre praktické použitie sa gumy menia na gumu.

Guma je vulkanizovaná guma s plnidlom (sadze). Podstata procesu vulkanizácie spočíva v tom, že zahriatie zmesi gumy a síry vedie k vytvoreniu trojrozmernej sieťovej štruktúry lineárnych makromolekúl gumy, ktorá jej dodáva vyššiu pevnosť. Atómy síry sú pripojené prostredníctvom dvojitých väzieb makromolekúl a vytvárajú medzi nimi zosieťované disulfidové mostíky.

Sieťovaný polymér je odolnejší a vykazuje zvýšenú pružnosť - vysokú pružnosť (schopnosť vysokých reverzibilných deformácií).

V závislosti od množstva sieťovacieho činidla (síry) je možné získať sieťky s rôznymi frekvenciami zosieťovania. Extrémne zosieťovaný prírodný kaučuk - ebonit - nemá elasticitu a je tvrdým materiálom.

Alkadiény sú klasifikované ako uhľovodíky a majú dve dvojité väzby. Aké fyzikálne a chemické vlastnosti alkadiénov sú známe a aká je zvláštnosť týchto zlúčenín?

Všeobecná charakteristika alkadiénov

Alkadiény sú nenasýtené uhľovodíky s dvoma dvojitými väzbami uhlík-uhlík. Ak sú v alkodiénoch dvojité väzby medzi dvoma alebo viacerými atómami uhlíka, potom sa tieto väzby považujú za izolované.

Obrázok: 1. Alkadiény štruktúrny vzorec.

Izolované alkodiény sa svojimi chemickými vlastnosťami správajú rovnako ako alkény. Iba na rozdiel od alkénov vstupujú do reakcie dve väzby, a nie jedna.

Diény môžu byť kvapalné alebo plynné. Nižšie diény sú bezfarebné kvapaliny a butadién a allén sú plyny. Butadién je východiskový materiál pre výrobu gumy.

Obrázok: 2. Butadién.

Dienes možno rozdeliť do troch typov:

• konjugované, v ktorých sú dvojité väzby oddelené jednoduchými;
• allény s dvojitými väzbami;
• diény s izolovanými väzbami, v ktorých sú dvojité väzby oddelené niekoľkými jednoduchými väzbami.

Chemické vlastnosti alkadiénov

Chemické vlastnosti zlúčenín závisia od dvojitých väzieb. Alkadiény sú charakterizované adičnou reakciou. Ak sú v diénovom uhľovodíku dve dvojité väzby umiestnené cez jednu jednoduchú väzbu (konjugovaná poloha), potom sa dodatočne prekrýva elektrónová hustota p-oblakov dvoch p-väzieb cez jednu väzbu. Tento elektronický efekt sa nazýva konjugačný efekt alebo mezomérny efekt. Výsledkom je, že väzby sú zosúladené v dĺžke a energii a vytvára sa jediný elektronický systém s delokalizáciou n-väzieb. Molekula môže reagovať v dvoch smeroch, pričom výťažok produktov závisí od stability karbokácií.

Ak pozícia dvojitých väzieb v alkadiéne nie je konjugovaná, potom reakcia najskôr prebieha pozdĺž ktorejkoľvek z týchto dvoch väzieb. Keď sa pridá činidlo, dôjde k postupnému pripojeniu na ďalšiu väzbu s tvorbou obmedzujúcej zlúčeniny.

Adičná reakcia môže prebiehať v 2 smeroch: 1,4 a 1,2 - adícia. Napríklad,

CH2 \u003d CH-CH \u003d CH2 + Br2 \u003d CH2 \u003d CH + CHBr \u003d CH2Br

CH2 \u003d CH-CH \u003d CH2 + Br2 \u003d BrCH2 -CH \u003d CH-CH2Br

Alkadiény sú tiež schopné polymerizácie:

nCH2 \u003d CH-CH \u003d CH2 \u003d (-CH2-CH \u003d CH-CH2-) n.

Polymerizácia je tvorba veľkej molekuly molekulová hmotnosť kombináciou mnohých molekúl s viacerými väzbami.

Diény s izolovanými väzbami

Ak sú dvojité väzby v uhlíkovom reťazci oddelené dvoma alebo viacerými jednoduchými väzbami (napríklad pentadién-1,4), potom sa tieto dvojité väzby nazývajú izolované. Chemické vlastnosti alkadiénov s izolovanými dvojitými väzbami sa nelíšia od vlastností alkénov, iba s tým rozdielom, že do reakcie môžu vstúpiť nezávisle na sebe nie jedna, ale dve dvojité väzby.

CH2 \u003d CH-CH2-CH \u003d CH2-pentadién-1,4

CH2 \u003d CH - CH2 - CH2 - CH \u003d CH2 hexadién-1,5

Konjugované diény

Ak sú dvojité väzby v reťazci oddelené iba jednou jednoduchou s-väzbou, potom sa nazývajú konjugované. Najvýznamnejší predstavitelia konjugovaných diénov:

CH2 \u003d CH - CH \u003d CH2-butadién-1,3 (divinyl)

2-metylbutadién-1,3 (izoprén)

Diéni s kumulovanými dlhopismi

Existujú aj diény so systémom C \u003d C \u003d C, nazývané alény - dvojité väzby sa nachádzajú na jednom atóme uhlíka, také dvojité väzby sa nazývajú kumulované. Napríklad:

Prvým členom homológnej série je propadién (allén) CH2 \u003d C \u003d CH2: bezfarebný plyn s tn \u003d \u003d 136,2 ° C a t \u003d \u003d 34,5 ° C.

H2C \u003d C \u003d CH-CH2-CH3-pentadién-1,2

Štruktúra konjugovaných alkadiénov

V konjugovaných diénoch sa p-elektrónové oblaky dvojitých väzieb prekrývajú a vytvárajú jediný π-elektrónový mrak. V konjugovanom systéme p-elektróny už nepatria do určitých väzieb, sú delokalizované na všetky atómy, takže štruktúru diénov je možné znázorniť nasledovne (na príklade butadiénu):

Prerušované čiary ukazujú oblasť delokalizácie elektrónov a označujú poradie medzi väzieb medzi C - C a C \u003d C. Konjugačný reťazec môže obsahovať veľké množstvo dvojitých väzieb. Čím je dlhší, tým je delokalizácia p-elektrónov vyššia a molekula je stabilnejšia.

Izoméria a nomenklatúra

Pre alkadiény sú charakteristické rovnaké typy izomérie ako pre alkény:

1) izoméria uhlíkového skeletu;

2) izomerizmus polohy dvojitých väzieb;

3) cis-trans izoméria.

Nomenklatúra

Hlavný reťazec v diénoch je vybraný tak, aby obsahoval obidve dvojité väzby, a je číslovaný od konca, pri ktorom je súčet počtu pozícií dvojitých väzieb minimálny. V mene zodpovedajúceho alkánu sa koncovka -an nahrádza -diénom.

Fyzikálne vlastnosti

Butadién-1,3 je ľahko skvapalnený plyn s nepríjemným zápachom. Isoprén je kvapalina s bodom varu 34 ° C.

Príjem

Butadién-1,3

1. Dehydrogenácia a dehydratácia etanolu - Lebedevova reakcia

2. Dehydrogenácia n. bután

Isoprén

Dehydrogenácia 2-metylbutánu

Chlórprén (2-chlórbutadién-1,3)

Dimerizácia acetylénu a hydrochlórovanie výsledného vinylacetylénu

1. etapa:

2. etapa:

Chemické vlastnosti

Alkadiény sú charakterizované obvyklými reakciami elektrofilnej adície A E, charakteristickou pre alkény. Najdôležitejšie sú diény s konjugovanými väzbami, pretože sú surovinou na výrobu kaučukov. Chemické správanie týchto diénov má vlastnosti spôsobené prítomnosťou konjugácie v ich molekulách. Funkciou konjugovaných diénov je, že dve dvojité väzby v ich molekulách fungujú ako jeden celok, preto adičné reakcie môžu prebiehať v dvoch smeroch: a) na jednu z dvojitých väzieb (1,2-adícia) alebo b) do krajných polôh konjugovaného systému s vytvorením novej dvojitej väzby v strede systému (1,4-prídavok).

1. Adičné reakcie

Pridanie brómu k butadiénu môže viesť k dvom produktom:

1,2-pripojenie

CH2 \u003d CH - CH \u003d CH2 + Br2 → CH2 \u003d CH - CHBr - CH2Br

1,4-pripojenie

CH2 \u003d CH - CH \u003d CH2 + Br2 → Br CH2 - CH \u003d CH - CH2Br

Výber činidiel a reakčných podmienok umožňuje, aby bolo pridanie smerované v ktoromkoľvek z dvoch smerov.

2. Polymerizačné reakcie (vznikajú syntetické gumy)

2. Najdôležitejšou vlastnosťou diénov je ich schopnosť polymerizácie, ktorá sa používa na získanie syntetických kaučukov. Pri polymerácii butadién-1,3, ktorý sa uskutočňuje ako prídavok 1,4, sa získa butadiénový kaučuk:

nСН 2 \u003d СН - СН \u003d СН 2 → (-СН 2 - СН \u003d СН - СН 2 -) n

Použitie organokovových katalyzátorov v tejto reakcii umožňuje získať gumu s pravidelnou štruktúrou, v ktorej majú všetky články reťazca cis-konfigurácia. Podobnou reakciou s izoprénom sa získa syntetický izoprénový kaučuk, ktorý má podobnú štruktúru a vlastnosti ako prírodný kaučuk:

nСН 2 \u003d С (СН 3) - СН \u003d СН 2 → (-СН 2 - С (СН 3) \u003d СН - СН 2 -) n

Aplikácia

Hlavnou oblasťou použitia alkadiénov je syntéza kaučukov.

Gumy

Dienové uhľovodíky polymerizujú a kopolymerizujú s rôznymi vinylovými monomérmi za vzniku kaučukov, z ktorých sa počas procesu vulkanizácie získavajú rôzne druhy kaučukov.