Агрессивность этанола в присутствии катализатора (Al2O3, MgO, ZnO) — промышленный процесс получения дивинила из этанола (синтез Лебедева).
Гомологический ряд алкадиенов
Углеводороды из гомологического ряда диенов или алкадиенов характеризуются высокой химической активностью благодаря особенностям их молекулярной структуры. Алкадиены по своей природе изменчивы по структуре, поэтому существует внутренняя классификация в гомологическом ряду. Свойства алкадиенов, относящихся к разным типам, значительно отличаются.
Основной особенностью алкадиенов является наличие двух двойных связей в углеродном скелете. Молекула содержит две пары атомов углерода с гибридизированными sp2 внешними электронными облаками. Это состояние атома характеризуется негибридной p-орбиталью, перпендикулярной плоскости, проходящей через центры взаимодействующих атомов.
Для каждой из этих пар атомов, помимо σ-связи, стабильно соединяющей их наименьшим расстоянием, образуется менее стабильная π-связь из-за перекрывания π-облаков. Комбинация (σ+π) представляет собой двойную связь C=C. При внешнем воздействии его π-компонент легче разрушается, обнажая пару атомов углерода, каждый из которых имеет одну валентность, для химических взаимодействий.
Поскольку диеновые углеводороды требуют двух валентностей для каждой пары атомов углерода для образования двойных связей, в молекуле не хватает четырех атомов водорода до полного насыщения. Химическая формула алкадиена имеет вид.
Типология диенов по взаимному положению двойных связей
Существует три типа соединений, в которых степень и характер взаимной интерференции связей C=C варьируется:
- Изолированные связи разделены двумя и более простыми связями C–C. По химическим свойствам такие соединения аналогичны алкенам, так как связи C=C не взаимодействуют между собой. Пример – гексадиен-1,4: CH2=CH–CH2–CH=CH–CH3.
- Кумулированные (алленовые) связи формируются тремя находящимися рядом углеродными атомами, как в молекуле пропадиена (аллена): CH2=C=CH2. Здесь плоскости, в которых функционируют -связи, взаимно перпендикулярны, что влечет за собой неустойчивость алленовой системы.
- Сопряженные системы возникают, когда связи C=C и C–C чередуются. В этом случае благодаря одинаковой ориентации осей всех перекрывающихся p-облаков их электроны образуют единую систему с равномерно распределенной плотностью, что приводит к укорочению
Эти типы соединений представляют наибольший интерес для практического применения.
Изомерия алкадиенов с сопряженной связью
Диены образуют как структурные, так и пространственные изомеры.
Структурная изомерия
Молекулы диенов можно различать следующим образом:
- наличие соединений других классов, имеющих тот же атомный состав, – межклассовых изомеров. К их числу относятся алкины и циклоалкены.
Пространственная изомерия
Стереоизомерия (геометрические различия) возникает из-за того, что фрагменты молекулы не могут вращаться вокруг кратной связи. Одинаковые заместители находятся либо по одну сторону от плоскости p-связи (цис-изомеры), либо по разные стороны (транс-изомеры) и влияют на реакционную способность.
Конформация молекул также важна. Таким образом, при вращении молекулы вокруг связи, соединяющей сопряженную систем у-C=C-C=C-, получаются вращательные изомеры (конформационные изомеры):
- цисоиды, или заслоненные конформеры, в которых радикалы одного типа в торцевой проекции налагаются друг на друга;
- трансоиды, или заторможенные конформеры, одинаковые радикалы которых разведены на максимальное расстояние.
В то время как геометрические изомеры связаны с неизменной конфигурацией молекулы углеводорода, вращательные изомеры могут переходить из одного состояния в другое.
В поперечной конфигурации молекула диена обладает малой энергией и поэтому менее реакционноспособна. Некоторые химические превращения, например, реакции синтеза диенов, происходят избирательно только при участии s-цис-конформера.
Реакция Дильса-Адлера бутадиен-1,3-этилен-циклогексен-дибинилэтилен .
Гомологи диенов и их номенклатура
Поскольку формула алкадиена содержит две кратные связи, гомологический ряд должен начинаться с соединения, содержащего три атома углерода. Название соединения образуется из корня, суффикс а-диен- и количества атомов с кратными связями. Например, H2C=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH3 — октадиен-1,4.
Гомологи алкадиенов перечислены в таблице ниже:
| Формула | Имя |
| C3H4 | Пропадиен |
| C4H6 | Бутадиен |
| C5H8 | Пентадиен |
| C6H10 | Гексадиен |
| C7H12 | Гептадиен |
| C8H14 | Октадиен |
| C9H16 | Нонадиен |
Alcadienes
Алкадиены — это ненасыщенные углеводороды, имеющие в молекуле две двойные связи C=C. Каждая из этих связей содержит сигма-связь (s-связь) и p-связь (p-связь).
Алкадиены также называют диеновыми углеводородами. Первым членом гомологического ряда является пропадиен — CH2=C=CH2. Общая формула для их гомологического ряда: CnH2n-2.
Номенклатура и изомеры алкадиенов
Названия алкадиенов образуются путем добавления суффикса «диен» к названию алкана с соответствующим номером: Пропадиен, бутадиен, пентадиен и т.д.
При наименовании алкадиена следует учитывать, что основная цепь атомов углерода обязательно должна содержать двойные связи. Нумерация атомов углерода в цепи начинается с того конца цепи, где двойная связь находится ближе всего. Атомы углерода, с которых начинается двойная связь, указываются в конце названия.
Атомы углерода, прилегающие к двойной связи, находятся в sp 2 гибридизации.
Алкадиены характеризуются изомерией углеродного скелета, положения двойной связи, изомерией между классами алкинов и пространственной геометрической изомерией в виде цис- и транс-изомеров.
К синтетическим эластомерам также относится бутадиен-1,3 (дивинил).
Классификация на основе положения двойной связи
-
Кумулятивные двойные облигации
Когда две двойные связи присоединены к одному и тому же атому углерода.
Пример — пропадиен-1,2 (алкен) — CH2=C=CH2
В молекуле аллена внешние атомы углерода sp 2-гибридизованы, а центральный атом s p-гибридизован.
В случае двух двойных связей, разделенных одинарной связью. Эта интерференция приводит к образованию связи в молекулах: образуется единое облако p-электронов.
Помните, что сигма-связи (σ-связи) перекрываются вдоль плоской линии, а π-связи (π-связи) перекрываются выше и ниже плоской линии (линии, соединяющей центры атомов).
Когда две двойные связи разделены двумя или более одинарными связями.
Получение алкадиенов
Реакция молекулы алкана, содержащей два атома галогена, со спиртовым (!) раствором щелочи приводит к алкадиену. В зависимости от расположения галогенов возможны несколько вариантов.
Поглощение происходит по правилу Зайцева: атом водорода поглощается соседним, менее гидрогенизированным атомом углерода.
В 1927 году Сергей Викторович Лебедев разработал первый промышленный процесс получения синтетического каучука из этилового спирта.
Благодаря своим свойствам водонепроницаемого, эластичного и электроизоляционного материала, резина занимает важное место в промышленности. Каучук вулканизируется для получения резины, используемой во всем мире.
Водород отделяется от молекулы алкана с образованием двойных связей. Дегидрирование происходит при высоких температурах и в присутствии катализатора.
Гомологи
Алкадиены отличаются от других классов наличием двух двойных связей. Общая формула диеновых углеводородов — CnH2n-2. Простейшим представителем этого класса является пропадиен. Он содержит три атома углерода, соединенных двойными связями. Пропадиен образует гомологический ряд алкадиенов. Названия гомологов соответствуют названиям алканов, оканчивающихся на «-диен». Примеры диеновых гомологов:
Физические свойства гомологов ряда пропадиена аналогичны свойствам алкенов. Пропадиен и бутадиен — это газы, которые легко переходят в жидкое состояние. Гомологи C5-C17 и их изомеры являются жидкостями. Высшие алкадиены с 18 и более атомами углерода являются твердыми веществами.
Изомерия
Гомологи пентадиена и выше образуют пространственные и структурные изомеры. Диены характеризуются геометрическими пространственными изомерами. Они образуют цис- и транс-изомеры.
Структурные изомеры основаны на углеродном скелете и положении кратных связей. При переносе метильной группы на другой атом углерода образуются структурные изомеры диена. Например, 2-метилбутадиен-1,3 или изопрен — это изомер пентадиена-1,3 с метильной группой на втором атоме углерода.
В зависимости от расположения связей между ними можно выделить три типа диенов:
- кумулированные – двойные связи находятся у одного атома углерода (СН2=C=CH2);
- сопряжённые – двойные связи разделены одинарной связью (CH2=CH-CH=CH2);
- изолированные – двойные связи разделены неограниченным количеством простых связей (CH2=CH-CH2-CH=CH=CH2).
Диены получают из этанола, нефтепродуктов и галогенных алканов.
Свойства
Благодаря наличию кратных связей диены могут участвовать в реакциях присоединения. Атомы соединяются друг с другом в точке разрыва связи. При этом в одних и тех же реакциях образуются вещества с различной структурой, в зависимости от положения кратных связей. В следующей таблице приведен обзор наиболее важных химических реакций диенов.
Реакция
Описание
Уравнение
Присоединение атомов водорода в присутствии никеля
Реакция протекает в жидкой среде (спиртовой или водной) в присутствии катализатора — хлорида лития.
Синтез синтетического каучука
Основное применение алкадиена — синтез каучука.
Какие соединения относят к диеновым углеводородам
Химия — царство чудес — скрывает судьбы человечества,
и величайшие успехи разума достигаются
сделанные в этой области.
Таблица Менделеева
Универсальная таблица растворимости
Коллекция таблиц к урокам по химии
- Главная
- для Ученика
- 10 класс
- Урок
Понятие о диеновых УВ. Природный каучук
Курс посвящен теме «Алкадиен. Типы алкадиенов. Особенности свойств сопряженных алкадиенов». В этом курсе вы узнаете, что такое алкадиены и какие существуют типы соединений этого класса. Вы узнаете о свойствах сопряженных алкадиенов и реакции галогенирования. На этом уроке вы также получите представление о теме «Каучук и каучуконос», которая является частью уроков химии в 10 классе. На уроке вы узнаете о каучуке и каучукоподобных веществах и познакомитесь с важнейшими видами алкадиена, которые необходимы для промышленного производства.
I. Номенклатура и классификация алкадиенов
Alcadienes— алифатические (ациклические), ненасыщенные углеводороды с двумя двойными связями в цепи.
Общая формула: CnH2n-2
Номенклатура диенов
CN2 = CN — CN2
Бутадиен-1,3 (дивинил)
2-Хлорбутадиен-1,3 (Хлоропрен) 2-Метилбутадиен-1,3 (Изопрен)
