диены теория Flashcards
Алкадиены (диены)
непредельные (ненасыщенные) алифатические (ациклические) углеводороды, в молекулах которых имеется две двойных связи C=C.
Общая формула алкенов: СnH2n-2, где n >= 3
Номенклатура
диены
Диеновые углеводороды называют так же, как и этиленовые, только суффикс -ен- заменяют на -диен-, а затем цифрами указывают положение кратных связей.
дивинил
H₂C=CH-CH=CH₂
изопрен
H₂C=C(CH₃)-CH=CH₂
хлоропрен
H₂C-C(-Cl)-CH=CH₂
Классификация по положению двойной связи
алкадиены
с изолированными связями - Двойные связи разделены двумя или более одинарными связями C-C. Химические свойства таких углеводородов абсолютно ничем не отличаются от свойств алкенов.
с кумулированными связями - Двойные связи расположены рядом - (сразу друг за другом). Химические свойства подобных углеводородов в рамках школьного курса не изучаются.
с сопряженными связями - Двойные связи разделены строго одной одинарной связью C-C Химические свойства таких углеводородов являются во многом специфичны.
Строение
диены
- Атомы углерода при двойных связях находятся в sp2-гибридизованном состоянии.
- Остальные атомы углерода (если они есть) в алкадиенах находятся в состоянии sp3-гибридизации.
- В диенах с кумулированными связями атом, образующий две двойные связи, находится в состоянии sp-гибридизации.
- Атомы углерода в пропадиене выстроены в линию, однако молекула не является плоской Так как негибридные p-орбитали sp-гибридизованного атома углерода перпендикулярны друг другу, то и «трегольники sp2-гибридизованных углеродов» располагаются перпендикулярно друг другу (лежат в перпендикулярных плоскостях).
- В сопряжённых диенах sp2-гибридизованные углероды выстроены зигзагом, так как связи каждого углерода направлены к вершинам треугольника. В связи с этим молекула бутадиена-1,3 имеет плоское строение (вращение вокруг одинарной связи C—C затруднено из-за образования устойчивой сопряжённой системы).
Сопряжение
диены
образование в молекуле единого электронного облака в результате взаимодействия негибридных p-орбиталей.
В диенах с сопряженными свзями, например, в бутадиене при образовании π-связей перекрываются не только p-орбитали у 1 и 2, 3 и 4 атомов углерода, но также частично у 2 и 3. Происходит сопряжение связей, образуется общая электронная система.
В результате сопряжения связи C₁-C₂ и С₃-С₄ удлиняются по сравнению с обычной двойной связью, а центральная связь С2-С3 укорачивается по сравнению с одинарной.
Поэтому три связи в молекуле бутадиена нельзя назвать ни одинарными, ни двойными – они все практически равнозначны.
Обычно сопряжение связей не показывают: CH₂=CH-CH=CH₂
Особенность сопряженной электронной системы заключается в том, что в химических реакциях она ведет себя как единое целое.
Изомерия
диены
- Изомерия углеродного скелета (начиная с C5H8)
- Изомерия положения двойной связи (начиная с C4H6)
- Межклассовая изомерия (начиная с C3H4). Алкадиены изомерны алкинам и циклоалкенам
- Геометрическая (цис-транс изомерия). Цис-транс изомерия характерна диенам, в которых два атома углерода при одной из двойных связей имеет два разных заместителя.
Физические свойства
диены
Дивинил является газом (t кип
= –5°С), изопрен — легкокипящей жидкостью.
Химические свойства
диены
Химические свойства алкадиенов во многом схожи с алкенами. Им также характерны реакции присоединения (гидрирования, гидрогалогенирования, галогенирования, полимеризации) и окисления. Однако, сопряжённая система связей имеет свои особенности.
РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ
диены
Две двойные связи могут присоединить 2 молекулы реагента, при этом присоединение протекает ступенчато (по одной молекуле). Главная особенность заключается в том, что на первой стадии реакция может протекать по двум разным направлениям.
- 1,4-присоединение (в концевые положения) Двойные связи ведут себя как единое целое. Присоединений происходит по концам сопряжённой системы (к 1 и 4 углеродам), а между 2 и 3 углеродами замыкается двойная связь.
-1,2- присоединение (по одной из двойных связей) Двойные связи ведут себя независимо. По одной из связей происходит присоединение, другая при этом не затрагивается.
НАТУРАЛЬНЫЙ КАУЧУК
Индейцы изготовляли из сока дерева гевеи водонепроницаемую обувь или обрабатывали им ткань, чтобы сделать её непромокаемой. Сок гевеи местные жители называли «кау чоу» (слезы дерева), отсюда и возникло название каучук.
В млечном соке (латексе) дерева гевеи и некоторых других растений содержится натуральный каучук. При нагревании без доступа воздуха он разлагается с образованием маслянистого вещества — изопрена. Получается, что изопрен является мономером натурального каучука.
Натуральный каучук эластичен, износостоек, способен к сжатию и растяжению. Однако он имеет эти свойства лишь в узком интервале температур. При нагревании выше 40°С он размягчается и липнет, а на холоде становится хрупким и твёрдым.
Природный каучук состоит только из цис-звеньев. Такое пространственное строение молекул полимеров называют стереорегулярным.
СИНТЕТИЧЕСКИЕ КАУЧУКИ
В течение долгого времени использовали только натуральный каучук, которым располагают немногие страны. С бурным ростом промышленности потребность в каучуке возросла, что стало толчком к разработке способов его искусственного синтеза.
Впервые синтетический бутадиеновый каучук был получен в начале 30-х гг. XX века С.В. Лебедевым. Но этот каучук уступал натуральному по ряду свойств, так как не обладал стереорегулярностью. В настоящее время найдены катализаторы, которые позволяют получать каучуки стереорегулярного строения.
Так, на основе бутадиенового каучука получают резину, которую используют в изделиях массового назначения (шины, защитные оболочки кабелей и проводов и т.д.).
ВУЛКАНИЗАЦИЯ КАУЧУКА
Для улучшения качеств натуральный каучук подвергают вулканизации — каучук нагревают с серой и различными наполнителями (сажа, диоксид кремния,
мел, красители и др.)
В процессе вулканизации атомы серы присоединяются к молекулам каучука по некоторым двойным связям и как бы «сшивают» молекулы полимера друг с другом дисульфидными мостиками.
Продуктом вулканизации каучука является резина, которая обладает рядом особых свойств:
- прочнее каучука
- более устойчива к истиранию и перепадам температур
- обладает повышенной стойкостью к действию органических растворителей
Если вулканизацию проводить с большим количеством серы, чем её требуется для образования резины, то количество дисульфидных мостиков увеличится и эластичность материала пропадёт, он станет твёрдым — образуется эбонит.
Применение каучуков
Резина:
1. Производство шин
2. Производство обуви и тканей
3. Изготовление лент, ремней, трубок
4. Производство электротехники
5. Производство строительных материалов
Латекс:
6. Получение латекса и латексных изделий
