Меню сайта
Наш опрос
Погода
|
Диеновые углеводороды. Природный каучукПонятие о диеновых углеводородах. Природный каучукНоменклатура и классификация алкадиенов Алкадиены – алифатически (ациклические), непредельные (ненасыщенные) углеводороды, с двумя двойными связями в цепи. Общая формула – CnH2n-2 Номенклатура диенов Образование названий алкадиенов по номенклатуре ИЮПАК СН2 = СН – СН = СН2 бутадиен-1,3 (дивинил)
2-хлорбутадиен-1,3 (хлоропрен) 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен) Классификация диеновКумулированные диены – соединения, в молекулах которых две двойные связи расположены у одного и того же атома углерода: СН2=С=СН–СН2–СН3 (пентадиен-1,2) Сопряженные диены – соединения, в молекулах которых две двойные связи разделены одной простой связью: СН2=СН–СН=СН–СН3 (пентадиен-1,3) Изолированные диены – соединения, в молекулах которых две двойные связи разделены более чем одной простой связью. СН2=СН–СН2–СН=СН2 (пентадиен-1,4) Строение диенов Анимация: “Образование молекулы бутадиена-1,3” Атомы углерода в молекуле бутадиена-1,3 находятся в sp2 - гибридном состоянии, что означает расположение этих атомов в одной плоскости и наличие у каждого из них одной p - орбитали, занятой одним электроном и расположенной перпендикулярно к упомянутой плоскости. а) Схематическое изображение строения молекул бутадиена -1,3 б) вид модели сверху Перекрывание электронных облаков между С1–С2 и С3–С4 больше, чем между С2–С3. Р - орбитали всех атомов углерода перекрываются друг с другом, т.е. не только между первым и вторым, третьим и четвертым атомами, но и также между вторым и третьим. Отсюда видно, что связь между вторым и третьим атомами углерода не является простой σ - связью, а обладает некоторой плотностью p - электронов, т.е. слабым характером двойной связи. В молекуле отсутствуют в классическом понимании одинарные и двойные связи, а наблюдается делокализация p - электронов, т.е. равномерное распределение p - электронной плотности по всей молекуле с образованием единого p - электронного облака. Взаимодействие двух или нескольких соседних p - связей с образованием единого p - электронного облака, в результате чего происходит передача взаимовлияния атомов в этой системе, называется эффектом сопряжения. Таким образом, молекула бутадиена -1,3 характеризуется системой сопряженных двойных связей. Запомните!
0,135 0,148 0,154
Физические свойства Бутадиен -1,3 – легко сжижающийся газ с неприятным запахом, t°пл.= -108,9°C, t°кип.= -4,5°C; растворяется в эфире, бензоле, не растворяется в воде. Изомерия сопряженных диенов 1. Структурная изомерия 1. Изомерия положения сопряженных двойных связей
2. Изомерия углеродного скелета
3. Межклассовая изомерия с алкинами и циклоалкенами Например, формуле С4Н6 соответствуют следующие соединения:
2. Пространственная изомерия Диены, имеющие различные заместители при углеродных атомах у двойных связей, подобно алкенам, проявляют цис-транс-изомерию.
Получение диеновых углеводородов 1. В промышленности 1. Дегидрирование алканов: CH3-CH2-CH2-CH3 t,Cr2O3,Al2O3→ CH2=CH-CH=CH2 + 2H2 бутан бутадиен-1,3 (дивинил) 2. Дегидрирование алкенов: CH2=CH-CH2-CH3 500-600,MgO,ZnO → CH2=CH-CH=CH2 + H2 бутен-1 бутадиен-1,3 3. Дегидратация и дегидрирование этанола (реакция Лебедева) Каталитический способ получения бутадиена-1,3 из этанола был открыт в 1932 г. Сергеем Васильевичем Лебедевым. По способу Лебедева бутадиен-1,3 получается в результате одновременного дегидрирования и дегидратации этанола в присутствии катализаторов на основе ZnO и Al2O3: 2CH3-CH2-OH t=425,ZnO,Al2O3→ CH2=CH-CH=CH2 + H2 + 2H2O 2. В лаборатории
Реакция отщепления СН2Br-СН2-СН2-СН2Br + 2КОН → СН2=СН-СН=СН2 + 2KBr + 2H2O Химические свойства диеновых углеводородов
(характерны реакции горения, присоединения, обесцвечивают водный раствор перманганата калия и бромную воду) Реакции присоединения (+Г2; +НГ; +Н2; +НОН) 1. Галогенирование: (образуется смесь продуктов) а) 1,2-присоединение б) 1,4-присоединение (преимущественно) в) Галогенирование достаточным количеством галогена: 2. Полимеризация nCH2=CH-CH=CH2 t,Na→ (-CH2-CH=CH-CH2-)n синтетический – бутадиеновый каучук Элементная ячейка полибутадиена представляется следующим образом:
Как видно, образующийся полимер характеризуется транс- конфигурацией элементной ячейки полимера. Однако наиболее ценные в практическом отношении продукты получаются при стереорегулярной (иными словами, пространственно упорядоченной) полимеризации диеновых углеводородов по схеме 1,4- присоединения с образованием цис- конфигурации полимерной цепи. Например, цис- полибутадиен.
Применение алкадиенов
Диеновые углеводороды в основном применяются для синтеза каучуков: Углеводороды, содержащие две и более двойные связи в молекуле – терпены – широко распространены в растительных организмах, часто обладают приятным запахом. Смеси терпенов используют в производстве духов и ароматических отдушек, а также в медицине. Жизненно важен для человека b-каротин, который превращается в организме в витамин А, он содержится в красных и желтых плодах. Красный цвет b-каротина обусловлен длинной цепочкой сопряженных двойных связей.
Рис. Морковь. Содержит терпен Натуральный и синтетический каучуки Многие растения содержат продукты ди-, три- и полимеризации сопряженных алкадиенов, прежде всего, изопрена (2-метилбутадиена-1,3). Природный полимер изопрена – это натуральный каучук (НК). На рис. вы видите сбор каучука из млечного сока (латекса) каучуконосного дерева гевеи, растущего в тропических лесах Бразилии.
Рис. Сбор каучука с растения гевея При нагревании без доступа воздуха каучук распадается с образованием диенового углеводорода – 2- метилбутадиена-1,3 или изопрена. Каучук – это стереорегулярный полимер, в котором молекулы изопрена соединены друг с другом по схеме 1,4- присоединения с цис- конфигурацией полимерной цепи: Стереорегулярное строение каучука Молекулярная масса натурального каучука колеблется в пределах от 7.104 до 2,5.106. транс - Полимер изопрена также встречается в природе в виде гуттаперчи.
Натуральный каучук обладает уникальным комплексом свойств: высокой текучестью, устойчивостью к износу, клейкостью, водо- и газонепроницаемостью. Для придания каучуку необходимых физико-механических свойств: прочности, эластичности, стойкости к действию растворителей и агрессивных химических сред – каучук подвергают вулканизации нагреванием до 130-140°С с серой. В упрощенном виде процесс вулканизации каучука можно представить следующим образом:
Атомы серы присоединяются по месту разрыва некоторых двойных связей и линейные молекулы каучука "сшиваются" в более крупные трехмерные молекулы – получается резина, которая по прочности значительно превосходит невулканизированный каучук. Наполненные активной сажей каучуки в виде резин используют для изготовления автомобильных шин и других резиновых изделий. Строение резины. В настоящее время выпускаются сотни сортов различных синтетических каучуков. В 1932 году С.В.Лебедев разработал способ синтеза синтетического каучука на основе бутадиена, получаемого из спирта. И лишь в пятидесятые годы отечественные ученые осуществили каталитическую стереополимеризацию диеновых углеводородов и получили стереорегулярный каучук, близкий по свойствам к натуральному каучуку. В настоящее время в промышленности выпускают каучук, в котором содержание звеньев изопрена, соединенных в положении 1,4, достигает 99%, тогда как в натуральном каучуке они составляют 98%. Кроме того, в промышленности получают синтетические каучуки на основе других мономеров – например, изобутилена, хлоропрена, и натуральный каучук утратил свое монопольное положение. Видео: “Синтетический каучук” Тренажеры Тренажер №1: “Алкадиены: строение, номенклатура, получение” Тренажер №2: “Алкадиены: строение, номенклатура, получение (расчетные задачи)” Тренажер №3: “Модели алкадиенов (конструктор молекул)” Тренажер №4: “Уравнения реакций, характеризующих химические свойства алкадиенов” Тренажер №5: “Химические свойства алкадиенов” Тренажер №6: “Химические свойства алкадиенов (расчетные задачи)” |
Поиск
Архив записей
Друзья сайта
Статистика
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |