Казанский ГосударственныйТехнологический Университет
им. Кирова
Реферат на тему: «Бутадиен – 1,3»
Выполнила студентка
2 курса группы 3151-84
Казакова Резеда
Проверила
Климентова Е. Ю.
2007 год.
Оглавление
TOC o «1-2» h z u Получение. PAGEREF _Toc104312197 h 3
Физические свойства. PAGEREF _Toc104312198 h 4
Химические свойства. PAGEREF _Toc104312199 h 4
Применение. PAGEREF _Toc104312200 h 8
Литература. PAGEREF _Toc104312201 h 8
Бутадиен-1,3 относится к диеновым углеводородам, т.е.содержащим в углеродной цепи молекулы две двойные связи.
1. Строениебутадиена:
а) молекулярное
б) структурное
C 4 H 6 – бутадиен
CH 2 = CH – CH = CH 2 бутадиен-1,3
Видгибридизации
CH 2 =CH – CH = CH 2
бутадиен-1,3
Атомы углерода в молекуле бутадиена-1,3 находятся в состоянииsp 3 -гибридизации. За счет гибридных sp 3 -орбиталей,оси симметрии которых лежат в одной плоскости, в молекуле возникают s -связимежду всеми атомами углерода и s -связи углерод – водород. Центры всех атомов вмолекуле бутадиена-1,3 лежат в одной плоскости. Негибридные p-орбитали атомовуглерода (по одной у каждого атома) расположены перпендикулярно к плоскостимолекулы и перекрываются не только между атомами 1,2 и 3,4, но и между атомами2,3. Электроны на таких орбиталях образуют общую p -электронную систему однакоперекрывание p — орбиталей между атомами углерода 2 и 3 менее полное,чем 1,2- и 3,4-перекрывание.
Взаимодействие двух соседних пи-связей способствует процессувзаимного влияния атомов в такой системе(эффект сопряжения). Это приводит кснижению общей энергии молекулы. В результате повышается её устойчивость. В тоже время молекула дивинила при химических реакциях ведет себя намного активнее,чем обычный алкен. Особенно это проявляется в реакциях присоединения.
Получение
Из диеновыхуглеводородов особое значение имеют дивинил (бута-диен-1,3) и изопрен(2-метилбутадиен-1,3). Рассмотрим основные способы получения этих диенов.
1. Основным промышленным способом получения дивинила являетсядегидрирование соответствующих бутан-бутиленовых смесей над катализатором (Сг20з):
Исходные вещества (сырье) выделяют из продуктов нефтепереработкиили попутных газов.
2. Впервые дивинил былполучки по методу С.В.Лебедева (1874—1934) из этилового спирта. затем этот метод был положен в основу промышленного синтеза (1932). И качестве катализатора были
предложеныоксиды алюминия и цинка, способствующие одновременной дегидратации (отщеплению воды) и дегидрированию (отщеплению водорода):
3. Дивинил в небольших количествах выделяют из продуктов пиролизанефти.
Физические свойства
Бутадиен-1,3 (Дивинил)– бесцветный газ с неприятным запахом,температурой плавления –4,5 °C, температура кипения –4,5 °C, оптическаяплотность 0,627. Практически нерастворим в воде.
Химические свойства
Диены, содержащие вмолекуле несопряженные (изолированные) двойные связи, ведут себя как обычныеалкены. В то же время диены с сопряженными двойными связями обладают высокойреакционной способностью иотличаются рядом особенностей. Однако для тexи других характерныпрежде всего реакции присоединения
Реакции присоединения. Присоединение водорода(гидрирование), галогенов (галогенирование), галогеноводородов (гидрогалогенирование) может протекать нетолько по месту одной или двух отдельных двойных связей (1,2-присоединение), нои к крайним углеродным атомам (1,4-рисоединение):
Из этих примеров видно, что в зависимости от характера присоединения(1,2- или 1,4-) образуются различные продукты.
Присоединение в 1,2- положение не требует особого объяснения — оновытекает из общих свойств алкенов: в результате присоединения происходитобычный разрыв одной или двух двойных связей. Иначе идет присоединение в1,4-положение. Известно, что молекула диена представляет собой систему, вкоторой происходит взаимодействие двух соседних двойных связей с образованиемединого пи-электронного облака. Под влиянием атакующего реагента такая системаполяризуется с перераспределением электронной
плотности. В результате на противоположных концах молекулыпод влиЯНИем динамического эффекта сопряжения возникают противоположные частичныезаряды:
К этим концам молекулы и стремятся противоположно заряженныечастицы реагента:
Таким образом, в результате присоединения к диенам вначалепроисходит разрыв двух двойных связей, а затем присоединение атомов реагента ккрайним ненасыщенным углеродным атомам (C1 и C4).Между атомами С2 и Сз устанавливается двойная связь. Это осуществляется засчет расспаривания 2р-орбита-лей двойных связей. Две из этих орбиталей(принадлежащие атомам C1 и С4) создают обычные«сигма-связи с атомами реагента, а две другие (у атомов С2 и Сз), перекрываясьмежду собой еще в большей степени, образуют новую двойную связь.
Выход продуктов 1,4- или 1,2-присоединениязависит от характера реагента и от условий проведения реакции. Например,водород в момент выделения (при взаимодействии цинка с солянойкислотой) присоединяется в положение 1,4, а газообразный водород (надкатализатором Ni) — в положение 1,2 или гидрирует диен полностьюдо бутана:
Если присоединение НВг идет при -80 °С, то образуется 80 % продуктаприсоединения в положении 1,2 и 20 % — в положение 1,4; если же реакциюпроводить при 40 °С, то соотношение продуктов будет обратным.
Диеновые синтезы.Этот вид реакцийзаключается в 1,4-присоединении нлконя или алкина (ацетиленового углеводорода)к диену С сопряженными двойными связями. Например:
Такие реакции используют для получения многих циклических органических соединений. Непредельные соединения, вступающие в реак цию с диенами,называют диенофилами. Диеновые синтезы известны как синтезы Дильса —Алъдера (по имени ученых, открывших эти реакции).
Реакции полимеризации.Диеновые углеводородыобладают исключительно важной особенностью: они легко вступают в реакцииполимеризации с образованием каучукоподобных высокомоле кулярных продуктов.Реакции полимеризации протекают с присоеди нением молекул друг с другом в 1,4-или 1,2-положении, а также с одновременным присоединением в 1,4- и1,2-положения. Вот как выг лядит фрагмент формулы продукта полимеризациидивинила (бута-диена-1,3), если присоединение молекул друг к другу идет вположе ние 1,4:
Этот фрагмент полимера можно представить всокращенной форме:
Аналогично записывают и уравнение реакцииполимеризации изопрена (2-метилбутадиена-1,3):
В общем виде формулу полиизопрена записывают так
Применение
Бутадиен применяется при производстве каучуков.
Бутадиеновые каучуки получают полимеризацией бутадиена-1,3на стереоскопических катализаторах. Бутадиеновый каучук относится к каучукамобщего назначения. Обладает высокой износо- и морозостойкостью. Устойчив кмногократным деформациям. В сочетании с другими каучуками его применяют вшинном производстве, а также в производстве обуви и других изделий.
Бутадиен-стирольные каучукиполучают совместной полимеризациейбутадиена и стирола. Эти каучуки отличаются высокой прочностью и применяютсядля изготовления протекторов автомобильных шин, кабелей, а также в обувнойпромышленности. Недостатком этого каучука является нестойкость к маслам иорганическим растворителям.
Полимеризацией бутадиена также получают бутадиеннитрильные каучуки, изопреновые каучуки и хлорпреновые каучуки.
Литература
1 А.И. Артеменко, Органическая химия, М.: Высшая школа – 1998,535 с.
2 Б.Д. Степин, А.А.Цветков, Органическая химия, М.: Высшаяшкола – 1994, 605 с.
3 chem..edu.ru