Бутадиен

Оглавление Получение. 3 Физические свойства. 4 Химические свойства. 4 Применение. 8 Литература. 8
Бутадиен-1,3 относится к диеновым углеводородам, т.е. содержащим в углеродной цепи молекулы две двойные связи. 1. Строение бутадиена: а) молекулярное б) структурное C 4 H 6 – бутадиен CH 2 = CH – CH = CH 2 бутадиен-1,3 Вид гибридизации CH 2 = CH – CH = CH 2 бутадиен-1,3 Атомы углерода в молекуле бутадиена-1,3 находятся в состоянии sp 3 -гибридизации. За счет гибридных sp 3 -орбиталей, оси симметрии которых лежат в одной плоскости, в молекуле возникают s -связи между всеми атомами углерода и s -связи углерод – водород. Центры всех атомов в молекуле бутадиена-1,3 лежат в одной плоскости. Негибридные p-орбитали атомов углерода (по одной у каждого атома) расположены перпендикулярно к плоскости молекулы и перекрываются не только между атомами 1,2 и 3,4, но и между атомами 2,3. Электроны на таких орбиталях образуют общую p -электронную систему однако перекрывание p - орбиталей между атомами углерода 2 и 3 менее полное, чем 1,2- и 3,4-перекрывание. Взаимодействие двух соседних пи-связей способствует процессу взаимного влияния атомов в такой системе(эффект сопряжения). Это приводит к снижению общей энергии молекулы. В результате повышается её устойчивость. В то же время молекула дивинила при химических реакциях ведет себя намного активнее, чем обычный алкен. Особенно это проявляется в реакциях присоединения. Получение Из диеновых углеводородов 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 является дегидрирование соответствующих бутан-бутиленовых смесей над катализатором (Сг20з): Исходные вещества (сырье) выделяют из продуктов нефтеперера­ботки или попутных газов. 2. Впервые дивинил был получки по методу С.В.Лебедева (1874—1934) из этилового спирта. затем этот метод был положен в основу промышленного синтеза (1932). И качестве катализатора были предложены оксиды алюминия и цинка, способствующие одновременной дегидратации (отщеплению воды) и дегидрированию (отщеплению водорода): 3. Дивинил в небольших количествах выделяют из про­дуктов пиролиза нефти. Физические свойства Бутадиен-1,3 (Дивинил)– бесцветный газ с неприятным запахом, температурой плавления –4,5 °C, температура кипения –4,5 °C, оптическая плотность 0,627. Практически нерастворим в воде. Химические свойства Диены, содержащие в молекуле несопряженные (изолированные) двойные связи, ведут себя как обычные алкены. В то же время диены с сопряженными двойными связями обладают высокой реакционной способностью и отличаются рядом особенностей. Однако для тex и других характерны прежде всего реакции присоединения Реакции присоединения. Присоединение водорода (гидрирование), галогенов (галогенирование), галогеноводородов (гидрогалогенирование) может протекать не только по месту одной или двух отдельных двойных связей (1,2-присоединение), но и 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 — оно вытекает из общих свойств алкенов: в результате присоединения происходит обычный разрыв одной или двух двойных связей. Иначе идет присоединение в 1,4-положение. Известно, что молекула диена представляет собой систему, в которой происходит взаимодействие двух соседних двойных связей с образо­ванием единого пи-электронного облака. Под влиянием атакующего реагента такая система поляризуется с перераспределением электронной плотности. В результатена противоположныхконцах молекулы под влиЯНИем динамического эффекта сопряжения возникаютпротивоположныечастичные заряды: К этим концам молекулы и стремятся противоположно заряженные частицы реагента: Таким образом, в результате присоединения к диенам вначале происходит раз­рыв двух двойных связей, а затем присоединение атомов реагента к крайним ненасыщенным углеродным атомам (C1 и C4). Между атомами С2 и Сз устанав­ливается двойная связь. Это осуществляется за счет 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), перекрываясь между собой еще в большей степени, образуют новую двойную связь. Выход продуктов 1,4- или 1,2-присоединения зависит от характера реагента и от условий проведения реакции. Например, водород в мо­мент выделения (при взаимодействии цинка с соляной кислотой) при­соединяется в положение 1,4, а газообразный водород (над катализато­ром Ni) - в положение 1,2 или гидрирует диен полностью до бутана: Если присоединение НВг идет при -80 °С, то образуется 80 % про­дукта присоединения в положении 1,2 и 20 % — в положение 1,4; если же реакцию проводить при 40 °С, то соотношение продуктов будет обратным. Диеновые синтезы. Этот вид реакций заключается в 1,4-присоединении нлконя или алкина (ацетиленового углеводорода) к диену С сопряженными двойными связями. Например: Такие реакции используют для получения многих циклических орга нических 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 углеводороды обладают исключительно важной особенностью: они легко вступают в реакции полимеризации 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- и 1,2-положения. Вот как выг лядит фрагмент формулы продукта полимеризации дивинила (бута-диена-1,3), если присоединение молекул друг к другу идет в положе ние 1,4: Этот фрагмент полимера можно представить в сокращенной форме: Аналогично записывают и уравнение реакции полимеризации изопре­на (2-метилбутадиена-1,3):
В общем виде формулу полиизопрена записывают так Применение Бутадиен применяется при производстве каучуков.
Бутадиеновые каучуки получают полимеризацией бутадиена-1,3 на стереоскопических катализаторах. Бутадиеновый каучук относится к каучукам общего назначения. Обладает высокой износо- и морозостойкостью. Устойчив к многократным деформациям. В сочетании с другими каучуками его применяют в шинном производстве, а также в производстве обуви и других изделий. Бутадиен-стирольные каучуки получают совместной полимеризацией бутадиена и стирола. Эти каучуки отличаются высокой прочностью и применяются для изготовления протекторов автомобильных шин, кабелей, а также в обувной промышленности. Недостатком этого каучука является нестойкость к маслам и органическим 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.:Высшая школа – 1994, 605 с. 3 http://chem edu.ru