Бутадиен

Оглавление

TOC \o “1-2” \h \z \u HYPERLINK \l “_Toc104312197” Получение
PAGEREF _Toc104312197 \h 3

HYPERLINK \l “_Toc104312198” Физические свойства PAGEREF
_Toc104312198 \h 4

HYPERLINK \l “_Toc104312199” Химические свойства PAGEREF
_Toc104312199 \h 4

HYPERLINK \l “_Toc104312200” Применение PAGEREF _Toc104312200 \h 8

HYPERLINK \l “_Toc104312201″ Литература PAGEREF _Toc104312201 \h 8

Бутадиен-1,3 относится к диеновым углеводородам, т.е. содержащим в
углеродной цепи молекулы две двойные связи.

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

Из этих примеров видно, что в зависимости от характера присоединения
(1,2- или 1,4-) образуются различные продукты.

‚

„

†

’

??????’

”

–

??4?t

~????IIioeuth

”

??????h

1/4

???????

”

1/4

j?:

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 результате на противоположных концах молекулы под влиЯНИем
динамического эффекта сопряжения возникают противоположные частичные
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

PAGE 7

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter