Бутадиен

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):

[pic]

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):

[pic]

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): [pic]

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 результате на противоположных концах молекулы под влиЯНИем

динамического эффекта сопряжения возникают противоположные частичные

заряды:

[pic]

К этим концам молекулы и стремятся противоположно заряженные частицы

реагента:

[pic]

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:

[pic]

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:

[pic]

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:

[pic]

Этот фрагмент полимера можно представить в сокращенной форме:

[pic]

Аналогично записывают и уравнение реакции полимеризации изопрена (2-

метилбутадиена-1,3):

[pic]

В общем виде формулу полиизопрена записывают так

[pic]

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