Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Алкадиены (диены, диеновые углеводороды) – соединения, в молекулах которых присутствуют две двойные связи. Общая формула CnH2n-2.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

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 алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Рассмотрим строение сопряженного алкадиена бутадиена-1,3. Молекула имеет плоское строение. Рис. 1. Все 4 атома С в sp2-гибридизации, 2 двойных связи. Однако длина этих двойных связей (0,135 нм) больше, чем у алкена (0,133 нм), а простая связь между атомами углерода (0,146 нм) короче, чем связь С-С в алканах (0,154 нм).

Две сопряженных двойных связи в химических реакциях часто ведут себя, как единое целое. Почему?

Происходит частичное перекрывание π-электронных облаков между 2-м и 3-м атомами углерода, и четыре р-орбитали образуют единое π-электронное облако. Такой тип перекрывания орбиталей называют сопряжением. Четыре электрона не локализованы попарно на двойных связях, а распределены вдоль всей цепи – делокализованы. Рис. 2.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Эксцентриситет гиперболы, формула и примеры

Оценим за полчаса!

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

  • Типичные реакции – электрофильное присоединение.
  • Реакция с избытком брома:
  • СН2=CН–СH=СН2 + 2Вr2 ——® СН2Вr–CHВr–СHBr-СН2Br
  • При взаимодействии 1:1 образуется смесь.
  • Обычное присоединение:
  • СН2=CН–СH=СН2 + Вr2 ——® СН2Вr–CHВr–СH=СН2
  • Сопряженное присоединение:
  • СН2=CН–СH=СН2 + Вr2 ——® СН2Вr–СН=CH–СН2Вr
  • При сопряженном присоединении π-электронное облако диена участвует в реакции присоединения как единое целое.
  • 1. В промышленности бутадиен-1,3 и изопрен получают каталитическим дегидрированием бутана и 2-метилбутана, выделенных из фракций нефтеперегонки:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

2. Бутадиен-1,3 в промышленности получают из этилового спирта по методу С.В.Лебедева:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

3. Лабораторный способ – реакции отщепления, например:

СН2Br-СН2-СН2-СН2Br + 2КОН ® СН2=СН-СН=СН2 + 2KBr + 2H2O

В промышленности диены используют для получения синтетического каучука.

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. Рис. 3. Красный цвет b-каротина обусловлен длинной цепочкой сопряженных двойных связей.

Реакции полимеризации. Важнейшим свойством диенов является способность полимеризоваться под воздействием катионов или свободных радикалов. Полимеризация этих соединений является основой получения синтетических каучуков:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Полимеризация сопряжённых алкадиенов протекает как 1,4-присоединение. В этом случае двойная связь оказывается центральной в элементарном звене, а элементарное звено, в свою очередь, может принимать как цис-, так и транс-конфигурацию:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Реакции присоединения. Алкадиены способны присоединять водород, галогены, галогеноводороды.

Особенностью алкадиенов с сопряжёнными двойными связями является способность присоединять молекулы как в положения 1 и 2 (1,2-присоединение), так и в положения 1 и 4 (1,4-присоединение):

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Рассмотрим причины, по которым в случае алкадиенов с сопряжёнными двойными связями возможно 1,4-присоединение на примере реакции гидробромирования (присоединения НВr). Реакция протекает по механизму электрофильного присоединения и начинаетс я с присоединения электрофильной частицы, катиона водорода, к молекуле алкадиена:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Присоединение к этому карбокатиону иона Вr- приведёт к продукту 1,2-присоединения:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Положительный заряд на атоме углерода означает наличие незаполненной р-орбитали, которая может перекрываться с π-связью, перетягивая к себе электронную плотность. В результате этого происходит перемещение двойной связи в центр молекулы, а положительный заряд оказывается на крайнем атоме углерода. Присоединение к нему аниона брома приведёт к продукту 1,4-присоединения:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема 

Источник: https://infopedia.su/1x21d3.html

Алкадиены

Алкадиены — непредельные (ненасыщенные) углеводороды, имеющие в молекуле две двойных связи С=С. Каждая такая связь содержит одну сигма-связь (σ-связь) и одну пи-связь (π-связь).

Алкадиены также называют диеновыми углеводородами. Первый член гомологического ряда — пропадиен — CH2=C=CH2. Общая формула их гомологического ряда — CnH2n-2.

Номенклатура и изомерия алкадиенов

Названия алкенов формируются путем добавления суффикса «диен» к названию алкана с соответствующим числом: пропадиен, бутадиен, пентадиен и т.д.

При составления названия алкадиена важно учесть, что главная цепь атомов углерода должна обязательно содержать двойные связи. Нумерация атомов углерода в ней начинается с того края, к которому ближе двойная связь. В конце названия указывают атомы углерода, у которых начинается двойная связь.

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Атомы углерода, прилежащие к двойной связи находятся в sp2 гибридизации.

Для алкадиенов характерна изомерия углеродного скелета, положения двойных связей, межклассовая изомерия с алкинами и пространственная геометрическая изомерия в виде существования цис- и транс-изомеров.

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Также к синтетическим каучукам относится бутадиен-1,3 (дивинил).

Классификация по положению двойных связей

В зависимости от того, как чередуются двойные связи в молекуле алкадиена, они подразделяются на следующие типы:

  • Кумулированные двойные связи
    • В случае, если две двойные связи прилежат к одному и тому же атому углерода.
    • Пример — пропадиен-1,2 (аллен) — CH2=C=CH2
    • В молекуле аллена все атомы углерода находятся в состоянии sp2гибридизации.
  • Сопряженные двойные связи
  • В случае, если две двойные связи разделены одной одинарной связью. В результате такого взаиморасположения в молекулах возникает сопряжение: формируется единое π-электронное облако.

    Помните, что сигма-связи (σ-связи) перекрываются вдоль линии плоскости, а пи-связи (π-связи) над и под линией плоскости (линией, соединяющей центры атомов).

    Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

    Пример — бутадиен-1,3 — CH2=CH-CH=CH2

  • Изолированные двойные связи
  • В случае, если две двойные связи разделены двумя и более одинарными связями.

    Пример — пентадиен-1,4 — CH2=CH-CH2-CH=CH2

Получение алкадиенов

Алкадиены получают несколькими способами:

  • Дегидрогалогенирование дигалогеналканов
  • В результате реакции молекулы алкана, содержащей два атома галогена, со спиртовым (!) раствором щелочи получается алкадиен. В зависимости от положения галогенов возможны разные варианты. Отщепление идет по правилу Зайцева: атом водорода отщепляется от соседнего, наименее гидрированного атома углерода. Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

  • Синтез С.В. Лебедева
  • Сергей Васильевич Лебедев в 1927 году разработал первый промышленный способ получения синтетического каучука из этилового спирта. 2CH3-CH2-OH → (450 °C, кат. ZnO) CH2=CH-CH=CH2 + 2H2O + H2 Каучук занимает важное место в промышленности благодаря своим свойствам: водонепроницаемости, эластичности и способности к электроизоляции. Путем вулканизации из каучука получают резину, используемую повсеместно. Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

  • Дегидрирование алканов
  • В результате отщепления водорода от молекулы алкана образуются двойные связи. Дегидрирование происходит при повышенной температуре и в присутствии катализатора. Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Химические свойства алкадиенов

Алкадиены — ненасыщенные углеводороды, легко вступающие в реакции присоединения. Реакции замещения для них не характерны. Наличие сопряженных двойных связей увеличивает реакционную способность молекулы и обуславливает необычный механизм некоторых реакций.

  • Гидрирование
  • Водород присоединяется к атомам углерода, образующим двойную связь. Пи-связь (π-связь) рвется, остается единичная сигма-связь (σ-связь). Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

  • Галогенирование
  • Реакция с бромной водой является качественной для непредельных соединений, содержащих двойные (и тройные) связи. В ходе такой реакции бромная вода обесцвечивается, что указывает на присоединение брома по кратным связям к органическому веществу. В случае, если двойные связи находятся в сопряжении, выход продуктов во многом зависит от температуры. Например, в ходе галогенирования бутадиена-1,3 при -80°C преимущественно получается продукт 1,2-присоединения, а при +60°C — продукт 1,4-присоединения. Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

  • Гидрогалогенирование
  • Алкадиены вступают в реакции гидрогалогенирования, протекающие по типу присоединения. Гидрогалогенирование протекает по правилу Марковникова, в соответствии с которым атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному, а атом галогена — к наименее гидрированному атому углерода. Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

  • Окисление
  • При горении алкадиены, как и все органические соединения, сгорают с образованием углекислого газа и воды — полное окисление. 2CH2=CH-CH=CH2 + 11O2 → 8CO2 + 6H2O

  • Полимеризация
  • Полимеризация — цепная реакция синтеза полимеров, при котором молекула полимера образуется путем последовательного соединения молекул мономеров. Индекс «n», степень полимеризации, обозначает число мономерных звеньев, которые входят в состав полимера. Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Источник: https://studarium.ru/article/184

Алкины и алкадиены

Алкины также называют ненасыщенными углеводородами, так как присутствует одна тройная связь и характерны реакции присоединения.

Общая формула: CnH2n-2.

Гибридизация

Атомы углерода, участвующие в образовании тройной связи находятся в состоянии sp-гибридизации, остальные атомы углерода находятся в состоянии sp3-гибридизации.

Виды изомерии: изомерия цепи, изомерия положения тройной связи, межклассовая изомерия с алкадиенами.

Номенклатура

Название алкинов образуется из названия алкильного радикала с суффиксом -ин с указанием положения тройной связи.

Физические свойства

Физические свойства алкинов практически не отличаются от свойств соответствующих алканов и алкенов (С2–С4 – газы, С4–С16 – жидкости при нормальных условиях, далее – твердые вещества).

Температуры кипения алкинов несколько выше, чем у соответствующих алкенов (несмотря на несколько меньшую молекулярную массу).

Это также связано с большей полярностью связей, образованных sp-гибридизованными атомами углерода.

Химические свойства

По своим химическим свойствам алкины похожи на алкены. Для них также наиболее характерными являются реакции электрофильного присоединения. Для несимметричных алкинов, как и для алкенов, действует правило Марковникова.

Существенным отличием является меньшая реакционная способность тройных связей по сравнению с двойными.

Поскольку в результате присоединения обаразуется замещенный алкен (с более реакционно-способной связью), то при избытке присоединяющегося реагента реакция, как правило, идет дальше и образуется замещенный алкан:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема или Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема
Алкин Замещеный алкен Замещеный алкан

Гидрирование

В присутствии металлических катализаторов (Pt, Ni) алкины присоединяют водород с образованием алкенов (разрывается первая p-связь), а затем алканов (разрывается вторая p-связь):

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

При использовании менее активного катализатора гидрирование останавливается на стадии образования алкенов.

Галогенирование

Электрофильное присоединение галогенов к алкинам протекает медленнее, чем для алкенов (первая p-связь разрывается труднее, чем вторая). Алкины обесцвечивают бромную воду:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема
Ацетилен 1,2-Дибромэтилен 1,1,2,2-Тетробромэтилен

Гидрогалогенирование

Присоединение галогеноводородов также идет по электрофильному механизму. Продукты присоединения к несимметричным алкинам определяются правилом Марковникова [7]:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема
Пропин 2-Бромпропен 2,2-Дибромпропан

Гидрохлорирование

Гидрохлорирование ацетилена используется в одном из промышленных способов получения винилхлорида. Винилхлорид является исходным веществом (мономером) в производстве поливинилхлорида (ПВХ).

Гидратация (реакция Кучерова)

Присоединение воды происходит в присутствии катализатора соли ртути (II) и идет через образование неустойчивого непредельного спирта, который изомеризуется в уксусный альдегид (в случае ацетилена) или в кетон (в случае других алкинов).

Полимеризация

1.Димеризация под действием водно-аммиачного раствора CuCl.

2.Тримеризация ацетилена над активированным углем приводит к образованию бензола (реакция Зелинского).

  • Возможно образование молекул, содержащих большее число звеньев ацетилена как циклического, так и линейного строения
  • … –СН=СН–СН=СН–СН=СН–…
  • (такие полимеры обладают полупроводниковыми свойствами).
  • Следует также отметить, что высокомолекулярное вещество – карбин (третья аллотропная модификация углерода) – образуется не в результате полимеризации ацетилена, а при окислительной поликонденсации ацетилена в присутствии CuCl.

Получение

Получение алкинов чаще всего производится по следующим реакциям:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема
Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Алкины могут быть получены из соответствующих галогензамещенных алканов и алкенов.

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема
2,2-Дибромбутан 2-Бромбутен-2 Бутин-2
Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема
Бутен-1 1,2-Дибромбутан Бутин-1

Применение

Ранее (а иногда и сейчас) ацетилен широко применялся для создания высокотемпературного пламени при газовой сварке. Сейчас на первый план вышло его применение для целей органического синтеза. Получение растворителей. При присоединении хлора к ацетилену получается тетрахлорэтан:

  1. СН≡СН+2Сl2 = СНСl2–СНСl2,
  2. а отщеплением от последнего молекулы хлороводорода – 1,1,2-трихлорэтен:
  3. СНСl2–СНСl2 = СНСl=ССl2+НСl.

Алкадиены

Алкадиены также называют ненасыщенными углеводородами, так как присутствуют две двойных связи.

Общая формула:CnH2n-2.

Гибридизация

Атомы углерода, участвующие в образовании двойных связей находятся в состоянии sp2-гибридизации, остальные атомы углерода находятся в состоянии sp3-гибридизации.

Виды изомерии: изомерия цепи, изомерия положения двойных связей, межклассовая изомерия с циклоалкенами и алкинами. В зависимости от взаимного расположения двойных связей выделяют следующие алкадиены:

1.С изолированными двойными связями. Разделены в цепи двумя или более s-связями: СН2=СН–СН2–СН=СН2.

Такие двойные связи не оказывают друг на друга взаимного влияния, так как разделенны sp3-атомами углерода, и вступают в те же реакции, что и двойная связь в алкенах. Таким образом, алкадиены этого типа проявляют химические свойства, характерные для алкенов.

2.С кумулированными двойными связями, которые расположены у одного атома углерода: СН2=С=СН2 (аллен).

Подобные диены (аллены) относятся к довольно редкому типу соединений.

3.С сопряженными двойными связями, которые разделены одной s-связью: СН2=СН–СН=СН2.

Они отличаются характерными свойствами, обусловленными электронным строением молекул, а именно, непрерывной последовательностью 4-х sp2-атомов углерода.

Номенклатура

Название алкдиенов образуется из названия алкильного радикала с суффиксом -диен. После суффикса через запятую указывают наименьшие номера атомов углерода, участвующие в образовании двойных связей.

Физические свойства

Бутадиен – газообразное вещество (температура кипения – 4,5 °С), изопрен является жидкостью, кипящей при 34 °С, диметилбутадиен – также жидкость, кипящая при 70 °C. Изопрен и другие диеновые углеводороды полимеризуются в каучук. Натуральный каучук в очищенном состоянии – это полимер с общей формулой (С5Н8)n и получается из млечного сока некоторых тропических растений.

Химические свойства

Для алкадиенов, как и для других ненасыщенных углеводородов, наиболее характерны реакции присоединения с разрывом π-связи.

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Так же как и для других углеводородов характерны реакции окисления.

Алкадиены хорошо подвергаются реакциям полимеризации. Важнейшими представителями для промышленно получаемых каучуков являются изопрен и бутадиен-1,3.

Применение

Широко используются в производстве синтетических каучуков и различных органических веществ отдельные представители этих диенов.

Источник: http://mmlab5.uginfo.sfedu.ru/tutorial/chapters/chapter4_1.html

Методическая разработка урока на тему "Алкадиены"

  • Дата проведения_____________
  • Урок № _______
  • Тема: Алкадиены. Каучуки
  • Цель урока:
  • Формирование теоретического и практического обучения учащихся основам исследовательской деятельности по данной теме.

Задачи урока:

  • Знать строение, виды изомерии, химические свойства применение алкадиенов.
  • Уметь делать теоретический анализ, сравнивать, прогнозировать, обобщать, делать выводы.

Ход урока

    1. Организационный момент урока.
    2. Актуализация ранее полученных знаний

Вопросы:

1. С какими классами углеводородов вы познакомились к настоящему времени?

2. Какие вещества называются алканами, алкенами, алкинами?

3. Общая химическая формула алканов, алкенов, алкинов?

4. Какие виды изомерии характерны для этих классов углеводородов?

    1. Изученте нового материала
  1. Алкадиены – алифатически (ациклические), непредельные (ненасыщенные) углеводороды, с двумя двойными связями в цепи. 
  2. Общая формула – CnH2n-2 
  3. Строение: 
  4. 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.

p — 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.

Такая особенность в строении диеновых углеводородов делает их способными присоединять различные реагенты не только к соседним углеродным атомам (1,2- присоединение), но и к двум концам сопряженной системы (1,4- присоединение) с образованием двойной связи между вторым и третьим углеродными атомами. Отметим, что очень часто продукт 1,4- присоединения является основным. 

  • Запомнить!
  • sp2 гибридизация
  • Плоское-тригональное строение
  • Связи σ и π (вращение относительно двойной С-С связи не возможно)
  • Угол HCH = 120 °
  • 0,135     0,148                   0,154
  • ·        Длина связи (-С  =   С – С = С – С – С -)

Классификация алкадиенов: 

В зависимости от взаимного расположения двойных связей диены подразделяются на три типа:

1)     углеводороды с кумулированными двойными связями, т.е. примыкающими к одному атому углерода.

Например, пропадиен или аллен CH2=C=CH2

2)     углеводороды с изолированными двойными связями, т.е разделенными двумя и более простыми связями.

Например, пентадиен -1,4 CH2=CH–CH2–CH=CH2

3)     углеводороды с сопряженными двойными связями, т.е. разделенными одной простой связью.

Например, бутадиен -1,3 или дивинил CH2=CH–CH=CH2Наибольший интерес представляют углеводороды с сопряженными двойными связями. 

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.2- Метилбутадиен -1,3 (изопрен) – летучая жидкость, t°пл.= -146°C, t°кип.= 34,1°C; растворяется в большинстве углеводородных растворителях, эфире, спирте, не растворяется в воде. 

  1. Изомерия сопряженных диенов
  2. Структурная изомерия 
  3. 1. Изомерия положения сопряженных двойных связей: 

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

2. Изомерия углеродного скелета: 

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

3. Межклассовая изомерия с алкинами и циклоалкенами. 

Например, формуле С4Н6 соответствуют следующие соединения:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

  • Пространственная изомерия
  • Диены, имеющие различные заместители при углеродных атомах у двойных связей, подобно алкенам, проявляют цистранс-изомерию. 
  • Получение диеновых углеводородов CnH2n-2 
В промышленности
  1. Дегидрирование алканов:                                 
  2. CH3-CH2-CH2-CH3 t,Cr2O3,Al2O3→ CH2=CH-CH=CH2 + 2H2
  3. бутан                                                  бутадиен-1,3 (дивинил) 

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

  • Дегидрирование алкенов:
  • CH2=CH-CH2-CH3   500-600,MgO,ZnO →    CH2=CH-CH=CH2 + H2
  • бутен-1                                                            бутадиен-1,3 
Дегидратация и дегидрирование этанола: (р. ЛебедеваКаталитический 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 Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Химические свойства диеновых углеводородов CnH2n-2

(характерны реакции горения, присоединения, обесцвечивают водный раствор перманганата калия и бромную воду) 

Реакции присоединения (+Г2; +НГ; +Н2; +НОН)
Галогенирование: (образуется смесь продуктов) а) 1,2-присоединение      Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема б) 1,4-присоединение (преимущественно) Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема в) Галогенирование достаточным количеством галогена: Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема
  1. Полимеризация 
  2. nCH2=CH-CH=CH2  t,Na→ (-CH2-CH=CH-CH2-)n
  3. синтетический – бутадиеновый каучук 
  4. Элементная ячейка полибутадиена представляется следующим образом:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема 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 Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

  • Применение
  • Диеновые углеводороды в основном применяются для синтеза каучуков:
  • Натуральный и синтетический каучуки 
  • Натуральный каучук получают из млечного сока (латекса) каучуконосного дерева гевеи, растущего в тропических лесах Бразилии.
  • 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 – получаетсярезина, 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 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.Для вулканизации каучука берётся немного серы 2 – 3 % от общей массы. Если добавить к каучуку более 30 % серы, то она присоединится по линии разрыва почти всех π – связей и образуется жёсткий материал – эбонит.

  1. 1. Диеновые углеводороды имеют формулу:
  2. а) СnН2n + 2; б) СnС2n; в) СnНn; г) СnН2n – 2
  3. 2. Кратные связи в углеводороде:
  4. СН2 = СН – СН = СН – СН3 называются
  5. а) кумулированные.
  6. б) сопряженные.
  7. в) изолированные.
  8. 3. Укажите тип гибридизации атомов углерода в веществе:
  9. СН2 = С = СН – СН3
    1. Домашнее задание: записи в тетради по данной теме.

Источник: https://multiurok.ru/files/mietodichieskaia-razrabotka-uroka-60.html

Строение алкадиенов

Алкадиены – это ненасыщенные органические соединения, в углеродной цепи которых содержатся две двойные связи. Рассмотрим строение алкадиенов, способы расположения двойных связей.

Общая молекулярная формула нециклических алкадиенов  — CnH2n-2, циклических алкенов — CnH2n-4 где n равняется любому целому числу, больше трех.

Расположение двойных связей

Двойные связи в алкадиенах могут располагаться несколькими способами:

  • Двойные связи примыкают к одному атому углерода – кумулированные связи:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

  • между двумя двойными связями расположена одна одинарная связь —сопряженные  связи:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

  • двойные связи разделены двумя или более одинарными связями —изолированные связи:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Электронное строение алкадиенов

  • А алкадиенах одна s- и 2 р-орбитали атомов углерода при двойной связи находятся в состоянии sp2-гибридизации. Еще одна р-орбиталь – негибридизованная:
  • Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема
  • Рассмотрим в качестве примера строение 1,3-бутадиена (дивинила):
  • Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Гибридизованные орбитали соединяясь образуют сигма связи (σ), которые располагаются с одной плоскости. Негибридизованные орбитали лежат за пределами этой плоскости,  перпендикулярно к ней. При этом происходит перекрывание всех соседних негибридных орбиталей и образование общего π-электронного облака.  Длина связи между атомами углерода С1-С2 и С3-С4 составляет 1,37 Å, С2-С3 – 1,46 Å. Для сравнения длина одинарной связи С-С в алканах составляет 1,54 Å, двойной С=С в алкенах – 1,32 Å.

 Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Изомерия и номенклатура алкадиенов

Для алкадиенов также как и для алкенов характерна изомерия структурная (изомерия углеродного скелета, положения кратных связей и заместителей, межклассовая) и геометрическая (цис-, транс-, Z-, E-).

Согласно правилам номенклатуры ИЮПАК названия алкадиенов строятся следующим образом:

  • выбирают самую длинную углеродную цепь, включающую обе двойные связи
  • нумерацию цепи начинают с ближнего к двойной связи конца
  • называют аналогично алканам, заменяя окончание -ан на -диен
  • вначале указывают положение заместителей, а в конце – положение двойных связей

Также для некоторых алкадиенов приняты тривиальные названия:

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Источник: http://zadachi-po-khimii.ru/organic-chemistry/stroenie-alkadienov.html

Диены — номенклатура, получение, характерные химические свойства

Алкадиены (диены) – непредельные алифатические углеводороды, молекулы которых содержат две двойные связи. Общая формула алкадиенов СnH2n-2.

  • Свойства алкадиенов в значительной степени зависят от взаимного расположения двойных связей в их молекулах. По этому признаку различают три типа двойных связей в диенах:
  • 1) изолированные двойные связи разделены в цепи двумя или более s-связями:
  • СН2=СН–СН2–СН=СН2 (разделенные sp3-атомами углерода, такие двойные связи не оказывают друг на друга взаимного влияния и вступают в те же реакции, что  и двойная связь в алкенах);
  • 2) кумулированные двойные связи расположены у одного атома углерода:
  • СН2=С=СН2 (подобные диены (аллены) менее стабильны, чем другие диены и при нагревании в щелочной среде перегруппировываются в алкины);
  • 3) сопряженные  двойные связи разделены одной s-связью:
  • СН2=СН–СН=СН2.

Сопряженные диены представляют наибольший интерес. Они отличаются характерными свойствами, обусловленными электронным строением молекул, а именно, непрерывной последовательностью четырех  sp2-атомов углерода.

Все атомы углерода лежат в одной плоскости, образуя s-скелет. Негибридизованные р-орбитали каждого атома углерода перпендикулярны плоскости s-скелета и параллельны друг другу, взаимно перекрываются, образуя единое p-электронное облако.

Такой особый вид взаимного влияния атомов называется сопряжением.

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Перекрывание р-орбиталей молекулы бутадиена имеет место не только между   С1 – С2, С3 – С4, но и между С2 – С3. В связи с этим применяют термин: «сопряженная система».

Следствием делокализации электронной плотности является то, что длины связей С1 – С2 (С3 – С4) увеличены, по сравнению с длиной двойной связи в этилене (0,132 нм) и составляют 0,137 нм; в свою очередь, длина связи С3 – С4 меньше, чем в этане С – С (0,154 нм) и составляет 0,146 нм. Диены с сопряженной системой двойных связей более энергетически выгодны.

Номенклатура алкадиенов

По правилам IUPAC главная цепь молекулы алкадиена должна включать обе двойные связи. Нумерация атомов углерода в цепи проводится так, чтобы двойные связи получили наименьшие номера. Названия алкадиенов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) с добавлением окончания –диен.

  1. Виды изомерии алкадиенов:
  2.  Структурная изомерия:
  3. 1) изомерия положения сопряженных двойных связей;
  4. 2) изомерия углеродного скелета;
  5. 3) межклассовая (изомерны алкинам)
  6.  Пространственная изомерия — диены, имеющие различные заместители при углеродных атомах у двойных связей, подобно алкенам, проявляют цис-транс-изомерию.
  7. Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Способы получения алкадиенов    
Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Химические свойства алкадиенов
Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Для сопряженных диенов характерны реакции присоединения (реакции 1, 2). Наличие сопряженной системы p-электронов приводит к особенностям реакций присоединения.

Сопряженные диены способны присоединять не только по двойным связям (С1  и С2, С3 и С4), но и к концевым (С1 и С4) атомам углерода  сообразованием двойной связи между С2 и С3.

 Соотношение продуктов 1,2- и 1,4-присоединения зависит от температуры, при которой проводился эксперимент и от полярности применяемого растворителя.

Восстановление (реакция 3) с помощью [Na + C2H5OH] называется восстановлением водородом в момент выделения (при взаимодействии натрия и спирта выделяется водород). Алкены в таких условиях не восстанавливаются, это отличительное свойство сопряженных диенов.

Полимеризация (реакция 4) важнейшее свойство сопряженных диенов, которая происходит под действием различных катализаторов (AlCl3, TiCl4+(C2H5)3Al) или света. В случае применения определенных катализаторов  можно получить продукт полимеризации с определенной конфигурацией цепей.

Цис-конфигурацию  имеет  натуральный каучук. Макромолекулы натурального каучука имеют спиралевидную структуру цепи из-за того, что изопреновые звенья изогнуты, что создает пространственные препятствия упорядоченному расположению цепей.

В каучуке длинные молекулы скручены в спутаны друг с другом в спирали. При растяжении каучука спирали растягиваются, а при снятии напряжения они снова скручиваются. В природе существует еще другой полимер изопрена гуттаперча (транс-конфигурация).

Гуттаперча обладает стержнеобразной структурой цепи из-за выпрямленности изопреновых звеньев (цепи с транс-конфигурацией двойных связей могут располагаться одна вдоль другой), поэтому гуттаперча твердый, но хрупкий полимер.

Натуральный каучук имеют немногие страны и поэтому его заменяют синтетическими каучуками из дивинила, а также из изопрена.

  • Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема
  • Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема
  • Для практического использования каучуки превращают в резину.

Резина – это вулканизованный каучук с наполнителем (сажа). Суть процесса вулканизации заключается в том, что нагревание смеси каучука и серы приводит к образованию трехмерной сетчатой структуры из линейных макромолекул каучука, придавая ему повышенную прочность. Атомы серы присоединяются по двойным связям макромолекул и образуют между ними сшивающие дисульфидные мостики.

Сетчатый полимер более прочен и проявляет повышенную упругость – высокоэластичность (способность к высоким обратимым деформациям).

В зависимости от количества сшивающего агента (серы) можно получать сетки с различной частотой сшивки. Предельно сшитый натуральный каучук – эбонит – не обладает эластичностью и представляет собой твердый материал.Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Источник: http://himege.ru/dieny-nomenklatura-poluchenie-xarakternye-ximicheskie-svojstva/

Строение, номенклатура и изомерия алкадиенов

  • Алкадиены – алифатически (ациклические), непредельные (ненасыщенные) углеводороды, с двумя двойными связями в цепи. 
  • Общая формула – CnH2n-2 
  • Строение: 
  • 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.
 Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема
a)
б) Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема
Схематическое изображение строения молекул бутадиена -1,3  (а) и вид модели сверху (б).  Перекрывание электронных облаков между С1–С2 и С3–С4 больше, чем между С2–С3.

p — 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.

Такая особенность в строении диеновых углеводородов делает их способными присоединять различные реагенты не только к соседним углеродным атомам (1,2- присоединение), но и к двум концам сопряженной системы (1,4- присоединение) с образованием двойной связи между вторым и третьим углеродными атомами.

Отметим, что очень часто продукт 1,4- присоединения является основным. 

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Источник: http://www.yoursystemeducation.com/stroenie-nomenklatura-i-izomeriya-alkadienov/

Алкадиены

Ненасыщенные углеводороды, содержащие две двойные связи, называются алкадиенами или диеновыми углеводородами («ди» означает «два»). Общая формула алкадиенов – CnH2n-2.
Строение алкадиенов и их особенности (cnh2n-2), схема

Диены образуют гомологический ряд пропандиена. Это простейший представитель алкадиенов. Названия гомологов согласно номенклатуре ИЮПАК составляются из греческого числительного и суффикса «диен». Например, пентадиен, бутадиен, гексадиен.

Ряд гомологов С3-С10:

  • пропадиен (С3Н4);
  • бутадиен (С4Н6);
  • пентадиен (С5Н8);
  • гексадиен (С6Н10);
  • гептадиен (С7Н12);
  • октадиен (С8Н14);
  • нонадиен (С9Н16);
  • декадиен (С10Н18).

Для диенов, начиная с пентадиена, характерна пространственная и структурная изомерия. Например, пентадиен-1,3 с переносом метильной группы ко второму атому углерода превращается в 2-метилбутадиен-1,3 или изопрен.

Рис. 1. Изомеры диенов.

В зависимости от расположения двойных связей друг к другу в углеродном скелете выделяют три вида диеновых углеводородов.

Вид Описание Пример
Кумулированные Двойные связи располагаются у одного атома углерода. Такие соединения называются алленами. Простейший аллен – пропадиен, содержащий три атома углерода СН2=С=СН2
Сопряжённые Двойные связи разделены одной одинарной связью. Простейший представитель – бутадиен CH2=CH-CH=CH2
Изолированные Двойные связи разделены несколькими простыми связями. Простейший представитель – пентадиен CH2=CH-CH2-CH=CH2

Сопряжённые диены отличаются электронным строением. Атомы углерода в таких соединениях находятся в состоянии sp2-гибридизации и образуют единое р-облако за счёт сопряжения двух двойных связей. Такой тип сопряжения называется π,π-сопряжение.

Рис. 2. Электронное строение бутадиена.

Диеновые углеводороды получают несколькими способами:

  • методом Лебедева из этанола (получение бутадиена):
    2СН3-СН2-ОН → СН2=СН-СН=СН2 + 2H2O + Н2;
  • дегидрированием из нефтепродуктов:
    СН3-СН2-СН2-СН3 → CH2=CH-СН=СН2 + 2Н2;
  • дегидрогалогенированием галогеналканов:
    CH2Br-CH2-CH2-CH2Br + 2KOH → CH2=CH-CH=CH2 + 2KBr + 2H2O.

При обычных условиях алкадиены имеют аналогичные с алкенами физические свойства. Простейшие представители ряда алкадиенов – пропадиен и бутадиен – бесцветные легко сжижаемые газы с неприятным запахом. Алкадиены, содержащие от пяти до 17 атомов углерода, а также их изомеры, являются жидкостями. Высшие диены с 18 и более атомами углерода – твёрдые вещества.

Температуры плавления и кипения, а также плотность увеличиваются с увеличением молекулярной массы. При этом разветвлённые изомеры плавятся и кипят при более низких температурах, чем линейные аналоги.

Диены распространены в природе в виде растительных пигментов, гуттаперчи, каучука, холестерина.

Реакционная способность обусловлена определением положения двойной связи в молекуле диена. Атомы присоединяются в местах разрыва двойных связей, образуя 1,4-, 1,2-, 1,3-присоединение и т.д. В результате одних и тех же реакций образуются разные структурные соединения. Основные свойства диеновых углеводородов представлены в таблице.

Реакция Описание Уравнение
Гидрирование Реакция протекает в присутствии катализатора – никеля CH2=CH-CH=CH2 + 2H2 → CH3-CH2-CH2-CH3
Галогенирование Присоединение галогенов с образованием тетрагалогеноалканов CH2=CH-CH=CH2 + Br2 → CH2(Br)-CH(Br)-CH=CH2 или CH2(Br)-CH=CH-CH2-Br
Гидрогалогенирование Присоединение галогеноводородов аналогично реакции с алканами. Реакция протекает в водной или спиртовой среде в присутствии хлорида лития CH2=CH-CH=CH2 +HBr → CH3-CH(Br)-CH=CH2 или CH3-CH=CH-CH2-Br
Полимеризация Реакция используется для получения искусственного каучука nCH2=CH-CH=CH2 → (-CH2-CH=CH-CH2-)n

Рис. 3. Искусственный каучук.

Из урока химии 10 класса узнали, что такое алкадиены или диеновые углеводороды. Диены отличаются от других классов ненасыщенных углеводородов наличием двух двойных связей, которые могут располагаться у одного атома углерода, через одинарную связь или через несколько простых связей.

Гомологический ряд образует пропадиен. Простейшие диены – пропадиен и бутадиен – газы, диены С5-С17 – жидкости, высшие диены – твёрдые соединения. Начиная с пентадиена, диеновые углеводороды имеют изомеры.

Соединения реагируют с галогенами, водородом, галогеноводородами, а также образуют полимеры.

Средняя оценка: 3.9. Всего получено оценок: 205.

Источник: https://obrazovaka.ru/himiya/alkadieny-obschaya-formula-10-klass.html

Ссылка на основную публикацию