Строение, свойства и способы получения сопряженных диенов

Простейшим сопряженным алкадиеном является бутадиен-1,3:

Все четыре атома углерода в его молекуле находятся в состоянии sp ²-гибридизации и располагаются в одной плоскости. Негибридные р -орбитали расположены перпендикулярно плоскости. Боковое перекрывание этих орбиталей с образованием π-связей происходит не только между первым и вторым, третьим и четвертым атомами углерода, между которыми обозначена двойная связь, но и частично между вторым и третьим атомами (рис. 3).

Рисунок 3. Схема образования π-связей в молекуле бутадиена-1,3.

Такое взаимодействие двух соседних π-связей называется сопряжением. Четыре р -электрона образуют общее π-электронное облако. При этом меняются свойства связей: двойная связь становится длиннее по сравнению с обычной двойной связью, а простая – укорачивается:

Напомним, что длина простой связи в алканах составляет 0,154 нм, а двойной связи в алкенах – 0,134 нм.

Имея двойные связи в молекулах, диеновые углеводороды вступают в обычные реакции присоединения: обесцвечивают бромную воду, присоединяют водород и галогеноводороды. Однако эффект сопряжения накладывает свои особенности на протекание этих реакций. Присоединение может протекать в двух направлениях: к одной из двойных связей (1,2-присоединение) или к крайним атомам сопряженной системы с образованием новой двойной связи в центре молекулы (1,4-присоединение). Так, при неполном бромировании бутадиена-1,3 могут образовываться два разных продукта:

В обычных условиях или при небольшом нагревании основным является продукт 1,4-присоединения – 1,4-дибромбутен-2.

Практически важной является полимеризация сопряженных диенов, которая также протекает в основном по типу 1,4-присоединения. Полимеризацией бутадиена-1,3 получают бутадиеновый (дивиниловый) каучук:

Аналогичная реакция с 2-метилбутадиеном (изопреном) дает синтетический изопреновый каучук, который по строению и свойствам близок к натуральному:

Таким образом, основной областью применения сопряженных диенов является синтез каучуков.

Основной промышленный способ получения диенов – дегидрирование соответствующих алканов:

Первым промышленным способом получения бутадиена из этилового спирта была реакция Лебедева (1928 г.), в ходе которой под действием катализаторов протекает одновременно дегидратация и дегидрирование исходного вещества:

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1. Даны вещества:

а)
б)
в)
г)
д)
е)

Назовите каждое из веществ в соответствии с правилами номенклатуры ИЮПАК.

2. Даны вещества

а) б) в) г) д) е)

2,4,4-триметилпентен-2; 3,4-диэтилгексен-3; 2,3-диметилбутадиен-1,3; бутадиен-1,2; 4-метил-3-этилпентин-1; 4,4,5-триметилгексин-2.

Напишите структурные формулы этих веществ.

3. Напишите структурные формулы всех алкенов, изомерных циклопентану, и дайте им названия.

4. Даны вещества

а) б) в) г) д)

пентен-1; пентен-2; 2,3-диметилбутен-2; гексен-3; гексин-3.

Укажите, какие из этих веществ могут существовать в виде цис - и транс -изомеров.

5. Даны вещества

а) б) в)

пропилен; бутин-1; изопрен.

Укажите число σ- и π-связей в молекуле каждого из них.

6. Напишите уравнения реакций присоединения водорода, брома, хлороводорода и воды к 2-метилбутену-2. Укажите, в каких случаях выполняется правило Марковникова.

7. Напишите уравнения реакций 3-метилбутина-1 со следующими реагентами:

а) с водой в присутствии сульфата ртути;

б) с избытком хлороводорода;

в) с аммиачным раствором оксида серебра (I).

8. Напишите уравнения реакций окисления 2-метилбутена-2 и бутена-1 перманганатом калия

а) в водном растворе;

б) в присутствии серной кислоты при нагревании.

9. Напишите уравнения следующих реакций, указывая условия их протекания:

а) дегидрирования пропана;

б) дегалогенирования 2,3-дибромпентана;

в) дегидрогалогенирования 2-метил-2-бромбутана;

10. Напишите уравнения реакций, протекающих при действии на 2,3-дибромбутан

а) цинковой пыли;

б) спиртового раствора гидроксида калия.

11. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

12. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

* Название «олефины» произошло от латинского названия этилена gaz olefiant – маслородный газ, которое он получил из-за способности образовывать в результате реакции с хлором маслянистую жидкость ‑ C₂H₄Cl₂.

* О том, как подобрать коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций с участием органических веществ вы можете прочитать в первом номере журнала «Химия для школьников» за 2010 год.

Дата добавления: 2014-01-04