Алкадиены

На этой странице вы узнаете

• Из чего делают гидрокостюмы?
• Полимеры повсюду — где и как мы сталкиваемся с продуктами полимеризации алкадиенов?

Оказывается, органика настолько логична, что уже по названию темы можно сделать выводы о строении веществ и их химических свойствах. Сегодня мы с вами научимся это делать, а заодно поговорим об алкадиенах.

Общая характеристика алкадиенов

Алкадиены — непредельные (то есть имеющие кратные связи) углеводородные соединения, которые содержат две двойные связи между атомами углерода.

Подробнее про кратные связи можно прочитать в статье: «Типы связей в молекулах органических веществ. Гибридизация атомных орбиталей углерода. Радикал. Функциональная группа».

Общая формула алкадиенов выглядит так: С_nH_2n-2. 

Как вы можете заметить, общая формула алкадиенов совпадает с общей формулой алкинов, а значит, они будут друг для друга межклассовыми изомерами.

Давайте рассмотрим строение алкадиенов на примере молекулы дивинила, то есть бутадиена-1,3. 

Атомы углерода, участвующие в образовании двойных связей, находятся в состоянии sp²-гибридизации. Остальные атомы углерода (если они есть) находятся в состоянии sp³-гибридизации.

Молекула бутадиена-1,3 содержит четыре атома углерода в sp²—гибридизованном состоянии. 

π-электроны двойных связей образуют единое электронное облако (сопряженную систему) и делокализованы (равномерно распределены) между всеми атомами углерода.

На изображении видно, что форма молекулы плоская, то есть все атомные орбитали «лежат» на одной поверхности. 

А чему равен валентный угол и длина связи алкадиенов? 120° и 0,137 нм соответственно.

Выделяют три типа алкадиенов: сопряженные, кумулированные и изолированные. Все эти виды отличаются друг от друга лишь положением двойных связей.

• Сопряженные связи разделены между собой одной одинарной связью.
• Кумулированные расположены у одного атома углерода.
• Изолированные связи разделены двумя и более одинарными связями. 

Положение связей играет важную роль для алкадиенов и определяет их химические свойства.

Гомологами алкадиенов будут алкадиены, которые имеют такое же расположение двойных связей, но отличаются на одну или несколько CH2-групп. Например, на иллюстрации ниже изображен бутадиен-1,3, под которым находится пентадиен-1,3.

Физические свойства схожи с алкенами: с увеличением числа атомов углерода происходит переход сначала из газов в жидкость, а потом из жидкости в твердое агрегатное состояние.

Теперь рассмотрим, какие виды изомерии характерны для алкадиенов. В принципе, для алкадиенов характерны все уже привычные нам виды изомерии. Но есть один, который встречается не у всех органических веществ — это цис- и транс-изомерия. Алкадиены, в которых одинаковые заместители располагаются по одну сторону от плоскости двойной связи — цис-изомеры. Алкадиены, в которых одинаковые заместители располагаются по разные стороны от плоскости двойной связи — транс-изомеры.

Номенклатура у алкадиенов простая, к названию углеводорода прибавляется суффикс «-диен». Стоит запомнить пару тривиальных названий, которые часто встречаются:

Химические свойства алкадиенов

Химические свойства диенов очень схожи со свойствами алкенов, для них также характерны реакции присоединения за счет разрыва пи-связей. Но делокализация электронной плотности у сопряженных алкадиенов добавляет им некоторые особые свойства.

1. Галогенирование.

Галогенирование у алкадиенов благодаря системе сопряженных связей может иметь несколько вариантов развития событий. 

Например, в случае с дивинилом, может произойти как 1,4-присоединение (преимущественно), так и 1,2-присоединение и даже тетрахлорпроизводное в избытке хлора. 

Для удобства молекулу галогена лучше расписывать на атомы, так будет намного проще понять, как именно будет протекать данная реакция.

Важно: реакция с бромной водой считается качественной, так как происходит обесцвечивание раствора. 

Из чего делают гидрокостюмы? Из бутадиена галогенированием получают хлоропрен, а из него уже неопрен. Этот мягкий пористый материал используется для изготовления гидрокостюмов для подводного плавания и дайвинга. А первый такой костюм был создан в 1953 году французским изобретателем Жоржем Бюша.

2. Гидрирование.

Водород присоединяется к углеродам, которые находятся по бокам от кратных связей. Аналогично галогенированию, возможны разные варианты присоединения.

3. Гидрогалогенирование.

Гидрогалогенирование происходит по правилу Марковникова: водород присоединяется к более гидрированному атому углерода, а галоген к менее гидрированному.

Опять же возможны разные исходы, но преимущественно идет 1,4-присоединение.

4. Полимеризация. 

Из мономера путем полимеризации мы можем получить полимер — вещество, которое состоит из повторяющихся звеньев — мономеров, как бусы из одинаковых бусинок.

Продукт полимеризации бутадиена — синтетический каучук, а изопрена — натуральный.

Из каучука в дальнейшем получают более прочную резину путем вулканизации. Цепочки полимеров как бы сшиваются между собой атомами серы.

Полимеры повсюду — где и как мы сталкиваемся с продуктами полимеризации алкадиенов? Вы когда-нибудь задумывались, где и как применяется каучуки? Каучук является очень популярным сырьем для изготовления всевозможных изделий из резины. Спрос на каучук в несколько раз превышает объемы его производства. Из него делают автомобильные шины, конвейерные ленты, резиновую обувь, подошву для обуви, клей, детские игрушки. В природе натуральный каучук содержится в дереве Гевея. Одно такое дерево производит около 8 кг каучука в год. Индейцы из Южной Америки обмакивали ноги в горячий сок дерева и ждали, когда он застынет — в результате получалась прочная и непромокаемая обувь.

5. Окисление.

а) мягкое — рвутся только пи-связи и образуются четырехатомные спирты. Раствор перманганата калия при этом обесцвечивается.

б) жесткое — рвутся и пи-, и сигма-связи.

В щелочной среде образуются соли карбоновых кислот, в кислой — карбоновые кислоты и их производные.

6. Горение.

Здесь все просто, все углеводороды горят до углекислого газа и воды.

Давайте подведем итог, с чем же реагируют алкадиены. В этом нам поможет вот такая схема:

Получение алкадиенов

Алкадиены получают для того, чтобы из них синтезировать каучуки: покрышки, ластики, резиновые сапоги и перчатки, канцелярские резинки и так далее.

1. В лаборатории.

Есть несколько способов, но все они требуют достаточно жестких условий, так как для протекания реакции обязательно должны быть катализаторы и температура. Давайте рассмотрим некоторые способы получения алкадиенов в лаборатории.

2. В промышленности.

В промышленности алкадиены получают либо из спиртов под действием серной кислоты, которая не расходуется в течение реакции, либо из дигалогеналканов. 

Вот мы и изучили все свойства алкадиенов. Как вы уже могли заметить, они довольно схожи с алкенами, но при этом имеют свои очень интересные особенности.

Фактчек

• Алкадиены — непредельные углеводородные соединения, которые содержат две двойные связи.
• Общая формула алкенов выглядит так: СnH2n−2.
• Валентный угол и длина связи равны 120° и 0,137 нм соответственно.
• Гомологами алкадиенов будут алкадиены, которые имеют такое же расположение двойных связей, но отличаются на одну или несколько CH2-групп.
• Для алкадиенов характерны реакции с галогенами, водородом, галогеноводородами, с кислородом, а также полимеризация, мягкое и жесткое окисление.
• Получают диены двумя способами: лабораторным и промышленным.

Проверь себя

Задание 1.

Что является алкадиеном?

1. дивинил
2. ацетилен
3. пропан

Задание 2.

С чем не реагируют алкадиены?

1. с бромом
2. с кислородом
3. с алканами

Задание 3.

С чем реагирует дивинил?

1. с хлороводородом
2. с метаном
3. с бензолом

Задание 4.

Бутадиен-1,3 является изомером…

1. пентадиена-1,3
2. пентадиена-1,2
3. пентена-3

Задание 5.

Алкадиены применяют для изготовления…

1. красителей
2. мебели
3. резины

Ответы: 1. — 1; 2. — 3; 3. — 1; 4. — 1; 5. — 3.