Бутадиен – 1,3
Казанский Государственный Технологический Университет
им. Кирова
Реферат на тему: «Бутадиен – 1,3»
Выполнила студентка
2 курса группы 3151-84
Казакова Резеда
Проверила
Климентова Е. Ю.
2007 год.
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.
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
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):
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:
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