Химия

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