Алкадиены
Алкадиены – это непредельные (ненасыщенные) нециклические углеводороды, в молекулах которых присутствуют две двойные связи между атомами углерода С=С.
Общая формула алкадиенов CnH2n-2 (как у алкинов, а также циклоалкенов), где n ≥ 3.
Наличие двух двойных связей между атомами углерода очень сильно влияет на свойства углеводородов. В этой статье мы подробно остановимся на свойствах, способах получения и особенностях строения алкадиенов.
Изомерия алкадиенов
Для алкадиенов характерна структурная и пространственная изомерия.
Структурная изомерия
Для алкенов характерна структурная изомерия – изомерия углеродного скелета, изомерия положения кратных связей и межклассовая изомерия.
Структурные изомеры — это соединения с одинаковым составом, которые отличаются порядком связывания атомов в молекуле, т.е. строением молекул.
Изомеры положения двойных связей отличаются положением двойных связей.
| Например. Изомеры положения двойных связей с формулой С6Н10 — гексадиен-1,3 и гексадиен-2,4 |
| Гексадиен-1,3 | Гексадиен-2,4 |
| 
|
Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но одинаковым составом. Алкадиены являются межклассовыми изомерами с алкинами и циклоалкенами с общей формулой — CnH2n-2.
| Например. Межклассовые изомеры с общей формулой С4Н6 — бутадиен-1,3, бутин-1, циклобутен |
| Бутадиен-1,3 | Бутин-1 | Циклобутен |
| 
| 
|
Изомеры углеродного скелета отличаются строением углеродного скелета.
| Например. Изомеры углеродного скелета, которые соответствуют формуле С5Н8 — пентадиен-1,3 и 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен) |
| Пентадиен-1,3 | 2-Метилбутадиен-1,3 |
| 
|
Номенклатура алкадиенов
В названиях алкадиенов для обозначения двух двойных связей используется суффикс -ДИЕН.
| Например, алкадиен имеет название бутадиен-1,3. |
При этом правила составления названий (номенклатура) для алкадиенов в целом такие же, как и для алканов.
Для простейших алкадиенов применяются также исторически сложившиеся (тривиальные) названия:
| Тривиальное название | Формула алкадиена |
| Дивинил |
|
| Изопрен |
|
Химические свойства сопряженных алкадиенов
Сопряженные алкадиены – непредельные нециклические углеводороды, в молекулах которых две двойные связи образуют сопряженную систему.
Химические свойства алкадиенов похожи на свойства алкенов. Алкадиены также легко вступают в реакции присоединения и окисления.
Реакции присоединения
Для алкадиенов характерны реакции присоединения по одной из двойных связей С=С, либо по обоим связям. Реакции с водой, галогенами и галогеноводородами протекают по механизму электрофильного присоединения. При присоединении одной молекулы реагента к алкадиену рвется только одна двойная связь. При присоединении двух молекул реагента к алкадиену разрываются обе двойные связи.
| Помимо присоединения по однойиз двух двойных связей (1,2-присоединение), для сопряженных диенов характерно так называемое 1,4-присоединение, когда в реакции участвует вся делокализованная система из двух двойных связей, реагент присоединяется к 1 и 4 атому углерода сопряженной системы, а двойная связь образуется между 2 и 3 атомами углерода. |
Гидрирование
Гидрирование алкадиенов протекает в присутствии металлических катализаторов, при нагревании и под давлением.
При полном гидрировании дивинила образуется бутан:
Галогенирование алкадиенов
Присоединение галогенов к алкадиенам происходит даже при комнатной температуре в растворе (растворители — вода, CCl4).
| При взаимодействии с алкадиенами красно-бурый раствор брома в воде (бромная вода) обесцвечивается. Этокачественная реакция на двойную связь. |
| Например, при взаимодействии бутадиена-1,3 с бромной водой преимущественно протекает 1,4 присоединение и образуется 1,4-дибромбутен-2: |
Побочным продуктом бромирования дивинила является 3,4-дибромбутен-1:
При полном бромировании дивинила образуется 1,2,3,4-тетрабромбутан:
-2:
Полимеризация
Полимеризация — это процесс многократного соединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) друг с другом с образованием высокомолекулярного вещества (полимера).
nM → Mn (M – это молекула мономера)
| Полимеризация алкадиенов протекает преимущественно по 1,4-механизму, при этом образуется полимер с кратными связями, называемый каучуком. |
Продукт полимеризации дивинила (бутадиена) называется искусственным каучуком:
Каучуки – это исходное сырье для получения резины!
Горение алкадиенов
Алкадиены, как и прочие углеводороды, горят в присутствии кислорода с образованием углекислого газа и воды.
В общем виде уравнение сгорания алкадиенов выглядит так:
CnH2n-2 + (3n-1)/2O2 → nCO2 + (n-1)H2O + Q
| Например, уравнение сгорания бутадиена: |
2C4H6 + 11O2 → 8CO2 + 6H2O
Получение алкадиенов
Дегидрирование алканов
Отщепление водорода от бутана — это промышленный способ получения дивинила.Реакция протекает при нагревании в присутствии оксида хрома (III):
Изопрен получают каталитическим дегидрированием изопентана (2-метилбутана):
Домашнее задание
1. Запишите сокращенные структурные формулы трех первых представителей гомологического ряда алкадиенов, назовите вещества по международной номенклатуре.
2. Запишите уравнение реакции получения бутадиена-1,3 из бутана (реакция глубокого дегидрирования)
3. Запишите уравнение реакции получения искусственного каучука (бутадиенового каучука)- реакция полимеризации бутадиена-1,3
Критерии оценки: 1 – «3»+2- «4» + 3 – «5»