2 dobles enlaces. Propiedades químicas de los alcadienos. Isomería y nomenclatura de dieno
DEFINICIÓN
Alcadienos- hidrocarburos insaturados que contienen dos dobles enlaces.
Fórmula general de los alcadienos C n H 2 n -2
De acuerdo con la disposición mutua de los dobles enlaces, todos los alcadienos se dividen en: acumulados (los enlaces están en las posiciones 1 y 2) (1), conjugados (los dobles enlaces se encuentran a través de un enlace sencillo) (2) y aislados (dos dobles enlaces son separados por más de un enlace simple –С-С-) (3):
CH 2 = C = CH 2 propadieno -1,2 (1);
CH _ {3} - CH = CH - CH = CH _ {2} pentadieno - 1,3 (2);
CH _ {2} = CH - CH _ {2} - CH _ {2} - CH = CH - CH _ {3} heptadieno -1,5 (3).
En las moléculas de alcadienos, los átomos de carbono están en hibridación sp 2. Un átomo de carbono unido por dobles enlaces en ambos lados, que está presente en la composición de los alcadienos acumulados, está en hibridación sp.
Para todos los alcadienos, comenzando con pentadieno, la isomería de la estructura carbonada (1) y la isomería de la posición de los dobles enlaces (2) son características; para los alcadienos, comenzando con pentadieno - 1,3, isomería cis-trans característica. Dado que la fórmula general de los alcadienos coincide con la fórmula de los alquinos, es posible la isomería interclase entre estas clases de compuestos (3).
CH _ {2} = C = C (CH _ {3}) -CH _ {3} 3-metilbutadieno - 1,2 (1).
CH 2 = C = CH - CH 2 -CH 3 pentadieno - 1,2;
CH _ {3} - CH = CH - CH = CH _ {2} pentadieno - 1,3 (2).
CH 2 = C = CH 2 propadieno -1,2;
CH $ $ C-CH $ $ propino (3).
Propiedades químicas de los alcadienos
Para los alcadienos, son características las reacciones que ocurren por los mecanismos de adición de radicales y electrófilos, y los más reactivos son los alcadienos conjugados.
Halogenación. Cuando se une cloro o bromo a los alcadienos, se forman tetrahaloalcanos y es posible la formación de productos de adición tanto 1,2 como 1,4. La proporción de los productos depende de las condiciones de reacción: el tipo de disolvente y la temperatura.
CH 2 = CH-CH = CH 2 + Br 2 (hexano) → CH 2 (Br) -CH (Br) -CH = CH 2 + CH 2 (Br) -CH = CH-CH 2 -Br
A una temperatura de -80C, la proporción de productos 1.2 - y 1.4 - adiciones - 80/20%; -15C - 54/46%; + 40C - 20/80%; + 60C - 10/90%.
La adición de halógenos también es posible mediante un mecanismo radical, bajo la influencia de la radiación UV. En este caso, también se produce la formación de una mezcla de productos de adición 1,2 y 1,4.
Hidrohalogenación procede de manera similar a la halogenación, es decir con la formación de una mezcla de productos 1,2 - y 1,4 - adición. La proporción de productos depende principalmente de la temperatura, por lo que, a altas temperaturas, prevalecen los productos de adición 1,2 y los productos de adición baja a 1,4.
CH 2 = CH-CH = CH 2 + HBr → CH 3 -CH (Br) -CH = CH 2 + CH 3 -CH = CH-CH 2 -Br
La reacción de hidrohalogenación puede tener lugar en medio acuoso o alcohólico, en presencia de cloruro de litio, o en medio CHal 4, donde Hal es halógeno.
(síntesis de dieno). En tales reacciones, están involucrados dos componentes: un dieno y un compuesto insaturado, un dienófilo. Esto forma un anillo de seis miembros sustituido. Un ejemplo clásico de una reacción de síntesis de dieno es la reacción de interacción de butadieno-1,3 con anhídrido maleico:
Hidrogenación Los alcadienos se encuentran en el amoníaco líquido y conducen a la formación de una mezcla de productos de adición 1,2 y 1,4:
CH 2 = CH-CH = CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH = CH 2 + CH 3 -CH = CH-CH 3.
Los alcadienos acumulados pueden entrar en reacciones de hidratación en un ambiente ácido, es decir adjuntar moléculas de agua. En este caso, la formación de compuestos inestables: enoles (alcoholes insaturados), que se caracterizan por el fenómeno de tautomería ceto-enólica, es decir. los enoles pasan casi de inmediato a la forma de cetonas y viceversa:
CH 2 = C = CH 2 + H 2 O → CH 2 = C (OH) -CH 3 (propenol) ↔ CH 3 -C (CH 3) = O (acetona).
Reacciones de isomerización los alcadienos fluyen en ambiente alcalino cuando se calienta y en presencia de un catalizador - óxido de aluminio:
R-CH = C = C-CH-R → RC≡C-CH2 -R.
La polimerización de alcadienos puede proceder como adición 1,2 o 1,4:
nCH 2 = CH-CH = CH 2 → (-CH 2 -CH = CH-CH 2 -) n.
Propiedades físicas de los alcadienos
Los dienos inferiores son líquidos incoloros de bajo punto de ebullición. El 1,3-butadieno y el aleno (1,2 - propadieno) son gases fácilmente licuados con un olor desagradable. Los dienos superiores son sólidos.
Conseguir alcadienos
Los principales métodos para producir alcadienos son deshidrogenación de alcanos (1), reacción de Lebedev (2), deshidratación de glicol (3), deshalogenación de derivados dihalogenados (4) de alquenos y reacciones de transposición (5):
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 2 = CH-CH = CH 2 (1);
2C 2 H 5 OH → CH 2 = CH-CH = CH 2 + 2H 2 O + H 2 (2);
CH _ {3} - CH (OH) - CH _ {2} - CH _ {2} - OH → CH _ {2} = CH - CH = CH _ {2} + 2H _ {2} O (3);
CH 2 = C (Br) -CH 2 -Br + Zn → CH 2 = C = CH 2 + ZnBr 2 (4);
HC≡C-CH (CH3) -CH3 + NaOH → CH2 = C = CH (CH3) -CH3 (5).
La principal área de uso de los dienos y sus derivados es la producción de caucho.
Ejemplos de resolución de problemas
EJEMPLO 1
| Ejercicio | ¿Qué volumen de hidrógeno se requiere para la hidrogenación catalítica de un doble enlace de un hidrocarburo dieno (C n H 2 n -2) que pesa 5,4 g, si 32 g fueron a la bromación de la misma cantidad de hidrocarburo a tetrabromuro (C n H 2 n -2 Br 4) bromo. ¿Cuál es la composición del hidrocarburo? Anote todos los isómeros posibles. |
| Solución | Escribamos las ecuaciones para las reacciones de hidrogenación catalítica y bromación de alcadieno en forma general: C norte H 2 norte -2 + H 2 → C norte H 2 norte (1) C n H 2 n -2 + 2Br 2 → C n H 2 n -2 Br 4 (2) La masa molar de bromo ( masa molecular un mol de bromo), calculado a partir de la tabla elementos químicos DI. Mendeleev: M (Br 2) = 160 g / mol. Luego, conociendo la masa de bromo (32 g según el enunciado del problema), podemos calcular la cantidad de sustancia bromo: v (Br 2) = m (Br 2) / M (Br 2), v (Br 2) = 32/160 = 0,2 mol. Según la ecuación 2, 5,4 g de hidrocarburo son 0,1 moles, y para la hidrogenación de un doble enlace, se necesitan 0,1 moles de hidrógeno o 0,1 x 22,4 = 2,24 l de hidrógeno. Masa molar de hidrocarburo: M (C norte H 2 norte -2) = metro (C norte H 2 norte -2) / v (C norte H 2 norte -2), M (C n H 2 n -2) = 5,4 / 0,1 = 54 g / mol. Esto significa que el hidrocarburo deseado es butadieno. Los siguientes isómeros son característicos del butadieno: CH 2 = C = CH-CH 3 butadieno-1,2 CH 2 = CH-CH = CH 2 butadieno-1,3 CH≡C-CH 2 -CH 3 butino-1 CH 3 -C≡C-CH 3 butino-2 |
| Respuesta | El volumen de hidrógeno es de 2,24 litros. Butadieno. |
Se distinguen varias clases de hidrocarburos según el número de enlaces múltiples entre átomos de carbono. Detengámonos con más detalle en los compuestos dieno, sus características estructurales, propiedades físicas y químicas.
Estructura
¿Qué son los alcadienos? Las propiedades físicas de los representantes de esta clase de compuestos orgánicos son similares a las de los alcanos y alquenos. Los dienos tienen la fórmula general CpH2p-2, enlaces complejos, por lo tanto, se refieren a hidrocarburos insaturados.
Estos enlaces se pueden ubicar en diferentes posiciones, formando diferentes variantes de dienos:
- acumulado, en el que se encuentran múltiples enlaces a ambos lados de un átomo de carbono;
- en el que hay un enlace simple entre los dobles enlaces;
- aislado, en el que hay varias especies simples entre dobles enlaces.
En tales sustancias, todos los carbonos en el doble enlace están en el estado híbrido sp2. ¿Cuáles son las características de los alcadienos? Las propiedades físicas de tales compuestos están determinadas precisamente por las peculiaridades de su estructura.
Nomenclatura
Según el dieno, los hidrocarburos se denominan según el mismo principio por el que se denominan los compuestos de etileno. Hay algunas características distintivas que pueden explicarse fácilmente por la presencia de dos dobles enlaces en sus moléculas.
Primero, es necesario identificar la cadena de carbono más larga en el esqueleto de carbono, que contiene dos dobles enlaces. La base para el nombre se elige de acuerdo con el número de átomos de carbono, luego se le agrega el sufijo -dieno. Los números indican la posición de cada vínculo, comenzando por el más pequeño.
Por ejemplo, según la nomenclatura sistemática, la sustancia pentadieno-1, 3 tiene la siguiente estructura:
H 2 C = CH - CH = CH - CH 3.
En la nomenclatura sistemática, hay algunos nombres supervivientes: allen, divinyl, isopreno.
Tipos de isomería
Alcadienos, propiedades físicas que dependen del número de átomos de carbono en la molécula, tienen varios tipos de isomería:
- posiciones de múltiples enlaces;
- esqueleto de carbono;
- vista entre clases.
Detengámonos ahora en las cuestiones relativas a la determinación de la cantidad de isómeros en los hidrocarburos dieno.
Tareas de isómeros
"Determinar la cantidad de compuestos isoméricos y nombrar las propiedades físicas de los alcadienos" - en grado 10 currículum escolar en las lecciones química Orgánica A los estudiantes se les hacen muchas preguntas de naturaleza similar. Además, puede encontrar tareas relacionadas con los hidrocarburos insaturados en el examen estatal unificado de química.
Por ejemplo, es necesario indicar todos los isómeros de la composición C 4 H 6, y también darles un nombre de acuerdo con la nomenclatura sistemática. En primer lugar, es posible componer todos los alcadienos, cuyas propiedades físicas son similares a las de los compuestos de etileno:
H 2 C = CH - CH = CH 2.
Este compuesto es una sustancia gaseosa insoluble en agua. Según la nomenclatura sistemática, tendrá el nombre de butadieno -1,3.
Al mover un enlace múltiple a lo largo de la estructura, se puede obtener un isómero de la siguiente forma:
H 3 C-CH = CH = CH 2
Tiene el siguiente nombre: butadieno -1.2
Además de los isómeros de la posición del enlace múltiple, para la composición de C 4 H 6, también se puede considerar la isomería entre clases, es decir, representantes de la clase de los alquinos.
Características de la obtención de compuestos dieno.
¿Cómo se obtienen los alcadienos? Físico y Propiedades químicas Los representantes de esta clase pueden estudiarse completamente solo bajo la condición de la existencia de métodos racionales de su laboratorio y producción industrial.
Teniendo en cuenta el hecho de que el divinilo y el isopreno son los más populares en la producción moderna, considere las opciones para obtener estos hidrocarburos dieno.
En la industria, estos representantes de compuestos insaturados se obtienen en el proceso de deshidrogenación de los correspondientes alcanos o alquenos sobre un catalizador, que es el óxido de cromo (3).
Las materias primas para este proceso se aíslan durante el procesamiento del gas asociado o de los productos refinados del petróleo.
El butadieno-1,3 fue sintetizado a partir de alcohol etílico en el curso de deshidrogenación y deshidratación por el académico Lebedev. Es este método, que implica el uso de óxidos de zinc o de aluminio como catalizador y que se lleva a cabo a una temperatura de 450 grados Celsius, el que se tomó como base para la síntesis industrial de divinilo. La ecuación para este proceso es la siguiente:
2C 2 H5OH —————— H 2 C = CH - CH = CH 2 + 2H 2 O + H 2.
Además, se pueden aislar pequeñas cantidades de isopreno y divil mediante pirólisis de aceite.
Características de las características físicas.
En el cual estado de agregación son los alcadienos? Las propiedades físicas, cuya tabla contiene información sobre los puntos de fusión y ebullición, indica que los representantes más bajos de esta clase son los estados gaseosos con puntos de ebullición y fusión bajos.
Con un aumento en el peso molecular relativo, hay una tendencia a que estos indicadores aumenten, una transición desde un estado líquido de agregación.
La tabla le ayudará a estudiar en detalle las propiedades físicas de los alcadienos. Las fotos que muestran los productos obtenidos a partir de estos compuestos se presentan arriba.
Propiedades químicas
Cuando se consideran dobles enlaces aislados (no conjugados), tienen las mismas capacidades que los hidrocarburos de etileno típicos.
Analizamos las propiedades físicas de los alcadienos, ejemplos de sus posibles interacciones químicas considerar el butadieno -1,3.
Los compuestos con dobles enlaces conjugados tienen una mayor reactividad en comparación con otros tipos de dienos.
Reacciones de adición
Son característicos todos los tipos de dienos, entre ellos destaca la halogenación. Esta reacción convierte el dieno en el alqueno correspondiente. Si se toma hidrógeno en exceso, se puede obtener un hidrocarburo saturado. Representemos el proceso en forma de ecuación:
H 3 C-CH = CH = CH 2 + 2 H 2 = H 3 C-CH 2 -CH 2 -CH 3.
La halogenación implica la interacción de un compuesto dieno con una molécula diatómica de cloro, yodo y bromo.
La reacción de hidratación (adición de moléculas de agua) e hidrohalogenación (para compuestos de dieno que tienen un doble enlace en la primera posición) procede según su esencia es que cuando el enlace se rompe, los átomos de hidrógeno se unirán a los átomos de carbono que tienen un menor cantidad de hidrógenos, y los átomos del grupo hidroxilo o halógeno se unirán a los átomos de C en los que hay menos hidrógeno.
En la síntesis de dieno, un compuesto de etileno o una molécula de alquino se une a un dieno que tiene dobles enlaces conjugados.
Estas interacciones se utilizan en la producción de varios compuestos orgánicos cíclicos.
La polimerización en representantes de compuestos dieno es de particular importancia. Las propiedades físicas de los alcadienos y su uso están asociados con este proceso. Durante su polimerización, se forman compuestos gomosos de alto peso molecular. Por ejemplo, el caucho de butadieno se puede obtener a partir del 1,3-butadieno, que tiene amplias aplicaciones industriales.
Caracterización de compuestos dieno individuales
¿Cuáles son las propiedades físicas de los alcadienos? Analicemos brevemente las características del isopreno y el divinilo.
El butadieno -1,3 es un gas gaseoso con un olor acre específico. Este compuesto es el monómero de partida para la producción de látex, cauchos sintéticos, plásticos y muchos compuestos orgánicos.
El 2-metilbutadieno-1,3 (isopreno) es un líquido incoloro que es un componente estructural del caucho natural.
El 2-clorobutadieno-1,3 (cloropreno) es un líquido tóxico que es la base para la fabricación de vinil acetileno, producción industrial caucho sintético de cloropreno.
Cauchos y cauchos
Los cauchos y cauchos son elastómeros. Hay una división de todos los cauchos en sintéticos y naturales.
El caucho natural es una masa muy elástica que se obtiene del jugo lechoso. El látex es una suspensión de pequeñas partículas de caucho en agua, que existe en árboles tropicales como la Hevea brasileña, así como en algunas plantas.
Este polímero insaturado tiene una composición (C 5 H 8) n, en la que el peso molecular medio oscila entre 15.000 y 500.000.
En el curso de la investigación, se encontró que la unidad estructural del caucho natural tiene la forma -CH2-C = CH-CH2-.
Sus principales características distintivas son una excelente elasticidad, la capacidad de soportar deformaciones mecánicas significativas y mantener su forma después del estiramiento. El caucho natural es capaz de disolverse en algunos hidrocarburos, formando soluciones viscosas.
Similar a los compuestos de dieno, es capaz de entrar en reacciones de adición. La gutapercha es un tipo de polímero de isopreno. Este compuesto no tiene mayor elasticidad, ya que tiene diferencias en la estructura de las macromoléculas.
Los productos hechos de caucho tienen ciertas desventajas. Por ejemplo, si la temperatura aumenta, se vuelven pegajosas, cambian de forma y, cuando la temperatura baja, se vuelven excesivamente frágiles.
Para deshacerse de tales deficiencias, la industria recurre a que la esencia de este proceso es darle resistencia al calor, elasticidad cuando se trata con azufre.
El proceso tiene lugar a temperaturas en el rango de 140-180 ° C en dispositivos especiales. Como resultado, se forma caucho, cuyo contenido de azufre alcanza el 5%. "Reticula" macromoléculas de caucho, formando una estructura de red. Además del azufre, el caucho también contiene cargas adicionales: tintes, plastificantes, antioxidantes.
Debido a la alta demanda industrial de productos de caucho, la mayor parte se produce mediante un método sintético.
Alcadienos- hidrocarburos insaturados, que incluyen dos dobles enlaces. Fórmula general de alcadienos - C n H 2n-2.
Si hay dobles enlaces en una cadena de carbono entre dos o más átomos de carbono, estos enlaces se denominan aislado... Las propiedades químicas de tales dienos no difieren de las de los alquenos, solo entran 2 enlaces en la reacción, y no uno.
Si los dobles enlaces están separados por solo uno σ - enlace, entonces este es un enlace conjugado:
Si dieno tiene este aspecto: C = C = C, entonces dicho enlace se acumula, y el dieno se llama - Allen.
La estructura de los alcadienos.
π -Nubes de electrones de dobles enlaces se superponen entre sí, formando un solo π -nube. En un sistema conjugado, los electrones están deslocalizados sobre todos los átomos de carbono:
Cuanto más larga es la molécula, más estable es.
Isomería de alcadienos.
Para dienes La isomería del esqueleto carbónico, la isomería de la posición de los dobles enlaces y la isomería espacial son características.
Propiedades físicas de los alcadienos.
El butadieno-1,3 es un gas que se licua fácilmente con un olor desagradable. El isopreno es líquido.
Obteniendo dienos.
1. Deshidrogenación de alcanos:
2. La reacción de Lebedev(deshidrogenación y deshidratación simultáneas):
Propiedades químicas de los alcadienos.
Las propiedades químicas de los alcadienos se deben a la presencia de dobles enlaces. La reacción de adición puede proceder en 2 direcciones: 1,4 y 1,2 - adición. Por ejemplo,
Los dobles enlaces están en estado de hibridación sp 2.
Los hidrocarburos dieno, según la ubicación de los dobles enlaces, se dividen en:
Hidrocarburos de doble enlace acumulados:
Hidrocarburos conjugados:
CH 2 = CH - CH = CH 2;
Hidrocarburos de doble enlace aislados:
CH 2 = CH - CH 2 - CH = CH 2.
Nomenclatura. Hay nombres triviales para los hidrocarburos dieno (aleno, divinilo, isopreno) y una nomenclatura sistemática. De acuerdo con la nomenclatura sistemática, se observan las mismas reglas que en el nombre de los alquenos, solo la terminación "en" se reemplaza por "-dieno":
De particular interés entre los hidrocarburos dieno son los hidrocarburos con dobles enlaces conjugados. Los de mayor importancia práctica son el divinilo, o 1,3 - butadieno (gas fácilmente licuado, pb = - 4,5 ° C), y el isopreno, o 2 - metil - 1,3 - butadieno (líquido con pb = 34 ° C). Los hidrocarburos dieno son químicamente similares a los alquenos. Entran fácilmente en reacciones de adición y oxidación. Sin embargo, los dienos conjugados difieren en algunas características, que se deben a la deslocalización (dispersión) de los electrones p. La molécula 1, 3 - butadieno CH 2 = CH - CH = CH 2 contiene cuatro átomos de carbono, que se encuentran en el estado de hibridación sp 2 - y tiene una estructura plana.
p-electrones de dobles enlaces forman un solo nube de electrones p(sistema conjugado) y deslocalizado entre todos los átomos de carbono.
El orden de los enlaces entre los átomos de carbono es intermedio entre simple y doble, es decir no hay enlaces puramente simples ni dobles.
Obtención de hidrocarburos dieno. Los métodos generales para la preparación de dienos son similares a los de preparación de alquenos.
1. Deshidrogenación de alcanos.
De esta forma se obtiene en la industria divinilo de butano:
El isopreno se obtiene por deshidrogenación catalítica de isopentano (2-metilbutano):
2. Síntesis de divinilo según Lebedev:
3. Deshidratación de glicoles (alcoholes dihídricos o alcanodioles):
4. La acción de una solución alcalina alcohólica sobre dihaloalcanos:
5. Obtención de residuos de plantas de fermentación:
Propiedades químicas. Las reacciones típicas de los hidrocarburos dieno, así como de los alquenos, son reacciones de polimerización y adición electrofílica.
Reacciones de adición electrofílica (Ad E). Las características electrónicas de los dienos conjugados conducen al hecho de que las reacciones de Ad E proceden en 1, 2 - y 1, 4 - posiciones:
1. Halogenación:
Mecanismo de reacción:
Dependiendo del cambio en las condiciones de reacción, podemos regular los rendimientos de los productos 1, 2 - y 1, 4 - adición.
La bromación de hidrocarburos dieno procede de la misma forma:
1, 2 - adhesión:
1, 4 - adhesión:
Con un exceso de bromo, se agrega una molécula más en el sitio del doble enlace restante para formar 1, 2, 3, 4 - tetrabromobutano.
2. Hidrohalogenación. La reacción también tiene lugar en 1, 2 y 1, 4 posiciones:
3. Hidrogenación. La hidrogenación de 1,3-butadieno produce predominantemente 2-buteno, es decir ocurre 1, 4 - apego. En este caso, los dobles enlaces se rompen, los átomos de hidrógeno se unen a los átomos de carbono extremos C 1 y C 4, y las valencias libres forman un doble enlace entre los átomos C 2 y C 3:
En presencia de un catalizador de Ni, se obtiene un producto de hidrogenación completo:
La adición de halógenos, haluros de hidrógeno, agua y otros reactivos polares ocurre, como ya se mencionó, por el mecanismo de adición electrofílica. Las reacciones de adición también pueden incluir reacciones d inmersión típico de los dienos. Estas condensaciones se denominan síntesis de dieno.
4. Síntesis de dieno (reacción de Diels-Alder). En síntesis orgánica, la reacción de adición a dienos conjugados de compuestos que contienen enlaces múltiples (los denominados dienophiles) se usa ampliamente. La reacción procede como 1, 4 - adición y conduce a la formación de productos cíclicos:
Reacciones de polimerización. Los hidrocarburos de dieno conjugado son capaces de polimerizar para formar cauchos. Los monómeros más importantes para la producción de cauchos son divinilo, isopreno y 2,3 - dimetilbutadieno.
Hasta 1950, la polimerización de dienos se llevó a cabo en las condiciones de un mecanismo de radicales. En este caso se obtuvieron estructuras atácticas, alejadas de las propiedades del caucho natural.
El uso de catalizadores Zingler-Natta permitió obtener caucho con una estructura ordenada:
La estructura polimérica del caucho natural se basa en cis-poliisopreno. Un análogo del caucho natural se obtuvo sintéticamente utilizando catalizadores Zingler-Natta:
El trans-poliisopreno se llama gutapercha:
trans-poliisopreno (gutapercha)
Para un uso práctico, los cauchos se convierten en caucho. El caucho es un caucho vulcanizado que utiliza negro de carbón como relleno. La esencia del proceso de vulcanización es que calentar una mezcla de caucho y azufre conduce a la formación de una estructura de red tridimensional de macromoléculas de caucho lineales, lo que le da una mayor resistencia. Los átomos de azufre están unidos a dobles enlaces de macromoléculas y forman puentes disulfuro reticulantes entre ellos:
El polímero reticulado es más duradero y exhibe una mayor elasticidad - alta elasticidad (capacidad para altas deformaciones reversibles). Dependiendo de la cantidad de reticulante (azufre) se pueden obtener mallas con diferentes frecuencias de reticulación. Caucho natural extremadamente reticulado - ebonita- no tiene elasticidad y es un material duro. La vulcanización elimina la pegajosidad de los polímeros, aumenta la elasticidad. El caucho se utiliza para fabricar neumáticos.
Es de gran importancia la copolimerización de hidrocarburos dieno con otros monómeros: estireno, acrilonitrilo:
Características generales de los alcadienos
Los alcadienos son representantes de hidrocarburos insaturados que contienen dos dobles enlaces en su estructura carbonada, por lo que también se denominan hidrocarburos dieno.
Y aquí está la fórmula general de la serie homóloga de alcadienos:
CnH2n-2.
Pero, esta fórmula también corresponde a series homólogas alquinos y cicloalquenos.
El nombre de la clase nos dice acerca de la presencia de dos dobles enlaces en una molécula, donde "di" significa dos y "en" se traduce como un enlace, es decir, un doble enlace.
Clasificación de Dienes
También debe tenerse en cuenta que, dependiendo de la disposición mutua de los dobles enlaces, los dienos se pueden dividir en grupos tales como:
Primer grupo
Dienos acumulados. Estos son compuestos cuyas moléculas tienen dos dobles enlaces ubicados en el mismo átomo de carbono (1,2-dienos)
Segundo grupo
Dienos conjugados. Estos incluyen alcadienos, en moléculas de las cuales hay dos dobles enlaces separados por un enlace simple o simple:
Los alcadienos, que tienen enlaces conjugados, a veces pueden verse así:
CH2-CH-CH-CH2
Tercer grupo
Dienos aislados. Estos incluyen aquellos compuestos en los que las moléculas tienen dos dobles enlaces y, además, estos dobles enlaces están separados por varios enlaces simples.
CH2 = CH-CH2-CH = CH2
Isomería y nomenclatura
Si consideramos la isometría de los alcadienos, entonces debería decirse que se caracterizan por una isometría tanto estructural como espacial.
En la siguiente figura, vemos ejemplos de isometría estructural y espacial:
En cuanto a la compilación de los nombres de los alcadienos, existen las siguientes reglas:
Primero, la cadena principal debe contener dos dobles enlaces;
En segundo lugar, la numeración, por regla general, comienza desde el extremo desde el que se encuentra más cerca el enlace múltiple;
En tercer lugar, dan nombres a los sustitutos e indican los átomos de carbono de los que parten;
En cuarto lugar, los átomos de carbono dan el nombre del alcadieno, por regla general, a partir de aquellos átomos a partir de los cuales se formó el doble enlace.
Conseguir alcadienos
Si consideramos el tema de la obtención de dienos, entonces, como regla, usan:
1. El método de S.V. Lebedev. Con su ayuda, la industria estableció la producción de butadieno a partir de alcohol etílico. Este método, que desarrolló Lebedev, se basa en la siguiente reacción:
425 ° C, Al2O3, ZnO
2CH3-CH2-OH -----------------> CH9 = CH-CH = CH9 + 2H2O + H2
Sergei Vasilievich Lebedev fue un famoso químico que dedicó su investigación científica a la polimerización, isomerización e hidrogenación. hidrocarburos insaturados... Al polimerizar el 1,3-butadieno bajo la acción del sodio, pudo obtener un caucho sintético.
2. Método de deshidrogenación. Uno de los métodos industriales más extendidos para producir 1,3-butadieno es la deshidrogenación catalítica. norte-butano, que se aísla de partes de la refinería:
CH3-CH2-CH2-CH3 -> CH2 = CH-CH = CH2 + 2H2
Considerando este proceso, en su primera etapa, se pueden formar tanto buteno-1 como buteno-2.
El isopreno (2-metilbutadieno-1,3) se obtiene por deshidrogenación de 2-metilbutano.
3. Método de deshidrohalogenación. Para obtener alcadienos, puede utilizar el laboratorio estándar, que es el método de la reacción de escisión.
Cuando una solución alcohólica alcalina actúa sobre los dibromalcanos, podemos observar el proceso de escisión de dos moléculas de haluro de hidrógeno y la formación de dos dobles enlaces:
Propiedades físicas
Con respecto a las propiedades físicas de los alcadienos, luego con un doble enlace aislado, tienen las mismas propiedades que los alquenos convencionales.
En condiciones normales, el 1,3-butadieno es un gas fácilmente licuado que tiene un olor bastante desagradable. El isopreno y otros dienos inferiores son líquidos incoloros de bajo punto de ebullición. En cuanto a los dienos superiores, se presentan en forma de sólidos.
Propiedades químicas
Como ya sabes, las propiedades químicas y físicas de los alcadienos tienen mucho en común con los alquenos, aunque los alcadienos con enlaces conjugados tienen sus propios matices y son más activos.
1. Para los alcadienos, las reacciones de adición son inherentes y son capaces de unir tanto hidrógeno como halógenos y haluros de hidrógeno.
La característica principal de los dienos es que tienen la capacidad de unir no solo la molécula 1,2, sino también el producto de adición 1,4:
El curso preferido de la reacción depende, por regla general, de las condiciones y el método de realización.
2. La siguiente propiedad química de los dienos es la reacción de polimerización. Puede ocurrir bajo la influencia de cationes o radicales libres. Normalmente, esta polimerización de estos compuestos conduce a la formación de polímeros que tienen propiedades similares al caucho natural. Por tanto, podemos decir que el principal ámbito de aplicación del butadieno y el isopreno es la producción de caucho sintético.
Cauchos naturales y sintéticos. Caucho
Hasta que el hombre aprendió a producir caucho sintético, hasta entonces el caucho natural se utilizaba en la industria. Dicho caucho se obtuvo utilizando plantas de caucho, mediante el método de extracción de jugo lechoso, es decir, el llamado látex. Se consideró que la planta más valiosa para la liberación de caucho natural estaba creciendo en America latina hevea.
En esta área se han realizado una gran cantidad de investigaciones, que revelaron que el caucho natural contiene cis-poliisopreno, es decir, es un polímero que en su estructura corresponde al isopreno (2-metilbutadieno-1,3).
Pero gracias a varios experimentos e investigaciones, el inventor estadounidense Charles Nelson Goodyear pudo vulcanizar el caucho. Encontró que cuando se calienta el caucho con azufre, al final se obtiene un material bastante elástico, que incluso especificaciones técnicas supera al caucho. Así es como Goodyear consiguió caucho.
Charles Nelson, habiendo llevado a cabo la vulcanización, notó que debido a los puentes de sulfuro se produce la reticulación de las cadenas de polímero y, como resultado, aumenta la fuerza y la resistencia a diversas sustancias orgánicas y disolventes.
Y desde que comenzó el rápido crecimiento de la industria en el siglo XX, la demanda de caucho también aumentó. Pero usar en escala industrial Dado que el caucho natural no era rentable y bastante caro, los científicos tuvieron que buscar formas de obtener caucho sintético.
Pero, inicialmente, no todo fue tan fácil en esta zona, y la primera goma obtenida se parecía vagamente a la resina, que además, al vulcanizarse, tenía muy mala calidad.
Como ya sabe, de la lección de hoy, el caucho sintético se obtuvo por el método del químico S.V. Lebedev solo en 1932, al mismo tiempo que su producción adquirió una escala industrial.
Tal método tecnológicamente conveniente para producir caucho se basaba en la polimerización de 1,3-butadieno usando un catalizador tal como sodio metálico.
Gracias a esta tecnología, fue posible obtener polibutadieno, que tenía propiedades tecnológicas bastante buenas. Pero incluso aquí, no todo fue tan suave como queríamos, porque el polímero resultante no era estéreo regular y, en consecuencia, el caucho producido a partir de esta base no difería en particular elasticidad y era inferior a la calidad del caucho obtenido a partir de materiales naturales. caucho.
Pero los científicos lograron obtener isopreno y polímeros estereorregulares solo en los años cincuenta del siglo XX.
Por supuesto, hoy en día, las tecnologías modernas en industria química permiten la producción no de uno, sino de varios tipos de caucho sintético. Los tipos de cauchos sintéticos como isopreno, butadieno, cloropreno, estireno, etc. se utilizan ampliamente como monómeros.
Además, el caucho es muy popular, que se produce a base de copolímeros de alcadienos, dobles enlaces articulados y derivados de alquenos.
Estos tipos de caucho se caracterizan por una buena elasticidad, resistencia y resistencia a las heladas. Además, estos tipos de caucho tienen una permeabilidad a los gases reducida y también son resistentes a la radiación ultravioleta y diversos oxidantes.
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