Бутадиен
  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 
   
  |