Диены химия егэ

Алкадиены — непредельные (ненасыщенные) углеводороды, имеющие в молекуле две двойных связи С=С.
Каждая такая связь содержит одну сигма-связь (σ-связь) и одну пи-связь (π-связь).

Алкадиены также называют диеновыми углеводородами. Первый член гомологического ряда — пропадиен — CH₂=C=CH₂.
Общая формула их гомологического ряда — C_nH_2n-2.

Номенклатура и изомерия алкадиенов

Названия алкадиенов формируются путем добавления суффикса «диен» к названию алкана с соответствующим числом:
пропадиен, бутадиен, пентадиен и т.д.

При составления названия алкадиена важно учесть, что главная цепь атомов углерода должна обязательно содержать двойные связи. Нумерация
атомов углерода в ней начинается с того края, к которому ближе двойная связь. В конце названия указывают атомы углерода, у которых
начинается двойная связь.

Атомы углерода, прилежащие к двойной связи находятся в sp² гибридизации.

Для алкадиенов характерна изомерия углеродного скелета, положения двойных связей, межклассовая изомерия с алкинами и пространственная геометрическая
изомерия в виде существования цис- и транс-изомеров.

Также к синтетическим каучукам относится бутадиен-1,3 (дивинил).

Классификация по положению двойных связей

В зависимости от того, как чередуются двойные связи в молекуле алкадиена, они подразделяются на следующие типы:

• Кумулированные двойные связи

В случае, если две двойные связи прилежат к одному и тому же атому углерода.

Пример — пропадиен-1,2 (аллен) — CH₂=C=CH₂

В молекуле аллена крайние атомы углерода находятся в состоянии sp²-гибридизации, а центральный атом — sp-гибридизации.

• Сопряженные двойные связи

В случае, если две двойные связи разделены одной одинарной связью. В результате такого взаиморасположения в
молекулах возникает сопряжение: формируется единое π-электронное облако.

Помните, что сигма-связи (σ-связи) перекрываются вдоль линии плоскости, а пи-связи (π-связи) над и под линией
плоскости (линией, соединяющей центры атомов).



Пример — бутадиен-1,3 — CH₂=CH-CH=CH₂

• Изолированные двойные связи

В случае, если две двойные связи разделены двумя и более одинарными связями.

Пример — пентадиен-1,4 — CH₂=CH-CH₂-CH=CH₂

Получение алкадиенов

Алкадиены получают несколькими способами:

• Дегидрогалогенирование дигалогеналканов

В результате реакции молекулы алкана, содержащей два атома галогена, со спиртовым (!) раствором щелочи
получается алкадиен. В зависимости от положения галогенов возможны разные варианты.

Отщепление идет по правилу Зайцева: атом водорода отщепляется от соседнего, наименее гидрированного атома углерода.



• Синтез С.В. Лебедева

Сергей Васильевич Лебедев в 1927 году разработал первый промышленный способ получения синтетического каучука из
этилового спирта.

2CH₃-CH₂-OH → (450 °C, кат. ZnO) CH₂=CH-CH=CH₂ + 2H₂O
+ H₂

Каучук занимает важное место в промышленности благодаря своим свойствам: водонепроницаемости, эластичности и
способности к электроизоляции. Путем вулканизации из каучука получают резину, используемую повсеместно.



• Дегидрирование алканов

В результате отщепления водорода от молекулы алкана образуются двойные связи. Дегидрирование происходит
при повышенной температуре и в присутствии катализатора.

Химические свойства алкадиенов

Алкадиены — ненасыщенные углеводороды, легко вступающие в реакции присоединения. Реакции замещения для них не характерны.
Наличие сопряженных двойных связей увеличивает реакционную способность молекулы и обуславливает необычный механизм некоторых реакций.

• Гидрирование

Водород присоединяется к атомам углерода, образующим двойную связь. Пи-связь (π-связь) рвется, остается единичная сигма-связь (σ-связь).



• Галогенирование

Реакция с бромной водой является качественной для непредельных соединений, содержащих двойные (и тройные) связи. В ходе такой реакции бромная
вода обесцвечивается, что указывает на присоединение брома по кратным связям к органическому веществу.

В случае, если двойные связи находятся в сопряжении, выход продуктов во многом зависит от температуры. Например, в ходе галогенирования бутадиена-1,3
при -80°C преимущественно получается продукт 1,2-присоединения, а при +60°C — продукт 1,4-присоединения.



• Гидрогалогенирование

Алкадиены вступают в реакции гидрогалогенирования, протекающие по типу присоединения.

Гидрогалогенирование протекает по правилу Марковникова, в соответствии с которым атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному, а
атом галогена — к наименее гидрированному атому углерода.



• Окисление

При горении алкадиены, как и все органические соединения, сгорают с образованием углекислого газа и воды — полное окисление.

2CH₂=CH-CH=CH₂ + 11O₂ → 8CO₂ + 6H₂O

• Полимеризация

Полимеризация — цепная реакция синтеза полимеров, при котором молекула полимера образуется путем последовательного соединения
молекул мономеров.

Индекс «n», степень полимеризации, обозначает число мономерных звеньев, которые входят в состав полимера.

Алкадиены – это непредельные (ненасыщенные) нециклические углеводороды, в молекулах которых присутствуют две двойные связи между атомами углерода С=С.

Общая формула алкадиенов C_nH_2n-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.

Строение, изомерия и гомологический ряд алкадиенов

Химические свойства алкадиенов

Получение алкадиенов

Строение алкадиенов

Свойства алкадиенов определяются их строением и взаимных расположением двойных связей в молекуле.

Изолированные двойные связи разделены в углеродной цепи двумя или более σ-связями С–С. Например, в пентадиене-1,4:

CH₂=CH–CH₂–CH=CH₂

Изолированные алкадиены проявляют свойства алкенов.

Кумулированные двойные связи расположены в углеродной цепи у одного атома углерода.

Например, пропадиен:

CH₂=C=CH₂

Кумулированные алкадиены неустойчивы.

Сопряженные двойные связи разделены одной σ-связью С-С.

Например, бутадиен-1,3:

CH₂=CH–CH=CH₂

Сопряженные алкадиены обладают характерными свойствами, которые отличаются от свойств алкенов.

Строение сопряженных алкадиенов

Молекула бутадиена-1,3 содержит четыре атома углерода в sp²—гибридизованном состоянии. 

π-Электроны двойных связей образуют единое π-электронное облако (сопряженную систему) и делокализованы (равномерно распределены) между всеми атомами углерода.

Это соответствует плоскому строению молекулы бутадиена-1,3.

Образуется единая сопряженная π-система, которая может вступать во взаимодействие целиком, используя все четыре р-орбитали π-связей. 

Реальное строение бутадиена более точно отражает формула с делокализованными «полуторными» связями.

Аналогичное устроены и другие сопряженные алкадиены.

Например, 2-метилбутадиен-1,3:

Сопряжение в молекуле алкадиенов можно также схематично изобразить так:

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.

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 — C_nH_2n-2.

Изомеры углеродного скелета отличаются строением углеродного скелета.

Пространственная изомерия

Для некоторых алкадиенов характерна пространственная изомерия: цис-транс-изомерия и оптическая.

Алкадиены, которые обладают достаточно большим углеродным скелетом, могут существовать в виде оптических изомеров. В молекуле алкадиена должен присутствовать асимметрический атом углерода (атом углерода, связанный с четырьмя различными заместителями).

Цис-транс-изомерия обусловлена отсутствием вращения по двойной связи у некоторых алкадиенов.

Алкадиены, имеющие у каждого из двух атомов углерода при двойной связи различные заместители, могут существовать в виде двух изомеров, отличающихся расположением заместителей относительно плоскости π-связи.

Алкадиены, в которых одинаковые заместители располагаются по одну сторону от плоскости двойной связи, это цис-изомеры. Алкадиены, в которых одинаковые заместители располагаются по разные стороны от плоскости двойной связи, это транс-изомеры.

цис-Алкадиен	транс-Алкадиен

Цис-транс-изомерия не характерна для тех алкадиенов, у которых хотя бы один из атомов углерода при двойной связи имеет два одинаковых соседних атома.

CH₂=CH–CH=CH₂

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:

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.

Химические свойства сопряженных алкадиенов отличаются от алкенов некоторыми особенностями,  которые обусловлены делокализацией электронной плотности π-связей. 

1. 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 одной из 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.

1.1. Гидрирование алкадиенов

Гидрирование алкадиенов протекает в присутствии металлических катализаторов, при нагревании и под давлением.

При присоединении одной молекулы водорода к дивинилу образуется смесь продуктов (бутен-1 и бутен-2):

Соотношение продуктов 1,2- и 1,4- присоединения зависит от условий реакции.

При комнатной и повышенной температуре основным продуктом реакции является 1,4-продукт (бутен-2).

При полном гидрировании дивинила образуется бутан:

1.2. 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. Это качественная 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:

1.3. Гидрогалогенирование алкадиенов

Алкадиены взаимодействуют с галогеноводородами. При присоединении хлороводорода к бутадиену-1,3 преимущественно образуется 1-хлорбутен-2:

. 

3-Хлорбутен-1 образуется в небольшом количестве.

При присоединении полярных молекул к алкадиенам образуется смесь изомеров. При этом выполняется правило Марковникова.

Правило Марковникова: при присоединении полярных молекул типа НХ к алкадиенам водород преимущественно присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи.

1.4. Полимеризация

Полимеризация — это процесс многократного соединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) друг с другом с образованием высокомолекулярного вещества (полимера).

nM → M_n   (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:

При полимеризации изопрена образуется природный (натуральный) каучук:

2. Окисление алкадиенов

Реакции окисления в органической химии сопровождаются увеличением числа атомов кислорода (или числа связей с атомами кислорода) в молекуле и/или уменьшением числа атомов водорода (или числа связей с атомами водорода).

В зависимости от интенсивности и условий окисление можно условно разделить на мягкое и жесткое.

2.1. Мягкое окисление алкадиенов

Мягкое окисление алкадиенов протекает при низкой температуре в присутствии перманганата калия. При этом раствор перманганата обесцвечивается.

В молекуле алкадиена разрываются только π-связи и окисляются атомы углерода при двойных связях. При этом образуются четырехатомные спирты.

Обесцвечивание алкадиенами водного раствора перманганата калия, как и в случае алкенов – качественная реакция на двойную связь.

2.2. Жесткое окисление

При жестком окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) происходит полный разрыв двойных связей С=С и связей С-Н у атомов углерода при двойных связях. При этом у окисляемых атомов углерода образуются связи с атомами кислорода.

Так, если у атома углерода окисляется одна связь, то образуется группа С-О-Н (спирт). При окислении двух связей образуется двойная связь с атомом углерода: С=О, при окислении трех связей — карбоксильная группа СООН, четырех — углекислый газ СО₂.

Можно составить таблицу соответствия окисляемого фрагмента молекулы и продукта:

Окисляемый фрагмент	KMnO4, кислая среда	KMnO4, H2O, t
>C=	>C=O	>C=O
-CH=	-COOH	-COOK
CH2=	CO2	K2CO3

При окислении бутадиена-1,3 перманганатом калия в среде серной кислоты возможно образование щавелевой кислоты и углекислого газа:

2.3. 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:

C_nH_2n-2 + (3n-1)/2O₂ → nCO₂ + (n-1)H₂O + Q

Например, уравнение сгорания бутадиена:

2C₄H₆ + 11O₂ → 8CO₂ + 6H₂O

Получение алкадиенов

1. 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): 

2. Синтез Лебедева

Нагревание этанола в присутствии катализатора (смесь оксидов Al₂O₃, MgO, ZnO) – это промышленный способ получения дивинила из этанола (синтез Лебедева).

При этом образуются бутадиен-1,3, вода и водород:

3. Дегидратация двухатомных спиртов

Под действием серной кислоты вода отщепляется от бутандиола-1,3. При этом образуется дивинил и вода:

4. Дегидрогалогенирование дигалогеналканов

Под действием спиртовых растворов щелочей протекает отщепление атомов галогена и водорода и образуются вода, соль и алкадиен.

При этом атомы галогенов в дигалогеналкане должны располагаться не у одного и не у соседних атомов углерода.

1,3-Дихлорбутан реагирует со спиртовым раствором гидроксида калия с образованием бутадиена-1,3:

 Алкадиены— СnH_2n-2, две двойные связи, n ≥ 3,диен.

      1.От расположения двойных связей выделяют  3 вида
диенов:

Алкадиены с кумулированным расположением  СН₂ = С=СН_2,  
у С – sp² –
гибридизация;

Алкадиены с сопряжёнными двойными связями CH₂=CH—CH=CH₂

Алкадиены с изолированными  двойными связями   СН₂=СН-СН₂-СН=СН₂
пентадиен-1,4

Свойства алкадиенов.: алкадиены вступают в реакции в 2 ступени. Атомы
углерода при двойной связи находятся в sp²— гибридизации, р- орбитали, образующие п- связи (сопряжённые),
образуют единую систему- П—систему.

Длины двойных связей 1 и 3- 0, 137 нм (двойная- в
алкенах- 0-132 нм), а одинарная(2) — 0,146 нм ( у алканов- 0,154 нм), иногда
изображают: СН₂ – СН – СН – СН₂ 

2. Изомерия                           
1)Структурная                 а) у/в цепи                                                
 

                      б)положения кратных свойств          в)межклассовая- алкины

     2) Пространственная цис- и транс-        СН₂=СН        
СН₃                                СН₂=СН                  
Н

                                                                                    
С=С                                          С=С

                                       
                                                                      Н                       
СН₃                        Н                  СН₃                                              
                          

                                    
                                                                    цис-пентадиен-1,3                         транс-

3.    
Получение:

                                                             
425⁰

1. Метод Лебедева.   2СН₃-СН₂ОН                          
СН₂=СН-СН=СН₂+2Н₂О+Н2

                                          этанол       Al₂O_3,ZnO           
бутадиен- 1,3

2. Дегидрирование           550-600

    СН_3-СН₂-СН₂-СН₃                                                       СH₂=СH-СH=СH₂+2Н₂      

                                       Al₂ O_3,  Cr₂  O₃                                                                

    бутан                                                                                     
                                                       

на 1 стадии образуется                         СН₂=СН-СН₂
-СH₃         и           СН₃-СН=СH-СH₃                            

                                                                                                                       
        бутен —
1                     бутен — 2

3. Дегидрогалогенирование

                                                                    t       

СН₂ — СН₂ — СН₂ — СН₂+ 2
КОН                            СН₂=СН-СН=СН₂+2KBr + 2H₂O

|                          |               спиртовой

Br 1,4–дибром — Br                       р-р

           бутан

из Н₂С      СН       СН       СН₃  
+  2КОН               СН₃—CH₂—C-=СН+2КBr+ 2H₂O

                    I          I                      
cпиртовой                        бутин-1                   

                  
Br         Br                       р—р                                 

     2,3 –дибромбутан

Физические
свойства:        пропандиен-1,2                  2- метилбутандиен-1,3

                                                                                Г;                
                               Ж;

                                                  бутадиен- 1,3                 
пентадиен-1,4

5.  Химические свойства для веществ с сопряжёнными связями ( электрофильное
присоединение)

реакции присоединения (Н₂, НАl₂, HHAl)

                                                                     
Н₂С-СН-СН=СН₂  1,2- присоединение

                                                                         
I    I

                                                 Вr  Br

СН₂=СН-СН=СН₂  +Br ₂                         

                                                                                                  
СН₂-СН=СН-СН₂   
1,4- присоединение

                                                                      
 I                
   I

                                                                      Br                
  Br

+Br₂               CH₂         CH    
CH     CH₂

                     I             I         I    
   I      

                    Br          Br        Br     Br

2) реакции полимеризации (радикальный механизм)

                                            Na

      n Н₂С=СН-СН=СН₂               (-CH₂-СН=СН-СН₂=) n   синтетический
бутадиеновый каучук

          

   для получения синтетических каучуков   

           
Н                        Н                                                                 Н                       
CН₂—                                                
                                              

                                                                     
стереорегулярный

                         С=С                                                                                      
С=С                     

                                                                   

                                                                                                            —
H₂C               H

              -Н₂С  
цис—
       СН₂ —                                                                                транс—                                                                                                                                                                                                                                     

         

АЛКАДИЕНЫ.

Это углеводороды, содержащие две двойные связи.   Первый член ряда – С3Н4 (пропадиен или аллен).  В названии появляется суффикс – ДИЕН.

СН2=СН –СН=СН2       бутадиен-1,3         (дивинил)

СН2=С –СН=СН2          │                   2-метилбутадиен-1,3          СН3                         (изопрен)

Типы двойных связей в диенах:

1.Изолированные двойные связи разделены в цепи двумя или более σ-связями: СН2=СН–СН2–СН=СН2. Диены этого типа проявляют свойства, характерные для алкенов.

2. Кумулированные двойные связи расположены у одного атома углерода: СН2=С=СН2 (аллен) Подобные диены (аллены) относятся к довольно редкому  и неустойчивому типу соединений.

3.Сопряженные двойные связи разделены одной σ-связью:  СН2=СН–СН=СН2 Сопряженные диены отличаются характерными свойствами, обусловленными электронным строением молекул, а именно, непрерывной последовательностью четырех sp2-атомов углерода.

Изомерия диенов

1. Изомерия положения двойных связей:

2. Изомерия углеродного скелета:

3. Межклассовая изомерия с алкинами и  циклоалкенами. Например, формуле С4Н6 соответствуют следующие соединения:

4. Пространственная изомерия Диены, имеющие различные заместители при углеродных атомах у двойных связей, подобно алкенам, проявляют цис-транс-изомерию.   (1)Цис-изомер                 (2) Транс-изомер

Электронное строение сопряженных диенов.

     Молекула бутадиена-1,3  СН2=СН-СН=СН2 содержит четыре атома углерода в sp2—гибридизованном состоянии и имеет плоское строение.

     π-Электроны двойных связей образуют единое π-электронное облако (сопряженную систему) и делокализованы между всеми атомами углерода.

       Кратность связей (число общих электронных пар) между атомами углерода имеет промежуточное значение: нет чисто одинарной и чисто двойных связей. Строение бутадиена более точно отражает формула с делокализованными «полуторными» связями.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОПРЯЖЕННЫХ АЛКАДИЕНОВ.

РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ К СОПРЯЖЕННЫМ ДИЕНАМ.        Присоединение галогенов, галогеноводородов, воды и других полярных реагентов происходит по электрофильному механизму (как в алкенах).   Помимо присоединения по одной из двух двойных связей (1,2-присоединение), для сопряженных диенов характерно так называемое 1,4-присоединение, когда в реакции участвует вся делокализованная системы из двух двойных связей: Соотношение продуктов 1,2- и 1,4- присоединения зависит от условий реакции (с повышением температуры обычно увеличивается вероятность 1,4-присоединения).

1. Гидрирование.                                                      CН3-СН2-СН=СН2 (1,2-продукт) СН2=СН-СН=СН2 + Н2                                                       СН3-СН=СН-СН3    (1,4-продукт)    В присутствии катализатора Ni получается продукт полного гидрирования: CH2=CH-CH=CH2 + 2 H2 –(Ni,t)🡪 CH3-CH2-CH2-CH3

2. Галогенирование, гидрогалогенирование и гидратация                                                            1,4-присоединение.                                                            1,2-присоединение.   При избытке брома присоединяется еще одна его молекула по месту оставшейся двойной связи с образованием 1,2,3,4-тетрабромбутана.

3. Реакция полимеризации. Реакция протекает преимущественно по 1,4-механизму, при этом образуется полимер с кратными связями, называемый  каучуком: nСН2=СН-СН=СН2 🡪 (-СН2-СН=СН-СН2-)nполимеризация изопрена: nCH2=C–CH=CH2 🡪( –CH2 –C =CH –CH2 –)n          │                            │          CH3                            CH3  (полиизопрен)

РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ – мягкое, жесткое, а также горение.   Протекают так же, как и в случае алкенов – мягкое окисление приводит к многоатомному спирту, а жесткое окисление – к смеси различных продуктов, зависящих от строения диена: СН2=СН –СН=СН2 + KMnO4 + H2O 🡪   СН2 – СН – СН – СН2  +MnO2 + KOH                                                                        │      │      │      │                                                                       OH    OH    OH    OH

Алкадиены горят – до углекислого газа и воды.   С4Н6 + 5,5О2 🡪 4СО2 + 3Н2О

ПОЛУЧЕНИЕ АЛКАДИЕНОВ.

1. Каталитическое дегидрирование алканов (через стадию образования алкенов). Этим путем получают в промышленности дивинил из бутана, содержащегося в газах нефтепереработки и в попутных газах:   Каталитическим дегидрированием изопентана (2-метилбутана) получают изопрен:

2. Синтез  Лебедева: (катализатор – смесь оксидов Al2O3,MgO,ZnO 2 C2H5OH –( Al2O3,MgO,ZnO, 450˚C)🡪 CH2=CH-CH=CH2 + 2H2O + H2

3. Дегидратация двухатомных спиртов:

4. Действие спиртового раствора щелочи на дигалогеналканы (дегидрогалогенирование):

Вы попросили — мы сделали! Скорее изучай новые шпаргалки по диенам, здесь мы собрали самую важную информацию для подготовки к ЕГЭ по химии, а именно:

• Строение и классификация диенов;
• Способы получения диенов;
• Типа изомерии;
• Химические свойства диенов.

Не забудь просмотреть реакцию Лебедева — по статистике её постоянно забывают при решении 33-его задания

🔹 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

АлкаДИены — непредельные углеводороды с общей формулой CnH2n-2 (являются межклассовыми изомерами алкинов).
В молекуле алкадиена есть 2 двойные связи (отсюда и название).
Атом углерода при двойной связи находится в состоянии sp²-гибридизации, образует 3 σ-связи и 1 𝜋-связь (кроме кумулированных).

⠀
Для алкадиенов характерна структурная и пространственная изомерия, правила игры такие же, как в алкенах! 🤪
⠀
Алкадиены бывают разные:
🔸 Кумулированные (двойные связи примыкают друг к другу)
СH₂=C=СH₂ («центральный» углерод находится в состоянии sp-гибридизации).
Соединения такого типа неустойчивы и в ЕГЭ не встречаются;
⠀
🔸 Сопряжённые (двойные связи разделены одной одинарной)
СH₂=СH-СH=СH₂
⠀
🔸 Изолированные (двойные связи разделены более чем одной одинарной связью)
СH₂=СH-СH₂-СH=СH₂
Эти соединения обладают теми же свойствами, что и алкены.
⠀
🔹 НОМЕНКЛАТУРА
Для обозначения наличия двойных связей к суффиксу добавляется частица «ди»:
бутадиен-1,3 или пентадиен-1,4.
⠀
Стоит запомнить тривиальные названия некоторых диенов:
пропадиен — аллен
бутадиен-1,3 — дивинил
2-метилбутадиен-1,3 — изопрен
⠀
🔹 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
дивинил — газ
изопрен — жидкость
Большего знать не требуется!
⠀
🔹 СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ
1️⃣ Дегидрирование алканов
Условие: t°C, Cr₂O₃
СH₃-СH₂-СH₂-СH₃ → СH₂=СH-СH=СH₂ + 2H₂ ( t°C, Cr₂O₃)
⠀
2️⃣ Реакция Лебедева (дегидрирование и дегидратация этанола )
Условие: t°C, ZnO и Al₂O₃
2СH₃-СH₂-OH → СH₂=СH-СH=СH₂ + H₂ + 2H₂O (t°C, ZnO, Al₂O₃)
⠀
3️⃣ Дегидрогалогенирование дигалогеналканов спиртовым раствором щёлочи
Условие: t°C
Сl-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-Cl + 2KOH (спирт. р-р) → СH₂=СH-СH=СH₂ + 2KCl + 2H₂O (t°C)
⠀
🔹 ПРИМЕНЕНИЕ
Бутадиен и изопрен — источники для получения каучуков (синтетического и натурального).
Каучуки служат для изготовления резиновых изделий (например, автомобильных шин) 🚗

Алкадиены

(диены) – непредельные алифатические углеводороды, молекулы которых содержат две двойные связи. Общая формула алкадиенов С

_n

H

<sub>2n


-2</sub>

.

Свойства алкадиенов в значительной степени зависят от взаимного расположения двойных связей в их молекулах. По этому признаку различают три типа двойных связей в диенах:

1)

изолированные

двойные связи разделены в цепи двумя или более s-связями:

СН

₂

=СН–СН

₂

–СН=СН

₂

(разделенные

sp



³


-атомами углерода, такие двойные связи не оказывают друг на друга взаимного влияния и вступают в те же реакции, что  и двойная связь в алкенах);

2)

кумулированные

двойные связи расположены у одного атома углерода:

СН

₂

=С=СН

₂

(подобные диены (аллены) менее стабильны, чем другие диены и при нагревании в щелочной среде перегруппировываются в алкины);

3)

сопряженные

двойные связи разделены одной s-связью:

СН

₂

=СН–СН=СН

₂

.

Сопряженные диены представляют наибольший интерес. Они отличаются характерными свойствами, обусловленными электронным строением молекул, а именно, непрерывной последовательностью четырех

sp



²


-атомов углерода. Все атомы углерода лежат в одной плоскости, образуя s-скелет. Негибридизованные р-орбитали каждого атома углерода перпендикулярны плоскости s-скелета и параллельны друг другу, взаимно перекрываются, образуя единое p-электронное облако. Такой особый вид взаимного влияния атомов называется сопряжением.

Перекрывание р-орбиталей

молекулы бутадиена

имеет место не только между   С

₁

– С

₂

, С

₃

– С

₄

, но и между С

₂

– С

₃

. В связи с этим применяют термин: «сопряженная система». Следствием делокализации электронной плотности является то, что длины связей С

₁

– С

₂

(С

₃

– С

₄

) увеличены, по сравнению с длиной двойной связи в этилене (0,132 нм) и составляют 0,137 нм; в свою очередь, длина связи С

₃

– С

₄

меньше, чем в этане С – С (0,154 нм) и составляет 0,146 нм. Диены с сопряженной системой двойных связей более энергетически выгодны.

Номенклатура алкадиенов

По правилам IUPAC главная цепь молекулы алкадиена должна включать обе двойные связи. Нумерация атомов углерода в цепи проводится так, чтобы двойные связи получили наименьшие номера. Названия алкадиенов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) с добавлением окончания –

диен

.

Виды изомерии алкадиенов:

Структурная изомерия:

1) изомерия положения сопряженных двойных связей;

2) изомерия углеродного скелета;

3) межклассовая (изомерны алкинам)

Пространственная изомерия


— диены, имеющие различные заместители при углеродных атомах у двойных связей, подобно алкенам, проявляют цис-транс-изомерию.

Способы получения алкадиенов

Химические свойства алкадиенов

Для сопряженных диенов характерны реакции присоединения (реакции 1, 2). Наличие сопряженной системы p-электронов приводит к особенностям реакций присоединения. Сопряженные диены способны присоединять не только по двойным связям (С

₁

и С

₂

, С

₃

и С

₄

), но и к концевым (С

₁

и С

₄

) атомам углерода  сообразованием двойной связи между С

₂

и С

₃

. Соотношение продуктов 1,2- и 1,4-присоединения зависит от температуры, при которой проводился эксперимент и от полярности применяемого растворителя.

Восстановление (реакция 3) с помощью [Na + C

₂

H

₅

OH] называется восстановлением водородом в момент выделения (при взаимодействии натрия и спирта выделяется водород). Алкены в таких условиях не восстанавливаются, это отличительное свойство сопряженных диенов.

Полимеризация (реакция 4) важнейшее свойство сопряженных диенов, которая происходит под действием различных катализаторов (AlCl

₃

, TiCl

₄

+(C

₂

H

₅

)

₃

Al) или света. В случае применения определенных катализаторов  можно получить продукт полимеризации с определенной конфигурацией цепей.

Цис-конфигурацию  имеет  натуральный каучук. Макромолекулы натурального каучука имеют спиралевидную структуру цепи из-за того, что изопреновые звенья изогнуты, что создает пространственные препятствия упорядоченному расположению цепей. В каучуке длинные молекулы скручены в спутаны друг с другом в спирали. При растяжении каучука спирали растягиваются, а при снятии напряжения они снова скручиваются. В природе существует еще другой полимер изопрена гуттаперча (транс-конфигурация). Гуттаперча обладает стержнеобразной структурой цепи из-за выпрямленности изопреновых звеньев (цепи с транс-конфигурацией двойных связей могут располагаться одна вдоль другой), поэтому гуттаперча твердый, но хрупкий полимер. Натуральный каучук имеют немногие страны и поэтому его заменяют синтетическими каучуками из дивинила, а также из изопрена.

Для практического использования каучуки превращают в резину.

Резина – это вулканизованный каучук с наполнителем (сажа). Суть процесса вулканизации заключается в том, что нагревание смеси каучука и серы приводит к образованию трехмерной сетчатой структуры из линейных макромолекул каучука, придавая ему повышенную прочность. Атомы серы присоединяются по двойным связям макромолекул и образуют между ними сшивающие дисульфидные мостики.

Сетчатый полимер более прочен и проявляет повышенную упругость – высокоэластичность (способность к высоким обратимым деформациям).

В зависимости от количества сшивающего агента (серы) можно получать сетки с различной частотой сшивки. Предельно сшитый натуральный каучук – эбонит – не обладает эластичностью и представляет собой твердый материал.