если в молекуле алкадиена сопряженные связи то это означает что

Химия. 10 класс

§ 17. Алкадиены

Алкадиены

Известны углеводороды с двумя двойными связями в молекуле. Напомним, что наличие двойной связи углерод-углерод обозначается суффиксом -ен, а соответствующий класс соединений называется алкены. Наличие в молекуле двух двойных связей обозначается -диен, а соответствующий класс соединений называется алкадиены.

Выведем общую молекулярную формулу класса. Напомним, что общая формула класса алканов С_nH_2n+2. Из предыдущего параграфа вы узнали, что молекула алкена образуется в результате отщепления от молекулы алкана двух атомов водорода. Таким образом, образование одной двойной связи приводит к уменьшению содержания водорода в молекуле на два атома, поэтому общая формула алкенов С_nH_2n. Образование ещё одной двойной связи уменьшит содержание атомов водорода в молекуле ещё на два, следовательно, общая формула алкадиенов С_nH_2n–2.

Названия алкадиенов составляются по тем же правилам, как и алкенов, только суффикс -ен заменяется на -диен.

Приведём несколько примеров формул и названий алкадиенов:

Как видно, взаимное расположение двойных связей в молекулах алкадиенов может быть различным.

Наибольший практический интерес представляют алкадиены, в молекулах которых двойные связи разделены одной одинарной связью. Такие алкадиены называются сопряжёнными алкадиенами. Простейшим представителем сопряжённых диенов является бутадиен-1,3:

Это бесцветное газообразное вещество с резким запахом (t_кип = –4 °С).

Источник

Алкадиены. Свойства алкадиенов.

Алкадиены – непредельные углеводороды, в состав которых входят две двойные связи. Общая формула алкадиенов – C_nH_2n-2.

Если двойные связи находятся в углеродной цепи между двумя или боле атомов углерода, то такие связи называются изолированными. Химические свойства таких диенов не отличаются от алкенов, только в реакцию вступают 2 связи, а не одна.

Если же диен выглядит так: С=С=С, то такая связь является кумулированной, а диен называется – алленом.

Строение алкадиенов.

π-электронные облака двойных связей перекрываются между собой, образуя единое π-облако. В сопряженной системе электроны делокализованы по всем атомам углерода:

Чем длиннее молекула, тем она более устойчива.

Изомерия алкадиенов.

Для диенов характерна изомерия углеродного скелета, изомерия положения двойных связей и пространственная изомерия.

Физические свойства алкадиенов.

Бутадиен-1,3 – легко сжижающийся газ с неприятным запахом. А изопрен – жидкость.

Получение диенов.

1. Дегидрирование алканов:

2. Реакция Лебедева (одновременное дегидрирование и дегидратация):

Химические свойства алкадиенов.

Химические свойства алкадиенов обусловлены наличием двойных связей. Реакция присоединения может протекать в 2х направлениях: 1,4 и 1,2 – присоединение. Например,

Способность алкадиенов к полимеризации:

Для получения изопренового каучука используют реакцию при воздействии металлоорганических катализаторов:

Применение алкадиенов.

Основная сфера использования диенов и их производных – это производство каучука.

Источник

Алкадиены

Номенклатура и изомерия алкадиенов

Названия алкенов 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 sp 2 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 случае, если две двойные связи прилежат к одному и тому же атому углерода.

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).

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

Получение алкадиенов

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.

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

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

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

Химические свойства алкадиенов

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

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.

Алкадиены вступают в реакции гидрогалогенирования, протекающие по типу присоединения.

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

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Гомологический ряд алкадиенов

Углеводороды гомологического ряда диенов, или алкадиенов, отличаются высокой химической активностью, обусловленной особенностями строения молекул. Алкадиенам присуще разнообразие строения, поэтому в гомологическом ряду существует внутренняя классификация. Свойства алкадиенов, принадлежащих к разным типам, заметно отличаются.

Строение молекул и классификация диенов

Главный признак алкадиенов – две двойные связи в углеродном скелете. Молекула содержит две пары атомов углерода с sp2-гибридизованными внешними электронными облаками. Для данного состояния атома характерно наличие одной негибридной p-орбитали, располагающейся перпендикулярно плоскости, проходящей через центры взаимодействующих атомов.

В каждой паре таких атомов помимо прочно соединяющей их по кратчайшему расстоянию σ-связи, за счет перекрывающихся p-облаков возникает менее устойчивая π-связь. Сочетание (σ+π) и есть двойная связь C=C. При внешнем воздействии ее π-компонент легче поддается разрыву и освобождает у пары углеродных атомов по одной валентности для химического взаимодействия.

Поскольку у диеновых углеводородов на формирование двойных связей затрачивается по две валентности для каждой углеродной пары, до полного насыщения молекуле не хватает четырех водородных атомов. Химическая формула алкадиенов имеет вид .

Типология диенов по взаимному положению двойных связей

Различают три типа расположения, при которых различаются степень и характер влияния связей C=C друг на друга:

Соединения этого типа представляют наибольший интерес в плане практического использования.

Изомерия алкадиенов с сопряженной связью

Диены образуют как структурные, так и пространственные изомеры.

Структурная изомерия

Диеновые молекулы могут различаться по следующим признакам:

Пространственная изомерия

Стереоизомерия (геометрические различия) возникает вследствие того, что фрагменты молекулы не могут вращаться вокруг кратной связи. Одинаковые заместители при этом оказываются либо по одну сторону от плоскости π-связи (цис-изомеры), либо по разные (транс-изомеры) и оказать влияние на реакционную способность.

В то время как геометрическая изомерия связана с неизменной конфигурацией углеводородной молекулы, поворотные изомеры способны переходить из одного состояния в другое.

В трансоидной конформации молекула диена обладает минимальной энергией и вследствие этого менее реакционноспособна. Определенные химические превращения, например реакции диенового синтеза, протекают избирательно только с участием s-цис-конформера.

Гомологи диенов и их номенклатура

Поскольку в формуле алкадиенов две кратные связи, гомологический ряд должен начинаться с соединения, в котором три углеродных атома. Название соединения образуется из корня, суффикса –диен– и номеров атомов с кратными связями. Например, H2C=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH3 – октадиен-1,4.

Гомологи алкадиенов приведены в таблице ниже:

Классификация диенов

Кратные связи в диенах могут стоять в разных местах. Алкадиены бывают:

Особенности сопряженных диенов

Сопряженные диены имеют атомы углерода в sp2-гибридизации. π – электроны создают единую систему и располагаются равномерно по всей молекуле. Все атомы образуют p-облако. Такой тип называется π,π-сопряжение.

Настоящее строение таких алкадиенов отражает наличие делокализованных «полуторных» связей.

Физические свойства алкадиенов

В нормальных условиях алкадиены схожи с алкенами. Первые два представителя гомологического ряда диеновых углеводородов – газы, не имеющие цвет, но со специфическим запахом. Алкадиены, имеющие до семнадцати углеродных атомов в цепи, — жидкости. Диены, находящиеся ниже по гомологическому ряду, – твердые вещества. Температуры плавления и кипения поднимаются по мере роста молекулярной массы.

Получение алкадиенов

Существует несколько способов получения диенов.

Дегидрирование алканов

В промышленных условиях бутадиен-1,3 получают из 2-метилбутана под действием катализатора Al2O3 и повышенных температур.

Синтез Лебедева

Бутадиен-1,3 также получают из этанола под действием катализаторов Al2O3, ZnO и повышенных температур.

Дегидратация двухатомных спиртов

Реакция проходит под действием бромоводорода HBr (выход диенов – 62%) или оксида алюминия Al2O3 (выход диенов – 70-85 %).

Дегидрогалогенирование дигалогеналканов

Отщепление подчиняется правилу Зайцева и идет под действием спирта.

Химические свойства алкадиенов

Свойства алкадиенов обуславливают возможность вступления в реакции присоединения. Кратная связь увеличивает реакционную способность и обуславливает необычные механизмы некоторых реакций.

Реакция Дильса-Альдера

Эта реакция заключается во взаимодействии диенов и диенофилов с образованием шестичленных гидроароматических колец. Реакция обратима и проходит при нормальных условиях или слабом нагревании.

Полимеризация диенов

Полимеризация – это реакция последовательного соединения мономеров с целью получения полимера. У алкадиенов полимеризация протекает по 1,4-механизму.

Синтетический каучук получают из дивинила.

Применение алкадиенов

Диены – это ненасыщенные алифатические соединения с двумя двойными связями. Особенности строения алкадиенов указывают на то, что им доступны лишь реакции присоединения. У сопряженных диенов есть единое π – облако, которое позволяет вступать в различные реакции. Алкадиены имеют большое промышленное значение.

Диенами часто используются в промышленности при получении каучуков. Их них изготавливают автомобильные и велосипедные шины.

Органические соединения, имеющие две и более двойные связи, — терпены. Они есть в составе организма, а также их синтезируют и применяют в производстве парфюма.

Источник

Алкадиены

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 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:

Изолированные алкадиены проявляют свойства алкенов.

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

Кумулированные алкадиены неустойчивы.

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

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

Строение сопряженных алкадиенов

Молекула бутадиена-1,3 содержит четыре атома углерода в sp 2 —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.

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

Аналогичное устроены и другие сопряженные алкадиены.

Сопряжение в молекуле алкадиенов можно также схематично изобразить так:

Изображение с сайта orgchem.ru

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.

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.

Бутадиен-1,3	Бутин-1	Циклобутен

Изомеры углеродного скелета отличаются строением углеродного скелета.

Пентадиен-1,3	2-Метилбутадиен-1,3

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-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

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.

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.

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 полном гидрировании дивинила образуется бутан:

1.2. Галогенирование алкадиенов

Присоединение галогенов к алкадиенам происходит даже при комнатной температуре в растворе (растворители — вода, CCl₄).

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.

1.5. 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)

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.

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:

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:

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

Н агревание 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:

Источник