Алкадиены: гомологический ряд, номенклатура и изомерия

Диеновые углеводороды – это непредельные углеводороды, в составе которых есть кратные связи.

Алкадиены, или диены – это углеводороды, содержащие в составе молекул две двойные связи.

Диены довольно широко распространены в природе: это растительные пигменты моркови, помидоров, листьев деревьев, плодов шиповника. Здесь растительным пигментом является β-каротин.

Простейшим представителем диенов, у которого двойные связи разделены одной одинарной, является бутадиен-1,3.

Из этой формулы видно, что общая формула алкадиенов будет C_nH_2n-2. В бутадиене-1,3 все атомы углерода находятся в состоянии sp²-гибридизации и молекула имеет плоскостное строение. р-Электроны двойных связей образуют единое р-электронное облако (сопряжённую систему) и делокализовано между всеми атомами углерода. Здесь нет чисто одинарных и число двойных связей. В молекуле бутадиена-1,3 длина одинарной С – С-связи равна 0,148 нм, что короче С – С-связи в алканах, но длиннее, чем в алкенах. Это всё приводит к особым химическим свойствам диенам.

Рассмотрим алкадиены, имеющие пять атомов углерода.

H₂C = C = CH – CH₂ – CH₃ пентадиен-1,2 (кумулятивные)

H₂C = CH – CH = CH – CH₃ пентадиен-1,3 (сопряжённые)

H₂C = CH – CH₂ – CH = CH₂ пентадиен-1,4 (изолированные)

По правилам IUPAC главная цепь диенов должна содержать обе двойные связи. Нумерацию проводят так, чтобы двойные связи получили наименьшие номера. Суффикс –ан заменяется на суффикс –диен. Цифры, указывающие положение двойных связей, записывают после суффикса, а названия заместителей указывают вначале. Например, пронумеруем углеводород:

Выбираем для этого самую длинную цепь. В главной цепи 4 атома углерода и здесь один заместитель – метил у второго атома углерода. Поэтому данный углеводород называется 2-метилбутадиен-1,3, или изопрен.

Кроме изопрена, тривиальное название имеет и бутадиен-1,3, который называют дивинилом.

CH₂ = CH – CH = CH₂ бутадиен-1,3

Для диенов характерны следующие виды изомерии: структурная (изомерия углеродного скелета и изомерия положения двойной связи), а также межклассовая изомерия с алкинами и циклоалкенами.

Составим изомеры к диену, содержащему 6 атомов углерода. Рассмотрим изомерию углеродного скелета. Диену, у которого 6 атомов углерода, соответствует гексадиен-1,3 и 4-метилпентадиен-1,3.

H₃C – CH₂ – CH = CH – CH = CH₂

H₃C – C = CH – CH = CH₂

CH₃

Если составить к диену с 6-ю атомами углерода изомеры по положению двойных связей, то такими изомерами будут гексадиен-2,4 и гексадиен-1,3.

H₃C – CH = CH – CH = CH – CH₃    

H₃C – CH₂ – CH = CH – CH = CH₂

Межклассовым изомерами бутадиена-1,3 будут: бутин-1 и циклобутен.

CH ≡ C – CH₂ – CH₃

CH = CH

CH₂ – CH₂

Для алкадиенов характерна и пространственная цис-транс-изомерия. Эта изомерия обусловлена различным расположением заместителей в пространстве относительно π-связи, вокруг которой невозможно внутримолекулярное вращение.

Таким образом, общая формула алкадиенов C_nH_2n-2. В молекулах диенов длина одинарной С – С-связи равна 0,148 нм. Для диенов характерны следующие виды изомерии: структурная (изомерия углеродного скелета и изомерия положения двойной связи), а также межклассовая изомерия с алкинами и циклоалкенами.