Алкадиены: свойства, получение и применение

Рассмотрим физические свойства алкадиенов: бутадиен-1,3 представляет собой бесцветный газ, раздражающий слизистые оболочки, практически нерастворимый в воде. Как правило, с увеличение относительной молекулярной массы идёт увеличение температуры кипения и плавления диенов.

Диены, как и алкены, вступают в реакции присоединения, которые идут с разрывом π-связей. Но диены с сопряжёнными двойными связями в этих реакциях образуют смеси продуктов присоединения. Наряду с присоединением по двойным связям (1,2-присоединение) происходит присоединение и по концам системы сопряжённых двойных связей (1,4-присоединение), когда вместо одинарной связи между центральными атомами углерода образуется двойная связь.

Присоединение галогенов. В реакции бутадиена-1,3 с бромом получается смесь 3,4-дибромбутена-1  (1,2-присоеинение) и 1,4-дибромбутен-2 (1,4-присоединение). Поэтому алкадиены также обесцвечивают бромную воду.

H₂C = CH – CH = CH₂ + Br₂ → H₂СBr – СHBr – CH = CH₂

CH₂Br – CH = CH – CH₂Br

При избытке брома образуется 1,2,3,4-тетрабромбутан.

H₂C = CH – CH = CH₂ + 2Br₂ → H₂СBr – СHBr – CHBr – CH₂Br

Диены в реакциях с водородом также образуют смесь продуктов. Так, в реакции бутадиена-1,3 с водородом в случае 1,2-присоединения образуется бутен-1, в случае 1,4-прислединения образуется бутен-2.

Если водород взят в избытке, то образуется бутан.

H₂C = CH – CH = CH₂ + 2H₂ → H₃С – СH₂ – CH₂ – CH₃

Алкадиены, как и алкены, вступают в реакции полимеризации. Так, при полимеризации бутадиена-1,3 образуется полибутадиен (бутадиеновый каучук).

n(CH₂ = CH – CH = CH₂) → (-CH₂ – CH = CH – CH₂-)_n

Впервые он получен в 1932 году С. В. Лебедевым.

Большое значение имеет изопреновый каучук, который получают полимеризацией 2-метилбутадиена-1,3. Это синтетический каучук.

К синтетическим каучукам относятся: бутадиеновый, изопреновый, хлоропреновый каучуки.

Натуральный каучук получают из млечного сока гевеи. Для этого на коре делают V-образный надрез. Со здорового дерева млечный сок можно собирать около 30 лет. Индейцы называли его «кау чу», то есть «слёзы дерева».

Природные каучуки – это высокомолекулярные углеводороды (Mr = 150000-500000). Природный каучук – это цис-изомер изопренового каучука, а транс-изомер его – гуттаперча.

Каучук – мягкое вещество с незначительной механической прочностью. Он при низких температурах становится хрупким, а при высоких – липким, может растворяться в бензине, то есть образует резиновый клей. Каучук – диэлектрик. Он эластичный и может хорошо растягиваться.

Сырой каучук не используется. Эластичность каучуков улучшается при вулканизации, то есть превращении каучука в резину при нагревании с серой.

Резина прочнее, устойчива к изменениям температуры и растворителям. Впервые метод вулканизации осуществил в 1839 году Ч. Гудьир.

Эбонит – резина, содержащая 30 % серы. Эбонит твёрдый, неэластичный материал, является электроизолятором.

На рубеже 19-20 веков требовалось больше научный открытий, развивалась промышленность. Началось бурное производство велосипедов, автомобилей, самолётов. Цены на каучук стали стремительно расти. На тот момент только Бразилия могла обеспечить себя натуральным каучуком. Англичане начали выращивать каучуконосные деревья в своих колониях.

В России остро стал вопрос производства каучуков. И. Л. Кондаков осуществил первый синтез изопрена и получил из него каучуконосное вещество. А промышленный синтез бутадиена-1,3 впервые осуществил С. В. Лебедев дегидратацией и дегидрированием этанола при нагревании.

2H₃C – CH₂ – OH → H₂C = CH – CH = CH₂ + 2H₂O + H₂↑

Сергей Васильевич Лебедев – российский учёный-химик. Известен своими классическим работами по полимеризации и гидрированию непредельных углеводородов. Основоположник промышленного способа получения синтетического каучука. Он создал лабораторную контактную печь, где получали бутадиен, из которого потом получали бутадиеновый каучук.

В 1932 году в Ярославле впервые был осуществлён синтез каучука по методу Лебедева.

В настоящее время бутадиен получают дегидрированием бутана, а дегидрированием 2-метилбутана получают изопрен.

Синтетические каучуки используются для изготовления транспортёрных лент, резиновой обуви, водопроводных и лабораторных шлангов, в медицине, спорте. Натуральный полиизопреновый полимер транс-строения – гуттаперчу – применяют для изготовления мячей для гольфа.

Таким образом, для алкадиенов характерны реакции присоединения. В реакциях присоединения диены всегда образуют смеси продуктов: 1,2-присоединения и 1,4-присоединения. Диеновые углеводороды легко вступают в реакции полимеризации с образованием синтетических каучуков.