Алкадиены. Алкадиены (диолефины)

Название	Алкадиены (диолефины)
Дата	13.10.2022
Размер	29.37 Kb.
Формат файла
Имя файла	Алкадиены.docx
Тип	Урок #732256

Тема: Алкадиены (диолефины).
Цели уроков:

1. Расширить знания учащихся об углеводородах − дать понятие о непредельных углеводородах, их классификации. Познакомить учащихся с особенностями строения алкадиенов, способами образования δ- и π-связей.

2. Знать общую формулу алкадиенов, физические и химические свойства, способы получения и области применения алкадиенов.

I. Изучение нового материала.

Алкадиены – органические соединения, углеводороды алифатического (ациклического) непредельного характера, в молекуле которых между атомами углерода – две двойные связи, и которые соответствуют общей формуле C_nH_2n-2, где n =3 или n >3.

1 2 3 4

CH₂ == CH –––– CH == CH₂

бутадиен-1,3

        Для алкенов характерна sp²-гибридизация. У бутадиена-1,3 у четырех негибридных

p-электронов образуется общее π -электронное облако, в результате чего происходит делокализация двойных связей в молекуле, связи между молекулами C₁ и C₂, C₃ и C₄ удлиняются (по сравнению с двойной связью – 0,134 нм), а связь между C₂ и C₃ укорачивается (по сравнению с одинарной связью – 0,154 нм):

  1 2 3 4

CH₂ = = = CH = = = CH = = = CH₂

0,136нм 0,146 нм 0,136 нм

Такая особенность строения называется эффектом сопряжения двойных связей и определяет реакционную способность алкадиенов.

        В названии алкенов содержится суффикс –диен («две» «двойные связи»), обозначающий принадлежность соединения к данному классу.

Классификация

Тип диена	Взаимное расположение двойных связей в молекулах	Примеры
1. Диены с кумулированными связями	Две двойные связи находятся у одного атома углерода	CH₂ = C = CH₂ Пропадиен (аллен)
2. Диены с сопряженными связями	Двойные связи разделены одной одинарной связью	CH₂ = CH – CH = CH₂ Бутадиен-1,3 (дивинил)
3. Диены с изолированными связями	Двойные связи разделены двумя или более одинарными связями	CH₂ = CH – CH₂ – CH = CH₂ Пентадиен-1,4

В определении названия алкадиена (как и у всех непредельных углеводородов) положение кратной связи имеет при нумерации преимущество перед остальными.

Для алкадиенов характерны следующие виды изомерии:

Структурная изомерия:

а) изомерия углеродного скелета

  1 2 3 4 5 1 2 3 4

CH₂=CH – CH = CH – CH₃   CH₂= C – CH = CH₂

|

CH₃

пентадиен-1,3 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен)

б) изомерия положения кратной связи

  1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH₂=CH – CH = CH – CH₃     CH₃–CH = C = CH – CH₃

пентадиен-1,3 пентадиен-2,3

в) изомерия положения заместителей (Hal, - NO₂, SO₂-OH и др.)

  1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH₂=CH – C = CH – CH₃     CH₂=CH – CH = C – CH₃

| |

Cl Cl

3-хлорпентадиен-1,3 4-хлорпентадиен-1,3

Пространственная изомерия:

а) геометрическая изомерия

5 4 3 2 1

CH₃ – CH = C – CH = CH₂

|

CH₃

3-метилпентадиен-1,3

CH₃ CH₃ H CH₃

\ / \ /

C = C H C = C H

/ \ / / \ /

H C = C CH₃ C = C

/ \ / \

H H H H

цис-изомер транс-изомер

Межклассовая изомерия (с циклоалкенами и алкинами)

1 2 3 4 5

CH₂=CH – CH = CH – CH₃ CH = CH

пентадиен-1,3 | |

CH₂ CH₂

CH ≡ C – CH₂ – CH₂ – CH₃ \ /

CH₂

пентин-1 циклопентен

Физические свойства.
Бутадиен-1,3 и пропадиен – газы; 2-метилбутадиен-1,3 - летучая жидкость; алкадиены с изолированными двойными связями – жидкости; высшие алкадиены – твердые вещества.
Химические свойства.

Химические свойства алкадиенов с изолированными связями протекают так же, как и у алкенов – только в два этапа, а у алкадиенов с сопряженными связями - с некоторыми особенностями: способность присоединять молекулы как в положения 1 и 2 (подобно алкадиенам с изолированными связями – 1,2-присоединение), так и в положении 1 и 4 (перераспределение двойной связи – 1,4-присоединение) – зависит от условий и способа проведения реакций.

Реакции присоединения

гидрирование

а) с изолированными связями

  1 2 3 4 5 5 4 3 2 1

CH₂=CH – CH₂ – CH = CH₂ + H – H   → CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH = CH₂

пентадиен-1,4 пентен-1

5 4 3 2 1

CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH = CH₂ + H – H → CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₃

пентен-1 пентан

б) с сопряженными связями

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH₂ = CH – CH = CH – CH₃ + H – H → CH₃ – CH = CH – CH₂ – CH₃

пентадиен-1,3 пентен-2

1 2 3 4 5

CH₃ – CH = CH – CH₂ – CH₃ +         H – H → CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₃

пентен-2 пентан

галогенирование

1 2 3 4 5 5 4 3 2 1

CH₂=CH – CH₂ – CH = CH₂ + Br – Br → CH₂Br – CHBr – CH₂ – CH = CH₂

пентадиен-1,4 4.5-дибромпентен-1

5 4 3 2 1 5 4 3 2 1

CH₂Br – CHBr – CH₂ – CH = CH₂ + Br – Br → CH₂Br – CHBr – CH₂ – CHBr – CH₂Br

4,5-дибромпентен-1 1,2,4,5-тетрабромпентан

б) с сопряженными связями

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH₂ = CH – CH = CH – CH₃ + Br – Br → CH₂Br – CH = CH – CHBr – CH₃

пентадиен-1,3 1.4-дибромпентен-2

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH₂Br – CH = CH – CHBr – CH₃ + Br – Br → CH₂Br – CHBr – CHBr – CHBr – CH₃

1,4-дибромпентен-2 1,2,3,4-тетрабромпентан

гидрогалогенирование (по правилу Марковникова: при присоединении веществ с полярной ковалентной связью типа HX (где X – это -Hal, -OH и т.д.) к несимметричным непредельным углеводородам по месту разрыва П-связи атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода, а X – к наименее гидрированному атому углерода)

1 2 3 4 5 5 4 3 2 1

CH₂=CH – CH₂ – CH = CH₂ + H – Br → CH₃ – CHBr – CH₂ – CH = CH₂

пентадиен-1,4 4-бромпентен-1

5 4 3 2 1 5 4 3 2 1

CH₃ – CHBr – CH₂ – CH = CH₂ + H – Br → CH₃ – CHBr – CH₂ – CHBr – CH₃

4-бромпентен-1 2,4-дибромпентан

б) с сопряженными связями

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH₂ = CH – CH = CH – CH₃ + H – Br → CH₃ – CH = CH – CHBr – CH₃

пентадиен-1,3 4-бромпентен-2

1 2 3 4 5 5 4 3 2 1

CH₃ – CH = CH – CHBr – CH₃ + H – Br → CH₃ – CH₂ – CHBr – CHBr – CH₃

4-бромпентен-2 2,3-дибромпентан

5 4 3 2 1

→ CH₃ – CHBr – CH₂ – CHBr – CH₃

2,4-дибромпентан

гидратация (по правилу Марковникова)

1 2 3 4 5 5 4 3 2 1

CH₂=CH – CH₂ – CH = CH₂ + H – OH → CH₃ – CH OH – CH₂ – CH = CH₂

пентадиен-1,4 пентен-1ол-4

5 4 3 2 1 5 4 3 2 1

CH₃ – CH OH – CH₂ – CH = CH₂ + H – OH → CH₃ – CH OH – CH₂ – CH OH – CH₃

пентен-1ол-4 пентандиол-2,4

б) с сопряженными связями

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH₂ = CH – CH = CH – CH₃ + H – OH → CH₃ – CH = CH – CH OH – CH₃

пентадиен-1,3 пентен-2ол-4

1 2 3 4 5 5 4 3 2 1

CH₃ – CH = CH – CH OH – CH₃ + H – OH → CH₃ – CH₂ – CH OH – CH OH – CH₃

пентен-2ол-4 пентандиол-2,3

5 4 3 2 1

→ CH₃ – CH OH – CH₂ – CH OH – CH₃

пентандиол-2,4

сульфирование (по правилу Марковникова)

1 2 3 4 5 5 4 3 2 1

CH₂=CH – CH₂ – CH = CH₂ + H – O-SO₂-OH → CH₃ – CH – CH₂ – CH = CH₂

|

O-SO₂-OH

5 4 3 2 1 5 4 3 2 1

CH₃ – CH – CH₂ – CH = CH₂ + H – O-SO₂-OH → CH₃ – CH – CH₂ – CH – CH₃

I | |

O-SO₂-OH O-SO₂-OH O-SO₂-OH

б) с сопряженными связями

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH₂ = CH – CH = CH – CH₃ + H – O-SO₂-OH → CH₃ – CH = CH – CH – CH₃

|

O-SO₂-OH

1 2 3 4 5 5 4 3 2 1

CH₃ – CH = CH – CH – CH₃ + H – O-SO₂-OH → CH₃ – CH₂ – CH – CH – CH₃

| | |

O-SO₂-OH HO-₂OS-O O-SO₂-OH

5 4 3 2 1

CH₃ – CH – CH₂ – CH – CH₃

| |

O-SO₂-OH O-SO₂-OH

алкилирование (смесь различных продуктов), например:

1 2 3 4 6 5 4 3 2 1

CH₃ – CH₃ + CH₂=C – CH = CH₂ → CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH – CH = CH₂

| |

CH₃ CH₃

этан 2-метилбутадиен-1,3 3-метилгексен-1

6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8

CH₃ –CH₂ –CH₂ –CH –CH=CH₂ + CH₃–CH₃ → CH₃ –CH₂ –CH₂ –CH –CH₂ –CH₂ –CH₂ –CH₃

| |

CH₃ CH₃

3-метилгексен-1 этан 4-метилоктан

взаимное алкилирование, при разных температурах образуются разные соединения, например:

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8

CH₂=CH–CH=CH₂ + CH₂=CH–CH=CH₂ → CH₂=CH–CH=CH – CH₂–CH₂–CH=CH₂

бутадиен-1,3 октатриен-1,3,7

Реакции окисления.

горение

t⁰

2C₄H₆ + 11 O₂ (избыток) → 8 CO₂ + 6 H₂O

t⁰

2C₄H₆ + 7 O₂ (недостаток) → 8 CO + 6 H₂O

t⁰

2C₄H₆ + 3 O₂ (сильный недостаток) → 8 C + 6 H₂O

частичное окисление кислородом воздуха с образованием эпоксидов и диэпоксидов

t⁰, Kt

2 CH₂=CH – CH = CH₂ + O₂ ––→ CH₂ – CH – CH = CH₂

\ /

O

эпоксибутен-1 (или окись бутена-1)

t⁰, Kt

2 CH₂– CH – CH = CH₂ + O₂ ––→ CH₂ – CH – CH – CH₂

\ / \ / \ /

O O O

диэпоксибутан (или диокись бутана)

окисление кислородом окислителя в щелочной среде

из KMnO₄ 4 3 2 1

CH₂=CH – CH = CH₂ + [O] + H – OH ––––––––→ CH₂– CH – CH = CH₂

| |

OH OH

(бутен-1диол-1,2)

из KMnO₄ 4 3 2 1

CH₂ –CH – CH = CH₂ + [O] + H – OH ––––––––→ CH₂– CH – CH – CH₂

| | | | | |

OH OH OH OH OH OH

(бутантетраол-1,2,3,4)

Обесцвечивание щелочного раствора KMnO₄ – это качественная реакция на непредельные углеводороды.

Реакции полимеризации.

t⁰, kt

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

бутадиен-1,3 бутадиеновый каучук

H H H CH₂ –

\ / \ /

C = C C = C

/ \ / \

– H₂C CH₂ – – H₂C H

цис-конфигурация транс-конфигурация

Получение.

1. Метод Лебедева (1932г.) – дегидратация и дегидрирование

450^oC, Al₂O₃, ZnO

2 CH₃ – CH₂ – OH ––––––––––––––––→ CH₂=CH – CH = CH₂ + H₂O + H₂

этанол бутадиен-1,3

2. Способ дегидрирования

500-600⁰C, Kt

CH₃– CH₂ – CH₂ – CH₃ –––––––––––→ CH₂=CH – CH = CH₂ + H₂

н-бутан бутадиен-1,3

(проходит в две стадии)

500-600⁰C, Kt

CH₃– CH – CH₂ – CH₃ –––––––––––→ CH₂=CH – CH = CH₂ + H₂

| |

CH₃ CH₃

2-метилбутан 2-метилбутадиен-1,3

(изопрен)

500-600⁰C, MgO, ZnO

CH₂ = CH – CH₂ – CH₃ ––––––––––––––––→ CH₂=CH – CH = CH₂ + H₂

бутен-1 бутадиен-1,3

3. Способ дегидрогалогенирования дигалогенпроизводного алкана

Br Br

| | спирт, t^o

CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ + 2 KOH –––––––→ CH₃ = CH – CH = CH₃ + 2 KBr + 2 H₂O

1,4-дибромбутан бутадиен-1,3

Br Br

| | спирт, t^o

CH₂ – CH₂ – CH – CH₃ + 2 KOH –––––––→ CH₃ = CH – CH = CH₃ + 2 KBr + 2 H₂O

1,3-дибромбутан бутадиен-1,3

(При использовании 2,3-дибромбутана или 2,2-дибромпропана – образуются соответствующие алкины)

Применение.

Диеновые углеводороды применяются в производстве синтетических каучуков, из которых в том числе делают и резину.
II. Закрепление знаний, умений и навыков

Домашние задания:

§14 (с.112-118);
записи в тетради;
упражнения 4 и 5 (с.120) – письменно;
задачи 6 (с.120).

Используемая литература

«Репетитор по химии (издание 15-ое)», под редакцией Егорова А. С., Феникс – Ростов-на-Дону, 2006

Габриелян О. С., Маскаев Ф. Н., Пономарев С. Ю., Теренин В. И. « Химия 10 класс: профильный уровень». (Учебник для общеобразовательных учреждений), Дрофа – Москва, 2005
Перекалин В. В., Зонис С. А. «Органическая химия (учебное пособие для студентов педагогических институтов по химическим и биологическим специальностям)», Просвещение – Москва, 1982
«Органическая химия. Том 1 (Основной курс)» под редакцией Н. А. Тюкавкиной, Дрофа – Москва, 2004