Дієнові вуглеводні, їх характеристика.

Алкадієни, або дієнові вуглеводні,- ненасичені вуглеводні, які містять у вуглецевому ланцюгу молекули два подвійних зв’язки.

Загальна формула дієнових вуглеводнів С_nН_2n-2, де п = 3,4,5,6… .Отже, будь-який алкадієн є ізомером алкіну з тим самим числом вуглецевих атомів.

Назви дієнових вуглеводнів за міжнародною номенклатурою утворюють з назв алканів з тим самим числом атомів вуглецю, замінюючи закінчення -ан на -адієн.Назви ізомерів будують за замісниковою номенклатурою аналогічно до назв алкенів. Цифри, зазначені в кінці назви, означають найменші номери атомів вуглецю в головному ланцюгу, біля яких знаходяться подвійнізвязки. Приклади:

_{1 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4}

Н₂С = С = СН₂; Н₂С = НС – СН = СН₂; Н₂С = С – СН = СН₂

^{пропадієн-1,2 бутадієн-1,3} 

СН₃

^{2-метилбутадієн-1,3}

Залежно від положення подвійних звязків у молекулах розрізняють алкадієни з кумульованими звязками, наприклад СН₂ = С = СН₂; спряженими звязками, наприклад СН₂ = СН - СН = СН₂; ізольованими звязками наприклад:

СН₂ = СН – СН₂ – СН₂ – CН = СН₂

Найбільше практичне значення мають алкадієни з спряженими подвійними звязками.

Алкадієни зі спряженими подвійними зв'язками. Розглянемо будову молекули бутадієну - 1,3.

Атоми вуглецю в молекулі бутадієну - 1,3 перебувають у стані sp² - гібридизації. За рахунок гібридизованих sp² - орбіталей, осі симетрії яких лежать в одній площині,в молекулі виникають σ - звязки між усіма атомами вуглецю і σ - звязки вуглець-водень. Центри всіх атомів у молекулі бутадієну -1,3 лежать в одній площині. Негібридизованір-орбіталі атомів вуглецю (по одній у кожного атома) розміщені перпендикулярно до площини молекули і перекриваються не тільки між атомами 1,2 і 3,4, а й між атомами 2,3. Електрони на таких орбіталях утворюють спільну - електронну систему. Однак перекривання р-орбіталей між атомами вуглецю 2 і 3 менш повне, ніж 1,2- і 3,4-перекривання. Алкадієни із спряженими зв’язками значно стійкіші, ніж алкадієни з кумульованими та ізольованими звзками.

За хімічними властивостями дієнові вуглеводні багато в чому подібні до алкенів.

1. Гідрування і галогенування. Алкадієни можуть приєднувати водень (у момент виділення, тобто водень у вигляді атомів Н) і галогени. Звичайно атоми водню чи галогену приєднуються до атомів вуглецю, що займають у ланцюгу положення 1 і 4 (так зване 1,4-приєднання).При цьому утворюється новий подвійний звязок між вуглецевими атомами 2 і 3.

Атоми водню можуть приєднуватися також до атомів вуглецю 1 і 2 (1,2-приєднання), при цьому другий подвійний звязок в алкадієні не змінюється. Наприклад, реакції гідрування і галогенування бутадієну - 1,3 відбуваються за рівняннями:

_{4 3 2 1 4 3 2 1}

Н₂С = СН – СН = СН₂ + Н₂ Н₃С – СН = СН – СН₃

_{4 3 2 1 4 3 2 1}

Н₂С = СН – СН = СН₂ + Вr₂BrН₂С – СН = СН – СН₂Br

_{4 3 2 1}

(рідше – BrН₂С – СНBr – СН = СН₂)

При надлишку галогену відбувається галогенування і другого подвійного звязку. Повне гідрування бутадієну - 1,3 до алкану відбувається при наявності нікелевого каталізатора.

2. Гідрогалогенування. Приєднання хлороводню до бутадієну - 1,3 приводить до утворення продуктів 1,2 - і 1,4 - приєднання:

Механізм утворення цих двох продуктів можна пояснити так. Молекула бутадієну реагує спочатку з іоном водню, який згідно з правилом Марковнікова приєднується до більш гідрогенізованого атома вуглецю:

_{4 3 2 1 4 3 2 1}

Н₂С = СН – СН = СН₂ + Н⁺ Н₂С = СН – СН = СН₃

В утвореному катіоні позитивно заряджений атом вуглецю притягує до себе пару електронів, що утворюють  - звязок між третім і четвертим атомами вуглецю. Отже, справжня структура катіона є проміжною між двома:

_{+ +}

Н₂С = СН – СН – СН₃ СН₂ – СН = СН – СН₃

Тому хлорид-аніон може приєднуватися до такого катіона як в положення 2, так і в положення 4.

3. Полімеризація. Як і інші ненасичені сполуки, алкадієни полімеризуються. Продуктами полімеризації деяких дієнових вуглеводнів є каучук - еластичні полімери, що мають широке застосування.

Найбільше практичне значення з алкадієнів мають бутадієн - 1,3 і 2 - метилбутадієн - 1,3.

Бутадієн-1,3. Тривіальна назва бутадієну - 1,3 - дивініл. За звичайних умов - це безбарвний газ с температурою плавлення - 4,5С. Практично не розчинний в воді. У промисловості бутадієн - 1,3 добувають дегідруванням бутану при наявності каталізаторів:

Давнім способом добування бутадієну - 1,3 є каталітична дегідратація і дегідрування етилового спирту СН₃СН₂ОН. Цей спосіб розробив радянський хімік С.В.Лебедєв у 1930 р. і реалізував його на першому в СРСР заводі по виробництву синтетичногокаучуку:

Бутадієн - 1,3 використовується для добування синтетичного каучуку.

2-Метилбутадієн-1,3. Тривіальна назва 2 - метилбутадієну - 1,3 - ізопрен. За звичайних умов ізопрен рідина з температурою кипіння 34С.

Ізопрен добувають дегідруванням при нагріванні 2 - метилбутану:

Ізопрен застосовують у виробництві синтетичного каучуку.