Алкадиены (диены, диеновые углеводороды) – соединения, в молекулах которых присутствуют две двойные связи. Общая формула CnH2n-2.
Номенклатура диенов
СН2 = СН – СН = СН2
бутадиен-1,3 (дивинил)
 |
 |
| 2-хлорбутадиен-1,3 (хлоропрен) | 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен) |
Классификация диенов
Кумулированные диены – соединения, в молекулах которых две двойные связи расположены у одного и того же атома углерода: СН2=С=СН–СН2–СН3 (пентадиен-1,2)
Сопряженные диены – соединения, в молекулах которых две двойные связи разделены одной простой связью: СН2=СН–СН=СН–СН3 (пентадиен-1,3)
Изолированные диены – соединения, в молекулах которых две двойные связи разделены более чем одной простой связью. СН2=СН–СН2–СН=СН2 (пентадиен-1,4)
Строение сопряженных диенов
Рис. 1. Сопряжение орбиталей в бутадиене 1,3
Рассмотрим строение сопряженного алкадиена бутадиена-1,3. Молекула имеет плоское строение. Рис. 1. Все 4 атома С в sp2-гибридизации, 2 двойных связи. Однако длина этих двойных связей (0,135 нм) больше, чем у алкена (0,133 нм), а простая связь между атомами углерода (0,146 нм) короче, чем связь С-С в алканах (0,154 нм).
Две сопряженных двойных связи в химических реакциях часто ведут себя, как единое целое. Почему?
Происходит частичное перекрывание π-электронных облаков между 2-м и 3-м атомами углерода, и четыре р-орбитали образуют единое π-электронное облако. Такой тип перекрывания орбиталей называют сопряжением. Четыре электрона не локализованы попарно на двойных связях, а распределены вдоль всей цепи – делокализованы. Рис. 2.
Рис. 2. Шаростержневая модель молекулы бутадиена-1,3
Свойства сопряженных диенов
Типичные реакции – электрофильное присоединение.
Реакция с избытком брома:
СН2=CН–СH=СН2 + 2Вr2 ——® СН2Вr–CHВr–СHBr-СН2Br
При взаимодействии 1:1 образуется смесь.
Обычное присоединение:
СН2=CН–СH=СН2 + Вr2 ——® СН2Вr–CHВr–СH=СН2
Сопряженное присоединение:
СН2=CН–СH=СН2 + Вr2 ——® СН2Вr–СН=CH–СН2Вr
При сопряженном присоединении π-электронное облако диена участвует в реакции присоединения как единое целое.
Получение диенов
1. В промышленности бутадиен-1,3 и изопрен получают каталитическим дегидрированием бутана и 2-метилбутана, выделенных из фракций нефтеперегонки:
2. Бутадиен-1,3 в промышленности получают из этилового спирта по методу С.В.Лебедева:
3. Лабораторный способ – реакции отщепления, например:
Применение диенов и терпенов
В промышленности диены используют для получения синтетического каучука.
Углеводороды, содержащие две и более двойные связи в молекуле – терпены – широко распространены в растительных организмах, часто обладают приятным запахом. Смеси терпенов используют в производстве духов и ароматических отдушек, а также в медицине.
Жизненно важен для человека b-каротин, который превращается в организме в витамин А, он содержится в красных и желтых плодах. Красный цвет b-каротина обусловлен длинной цепочкой сопряженных двойных связей.
. Морковь. Содержит терпен
