Алкадиены: строение, свойства и получение

Алкадиены: строение, свойства, получение

Ключевые тезисы

Алкадиены — непредельные углеводороды с двумя двойными связями, общая формула CₙH₂ₙ₋₂.
Классифицируются на кумулированные, сопряжённые и изолированные в зависимости от взаимного расположения двойных связей.
Для сопряжённых диенов характерны два типа реакций присоединения: 1,2- и 1,4-.
Основные способы получения: дегидрирование алканов, реакция Лебедева, дегидрогалогенирование дигалогенпроизводных.
Полимеризацией алкадиенов получают каучуки (натуральные и синтетические).

Алкадиены — ненасыщенные углеводороды с двумя двойными связями (диены). Общая формула CₙH₂ₙ₋₂ совпадает с формулой алкинов и циклоалкенов.

Минимальное число атомов углерода — 3 (пропадиен C₃H₄).
Валентность углерода равна 4, что определяет строение углеродного скелета.
Атомы углерода при двойной связи находятся в sp²-гибридизации (плоское строение фрагмента).
Бутадиен-1,3 — полностью плоская молекула, так как все атомы углерода в sp²-гибридизации.

Кумулированные (аллены): двойные связи у одного атома углерода (C=C=C). Пример: пропадиен. Свойства для ЕГЭ знать не нужно.
Сопряжённые: чередование двойных и одинарных связей (C=C–C=C). Пример: бутадиен-1,3. Характерно сопряжение — объединение электронной плотности π-связей, повышающее устойчивость молекулы.
Изолированные: двойные связи разделены как минимум двумя одинарными связями. Пример: пентадиен-1,4. Свойства аналогичны двум изолированным алкенам.

Структурная изомерия:
- Изомерия углеродного скелета.
- Изомерия положения двойных связей.
Межклассовая изомерия с алкинами и циклоалкенами (общая формула CₙH₂ₙ₋₂).

Основные реакции — присоединение по двойным связям. Для сопряжённых диенов возможно два направления:

1. 1,2-Присоединение

2. 1,4-Присоединение

Атомы реагента присоединяются к крайним атомам углерода сопряжённой системы (C¹ и C⁴).
Двойная связь мигрирует в центр (между C² и C³).
Протекает при повышении температуры (нагревание).

Основные реакции присоединения:

Гидрирование (с H₂): с избытком водорода образуется алкан. 1,2- или 1,4-присоединение одной молекулы H₂ даёт алкены.
Галогенирование (с Br₂, Cl₂): обесцвечивание бромной воды. Условия определяют продукт (1,2- или 1,4-).
Гидрогалогенирование (с HBr, HCl): для несимметричных реагентов действует правило Марковникова. Также идёт по двум типам в зависимости от температуры.
Полимеризация: процесс соединения множества молекул мономера (диена) в макромолекулу — каучук.

Натуральный каучук: продукт полимеризации изопрена (2-метилбутадиен-1,3).
Синтетические каучуки:
- Бутадиеновый (дивиниловый): из бутадиена-1,3.
- Хлоропреновый: из хлоропрена (2-хлорбутадиен-1,3).
Вулканизация каучука: процесс добавления серы для «сшивания» полимерных цепей. Повышает прочность, эластичность, термостойкость. Продукт — резина. Избыток серы даёт хрупкий эбонит.

Дегидрирование алканов (бутана, 2-метилбутана):
- Катализаторы: оксид хрома(III) Cr₂O₃, металлы.
- При наличии выбора преимущественно образуется сопряжённый диен.
Реакция Лебедева (дегидрирование-дегидратация этанола):
- 2C₂H₅OH → CH₂=CH–CH=CH₂ (бутадиен-1,3) + 2H₂O + H₂.
- Катализаторы: Al₂O₃, ZnO.
- Удлинение углеродной цепи с C₂ до C₄.
Дегидрогалогенирование дигалогенпроизводных:
- Под действием спиртового раствора щёлочи.
- Пример: BrCH₂–CH₂–CH₂–CH₂Br + 2KOH (спирт.) → CH₂=CH–CH=CH₂ + 2KBr + 2H₂O.

Для решения задач важно помнить общую формулу CₙH₂ₙ₋₂ и межклассовую изомерию.
Ключевое отличие сопряжённых диенов — два типа присоединения (1,2- и 1,4-), определяемые температурой.
Реакция Лебедева — основной именной способ получения бутадиена-1,3 с удлинением цепи.
Натуральный каучук — полиизопрен; бутадиеновый и хлоропреновый каучуки — синтетические.