Регистрация

Версия для слабовидящих
Никогда не учите ребенка тому, в чем вы сами не уверены, и если вы хотите что-нибудь внушить ему в нежные годы, чтобы чистота детства и сила первых сочетаний запечатлели это в нем, то берегитесь больше всего, чтобы это не была ложь, про которую вы и сами знаете, что это ложь
Джон Рёскин
Сертификат владельца сайта
Сертификат владельца сайта http://www.kuksova-irina.ru/
Школа "Карьера"
Высшая школа делового администрирования
Общероссийский рейтинг сайтов школьной тематики-2018
Проголосуй за наш сайт
Оцените мой сайт





Результаты
счетчик посещений
Банк Интернет-портфолио учителей
Мир олимпиад
ФГОС урок
Сейчас на сайте: 12
Периодическая таблица
Таблица растворимости
Праздники сегодня

Установите себе наш баннер

Показать код баннера

Понятие о диеновых углеводородах. Природный каучук


Урок посвящен теме «Алкадиены. Типы алкадиенов. Особенности свойств сопряженных алкадиенов». В ходе этого занятия вы сможете узнать о том, что представляют собой алкадиены и какие типы этого класса соединений существуют. Вы узнаете об особенностях свойств сопряженных алкадиенов, реакции галогенирования. Также в ходе урока вы получите представление о теме «Каучук и резина», которая входит в школьный курс химии за 10 класс. В ходе урока вы узнаете о том, что представляет собой резина и каучук, познакомитесь с самыми важными видами алкадиенов, которые являются важнейшими материалами для пром

I. Номенклатура и классификация алкадиенов


Алкадиены – алифатически (ациклические), непредельные (ненасыщенные) углеводороды, с двумя двойными связями в цепи. 

Общая формула – CnH2n-2 

Но­мен­кла­ту­ра ди­е­нов

Образование названий алкадиенов по номенклатуре ИЮПАК

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)

II. Строение диенов


Анимация: “Образование молекулы бутадиена-1,3

Атомы углерода в молекуле бутадиена-1,3 находятся в sp2 - гибридном состоянии, что означает расположение этих атомов в одной плоскости и наличие у каждого из них одной p - орбитали,  занятой одним электроном и расположенной перпендикулярно к упомянутой плоскости.

а) Схематическое изображение строения молекул бутадиена -1,3                                                         б) вид модели сверху

Перекрывание электронных облаков между С1–С2 и С3–С4 больше, чем между С2–С3.

Р - орбитали всех атомов углерода перекрываются друг с другом, т.е. не только между первым и вторым, третьим и четвертым атомами, но и также между вторым и третьим. Отсюда видно, что связь между вторым и третьим атомами углерода не является простой σ - связью, а обладает некоторой плотностью p - электронов, т.е. слабым характером двойной связи. В молекуле отсутствуют в классическом понимании одинарные и двойные связи, а наблюдается делокализация p - электронов, т.е. равномерное распределение p - электронной плотности по всей молекуле с образованием единого p - электронного облака. Взаимодействие двух или нескольких соседних p - связей с образованием единого p - электронного облака, в результате чего происходит передача взаимовлияния атомов в этой системе, называется эффектом сопряжения. Таким образом, молекула бутадиена -1,3 характеризуется системой сопряженных двойных связей.
Такая особенность в строении диеновых углеводородов делает их способными присоединять различные реагенты не только к соседним углеродным атомам (1,2- присоединение), но и к двум концам сопряженной системы (1,4- присоединение) с образованием двойной связи между вторым и третьим углеродными атомами. Отметим, что очень часто продукт 1,4- присоединения является основным. 

Запомните!

  • sp2 гибридизация
  • Плоское-тригональное строение
  • Связи σ и π (вращение относительно двойной С-С связи не возможно)
  • Угол HCH = 120 °

                                        0,135   0,148                   0,154

  • Длина связи (-С  =   С – С = С – С – С -)

III. Физические свойства


Бутадиен -1,3 – легко сжижающийся газ с неприятным запахом, t°пл.= -108,9°C, t°кип.= -4,5°C; растворяется в эфире, бензоле, не растворяется в воде.
2- Метилбутадиен -1,3 (изопрен) – летучая жидкость, t°пл.= -146°C, t°кип.= 34,1°C; растворяется в большинстве углеводородных растворителях, эфире, спирте, не растворяется в воде. 

IV. Изомерия сопряженных диенов 


1. Структурная изомерия 

1. Изомерия положения сопряженных двойных связей 

 

2. Изомерия углеродного скелета

 

3. Межклассовая изомерия с алкинами и циклоалкенами

Например, формуле С4Н6 соответствуют следующие соединения:

 

2. Пространственная изомерия

Диены, имеющие различные заместители при углеродных атомах у двойных связей, подобно алкенам, проявляют цис-транс-изомерию. 

 

V. Получение диеновых углеводородов 


1. В промышленности

1. Дегидрирование алканов:                                 

CH3-CH2-CH2-CH3 t,Cr2O3,Al2O3→ CH2=CH-CH=CH2 + 2H2

бутан                                                      бутадиен-1,3 (дивинил) 

2. Дегидрирование алкенов:

CH2=CH-CH2-CH3   500-600,MgO,ZnO →    CH2=CH-CH=CH2 + H2

бутен-1                                                                   бутадиен-1,3 

3. Дегидратация и дегидрирование этанола (реакция Лебедева) 

Каталитический способ получения бутадиена-1,3 из этанола был открыт в 1932 г. Сергеем Васильевичем Лебедевым. По способу Лебедева бутадиен-1,3 получается в результате одновременного дегидрирования и дегидратации этанола в присутствии катализаторов на основе ZnO и Al2O3

2CH3-CH2-OH    t=425,ZnO,Al2O3→    CH2=CH-CH=CH2 + H2 + 2H2O

2. В лаборатории

Ре­ак­ция от­щеп­ле­ния

СН2Br-СН2-СН2-СН2Br + 2КОН → СН2=СН-СН=СН2 + 2KBr + 2H2O

VI. Химические свойства диеновых углеводородов 

(характерны реакции горения, присоединения, обесцвечивают водный раствор перманганата калия и бромную воду) 

Реакции присоединения (+Г2; +НГ; +Н2; +НОН)

1. Галогенирование: (образуется смесь продуктов)

а) 1,2-присоединение     

б) 1,4-присоединение (преимущественно)

в) Галогенирование достаточным количеством галогена:

 

2. Полимеризация 

nCH2=CH-CH=CH t,Na→ (-CH2-CH=CH-CH2-)n

                                      синтетический – бутадиеновый каучук 

Элементная ячейка полибутадиена представляется следующим образом:

Как видно, образующийся полимер характеризуется транс- конфигурацией элементной ячейки полимера. Однако наиболее ценные в практическом отношении продукты получаются при стереорегулярной (иными словами, пространственно упорядоченной) полимеризации диеновых углеводородов по схеме 1,4- присоединения с образованием цис- конфигурации полимерной цепи. Например, цис- полибутадиен.

VII. Применение алкадиенов

Диеновые углеводороды в основном применяются для синтеза каучуков:

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.

Рис. Мор­ковь. Со­дер­жит тер­пен

VIII. Натуральный и синтетический каучуки 


Мно­гие рас­те­ния со­дер­жат про­дук­ты ди-, три- и по­ли­ме­ри­за­ции со­пря­жен­ных ал­ка­ди­е­нов, пре­жде всего, изо­пре­на (2-ме­тил­бу­та­ди­е­на-1,3). При­род­ный по­ли­мер изо­пре­на – это на­ту­раль­ный ка­у­чук (НК). На рис. вы ви­ди­те сбор ка­у­чу­ка из млечного сока (латекса) каучуконосного дерева гевеи, растущего в тропических лесах Бразилии.

Рис. Сбор ка­у­чу­ка с рас­те­ния гевея

Натуральный каучук

При нагревании без доступа воздуха каучук распадается с образованием диенового углеводорода – 2- метилбутадиена-1,3 или изопрена. 

Каучук – это стереорегулярный полимер, в котором молекулы изопрена соединены друг с другом по схеме 1,4- присоединения с цис- конфигурацией полимерной цепи: 

Стереорегулярное строение каучука

Молекулярная масса натурального каучука колеблется в пределах от 7.104 до 2,5.106.

транс - Полимер изопрена также встречается в природе в виде гуттаперчи. 

 

Натуральный каучук обладает уникальным комплексом свойств: высокой текучестью, устойчивостью к износу, клейкостью, водо- и газонепроницаемостью. Для придания каучуку необходимых физико-механических свойств: прочности, эластичности, стойкости к действию растворителей и агрессивных химических сред – каучук подвергают вулканизации нагреванием до 130-140°С с серой. В упрощенном виде процесс вулканизации каучука можно представить следующим образом: 

 

Атомы серы присоединяются по месту разрыва некоторых двойных связей и линейные молекулы каучука "сшиваются" в более крупные трехмерные молекулы – получается резина, которая по прочности значительно превосходит невулканизированный каучук. Наполненные активной сажей каучуки в виде резин используют для изготовления автомобильных шин и других резиновых изделий. Строение резины.

В на­сто­я­щее время вы­пус­ка­ют­ся сотни сор­тов раз­лич­ных син­те­ти­че­ских ка­у­чу­ков.

В 1932 году С.В.Лебедев разработал способ синтеза синтетического каучука на основе бутадиена, получаемого из спирта. И лишь в пятидесятые годы отечественные ученые осуществили каталитическую стереополимеризацию диеновых углеводородов и получили стереорегулярный каучук, близкий по свойствам к натуральному каучуку. В настоящее время в промышленности выпускают каучук, в котором содержание звеньев изопрена, соединенных в положении 1,4, достигает 99%, тогда как в натуральном каучуке они составляют 98%. Кроме того, в промышленности получают синтетические каучуки на основе других мономеров – например, изобутилена, хлоропрена, и натуральный каучук утратил свое монопольное положение.
Для вулканизации каучука берётся немного серы 2 – 3 % от общей массы. Если добавить к каучуку более 30 % серы, то она присоединится по линии разрыва почти всех π – связей и образуется жёсткий материал – эбонит.

Видео: “Синтетический каучук”

IX. Тренажеры


Тренажер №1: “Алкадиены: строение, номенклатура, получение

Тренажер №2: “Алкадиены: строение, номенклатура, получение (расчетные задачи)

Тренажер №3: “Модели алкадиенов (конструктор молекул)

Тренажер №4: “Уравнения реакций, характеризующих химические свойства алкадиенов

Тренажер №5: “Химические свойства алкадиенов

Тренажер №6: “Химические свойства алкадиенов (расчетные задачи)

ЦОРы:


Анимация: Образование молекулы бутадиена-1,3

Видео:“Натуральный каучук”

Видео:“Синтетический каучук”


Документы (всего: 1)
Документы (всего: 1)