Transcript: Alcadiene – nomenclatură, proprietăţi fizice şi chimice

Butadiena și izoprenul sunt materii prime importante pentru obținerea cauciucului sintetic și nu numai.
Observăm că aceste molecule conțin câte două legături duble în structura lor.
Ele fac parte din clasa hidrocarburilor nesaturate numite alcadiene.
Așadar, alcadienele, sau dienele, sunt hidrocarburi aciclice nesaturate care conțin în molecula lor două legături duble.
Formula lor generală este carbon N, hidrogen 2N-2.
Au aceeași formulă generală cu alchinele.
Să ne reamintim că substantele organice cu aceeași formulă moleculară, dar în care atomii sunt legați diferit astfel încât fac parte din clase de substanțe diferite, sunt izomeri de funcțiune.
Deci, alcadienele sunt izomeri de funcțiune cu alchinele.
Pentru a obține seria omoloagă alcadienelor, înlocuim N din formula generală cu valori întregi și succesive, începând cu N-3.
Denumirea dienelor se formează prin înlocuirea literei N din numele al canului corespunzător cu sufixul dienă, specific acestei clase de compuși.
Începând cu cel de-al doilea termen al serii omoloage, trebuie să precizăm în denumire și poziția celor două legături duble.
Așa cum ne-am obișnuit, alegem numerotarea catenei pentru care suma indicilor de poziție este cea mai mică.
Primul termen are 3 atomi de carbon, deci înlocuim N-ul de la propan cu dienă și obținem denumirea alcadienei și anume propadienă.
Al doilea compus are 4 atomi de carbon, deci al canul corespunzător este butanul.
Legăturile duble se află în pozițiile 1 și 2, așadar acest compus se numește 1,2-butadienă.
Următorul compus are a doua legătură dublă în poziția 3, deci se numește 1,3-butadienă.
Cele două legături duble din moleculele alcadienelor pot ocupa trei poziții distincte una față de cealaltă,
astfel, în funcție de poziția reciprocă a dublelor legături, alcadienele pot fi cumulate,
Legăturile duble sunt învecinate, ele au un atom de carbon în comun, așa cum am văzut că este cazul propadienei
sau a 1,2-butadienei.
Alcadienele cumulate se mai numesc și alene.
Alcadienele conjugate sunt cele care au legăturile duble despărțite printr-o legătură simplă carbon-carbon, așa cum este cazul 1,3-butadienei.
În cazul alcadienelor izolate sau dizjumpte, legăturile duble sunt separate prin două sau mai multe legături simple carbon-carbon.
Un exemplu este 1,4-pentadiena.
Alcadienele cu duble legături cumulate nu prezintă aplicații practice de osedit. Ele se comportă diferit de celelalte alcadiene.
Alcadienele care au duble legături izolate au proprietățile chimice ale alchienelor.
Asta deoarece legăturile duble, fiind îndepărtate una de alta, nu se influențează reciproc în mod de osedit.
În schimb, alcadienele cu duble legături conjugate au importanță practică de osedită.
Butadiena și izoprenul, care sunt diene conjugate, sunt materii prime importante în industria cauciucului sintetic.
Având în structura lor legături duble, alcadienele conjugate iau parte la toate reacțiile chimice, la care iau parte și alchienele.
Să ne reamintim că reacțiile caracteristice hidrocarburilor nesaturate sunt reacțiile de adiție, de oxidare și de polimerizare.
În anumite situații, legăturile duble conjugate se comportă ca un sistem nesaturat unitar.
Dienele conjugate dau reacții de adiție mai ales în pozițiile 1-4, adică la capetele sistemului conjugat.
Au loc și reacții de adiție în pozițiile 1-2 sau 3-4.
La fel ca alchienele și dienele pot adiționa hidrogen molecular.
Reacția de hidrogenare a dienelor are loc tot în prezență de catalizatori metalici, precum nichelul, paladiul sau platina, conducând la obținerea de hidrocarburi saturate.
De exemplu, prin adiția hidrogenului la izopren, în prezență de nichel, obținem izopentani.
Alchadienele cu legături duble conjugate adiționează halogenii în aceleași condiții ca și alchienele.
Însă, datorită structurii, obținem un amestec de doi produs de reacție și anume obținem o alchienă substituită în pozițiile 1-4 și o alchienă substituită în pozițiile 3-4.
O să fac o mică paranteză aici.
Prin substituent, înțelegem orice parte a unei molecule organice, o catenă de atom de carbon sau o grupare funcțională sau chiar o legătură dublă sau triplă.
Acestea se numesc substituenți pentru că substituie un atom de hidrogen.
În cazul adiției halogenilor, substituenții sunt atomii de halogen.
Haideți să luăm exemplul adiției bromului la 1,3-butadienă.
Prin adiția bromului la butadienă, obținem un amestec de compuși dihalogenați nesaturați în care predomină derivatul 1,4.
Deci avem 1,4-dibromo-2-butena într-un procent de 90%, acesta fiind produsul de adiție 1,4.
Și restul de 10% este alchienă substituită în pozițiile 3-4 și anume 3,4-dibromo-1-butena.
Acesta este produsul de adiție 1,2.
Haideți să numerotăm atomii de carbon ai butadienei.
În cazul adiției 1,4, un atom de brom se leagă de atomul de carbon cu numărul 1,
iar celălalt atom de brom se leagă de atomul de carbon cu numărul 4.
Astfel reacționează majoritatea moleculelor de butadienă pe care le avem la dispoziție
și de aceea produsul majoritar de reacție este 1,4-dibromo-butena.
Alte câteva molecule de butadienă adiționează un atom de brom la atomul de carbon cu numărul 1
și un alt atom de brom la atomul de carbon cu numărul 2.
Această legătură pi se rupe, în schimb această legătură dublă rămâne.
Iar confort regulilor pentru denumire al chienelor, numerotăm catena astfel încât legătura dublă
să aibă indicele de poziție cel mai mic posibil și anume 1 în acest caz.
Astfel se modifică și indice de poziție ai atomilor de halogen.
Deci avem 3,4-dibromo-butena.
După cum am mai zis, o altă reacție specifică al cadienelor este reacția de polimerizare.
Butadiena și izoprenul se polimerizează ușor.
Reacția este de fapt o poliadiție 1-4.
Produșii de reacție sunt macromolecule filiforme,
adică macromolecule cu formă de fir sau de filamente asemănătoare cauciucului natural.
Aceste macromolecule au proprietăți de elastomer,
adică se alungesc foarte mult dacă le întindem
sau dacă reacționează sub acțiunea unei forțe exterioare,
dar revin la forma inițială după ce le dăm drumul sau după ce încetează acțiunea exterioară.
De exemplu, prin polimerizarea butadienei
obținem polibutadiena.
Prin polimerizarea izoprenului
obținem poliizopren.
Izoprenul este monomerul care stă la bază a formării cauciucului natural
și a mai multor tipuri de cauciuc sintetic.
Vedem că în macromolecula polizoprenului există o dublă legătură.
După cum știm de la alchiene,
atunci când atomii de carbon care participă la dubla legătură
au substituenți diferiți,
înseamnă că dublele legături determină existența izomerilor geometrice
cis și trans.
Ambele varietăți structurale,
cis poliizopren și trans poliizopren,
sunt compuși care se găsesc în natură.
Cauciucul natural este forma cis a poliizoprenului.
Butadiena poate participa la reacții de polimerizare
și cu alți compuși cu dublă legătură,
de acest tip,
care se numesc monomeri vinilici.
I-am mai întâlnit sub formă de polimeri vinilici
atunci când am discutat despre proprietățile chimice ale alchienelor.
Această proprietate a butadienei are o importanță practică deosebită.
Acest proces de polimerizare e concomitent
a două tipuri diferite de monomeri.
Se numește reacție de copolimerizare.
De exemplu, prin copolimerizarea 1,3-butadienei
cu acrilonitrilul,
obținem un cauciuc sintetic butadien-acrilonitrilic,
care usual se mai numește cauciuc buna N.
După cum știm, N reprezintă gradul de polimerizare.
X supra Y este raportul molar al celor doi monomeri
în copolimerul obținut.
Se cunosc și se fabrică multe alte tipuri de cauciucuri sintetice.
Acestea pot fi prelucrate și vulcanizate
în mod asemănător cauciucului natural.