Диеновые углеводороды, их строение, химические свойства и использование. Природный каучук, его строение и свойства. Синтетический каучук.

Алкадиены – соединения, содержащие в открытой углеродной цепи две двойные связи. Общая форма алкадиенов С_nН_2n-2 (как и ацетиленов). Следовательно, алкадиены изомерны алкинам. Изомерия алкадиенов в свою очередь обусловлена строением углеродного скелета и относительным расположением двойных связей. По взаимному расположению двойных связей различают следующие алкадиены: с кумулированными двойными связями (С=С=С), с сопряженными двойными связями (С=С–С=С), с изолированными двойными связями (С=С–С–С–С=С). Наиболее промышленно важными алкадиенами являются бутадиен-1,3 и изопрен. Промышленными способами получения бутадиена-1,3 является дегидрирование бутана, а также по способу Лебедева (из этанола); изопрена – дегидрирование изобутилена. Как и для алкенов, для алкадиенов характерны реакции полимеризации и присоединения. Наиболее практически важными являются реакции полимеризации, т.к. в их основе лежит получение синтетических каучуков. При полимеризации изопрена получают полимер, похожий по строению элементарного звена на природный каучук.

nCH₂=CH–CH=CH₂  (–CH₂–CH=CH–CH₂–)_n

nCH₂=CH–CH(CH₃)=CH₂  (–CH₂–C(CH₃)=CH–CH₂–)_n

Чтобы получить каучук с определенными свойствами, часто используют реакцию сополимеризации – совместной полимеризации двух и более полимеров. Каучуки широко применяются в производстве резины. Чтобы превратить каучук в резину, его наполняют сажей, глиной и подвергают вулканизации. Вулканизация – сшивание различных цепей полимера. Чаще всего вулканизируют каучук с целью повышения прочности, эластичности, снижения растворимости.

Ацетилен. Строение тройной связи (sp-гибридизация). Получение ацетилена карбидным способом и из метана. Химические свойства (реакции присоединения). Использование ацетилена.

Алкины – ненасыщенные углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь. Общая формула – С_nH_2n-2. Главным фактором, характеризующим алкины, является наличие в молекуле тройной связи

– С ≡ С –

Углеродные атомы, образующие тройную связь, находятся в состоянии sp-гибридизации. Каждый из них образует две σ-связи, две негибридизованные р-орбитали расположены под прямым углом друг к другу и соответствующим орбиталям другого атома. Они попарно перекрываются, образуя две π-связи, расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Изомерия алкинов обусловлена разветвлением цепи и положением тройной связи: в этом у них сходство с алкенами. Но для алкинов невозможно существование цис-транс-изомеров, т.к. две σ-связи лежат на одной прямой. Основные способы получения: из дигалогенпроизводных алканов отщеплением галогенводорода при действии спиртового раствора КОН, взаимодействием алкилгалогенидов с ацетиленидами.

1. CH≡CH + Cl₂ → CHCl=CHCl

CHCl=CHCl+ Cl₂ → CHCl₂–CHCl₂

2. CH≡СH + HF → CH₂=CHF

3. CH≡CH + H₂ → CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃–CH₃

4. CH≡CH + HOH → [CH₂=CHOH] → CH₃CHO

Реакция протекает легче, чем для алкенов. Катализатором служит разбавленная серная кислота и соли двухвалентной ртути. Эта реакция была открыта М. Г. Кучеровым в 1881 г. и носит его имя.

На основе ацетилена развились многие отрасли промышленности органического синтеза.

Главные представители ароматических углеводородов. Бензол. Электронное строение бензола и его химические свойства (реакции замещения и присоединения). Получение бензола в лаборатории и промышленности, его использование.

Ароматическими углеводородами называются вещества, в молекулах которого содержится одно или более бензольных колец. Простейшим представителем аренов является бензол. В 1865г. ученым Кекуле была предложена структура молекулы бензола. Главной особенностью ядра является то, что в нем нет ни настоящих простых, ни настоящих двойных связей: все шесть С–С связей одинаковы, а шесть π-электронов образуют устойчивую группировку – электронный секстет. Эта устойчивость создается сопряжением всех π-электронов. Объяснение эквивалентности всех связей было дано лишь с развитием квантовой теории химических связей. Каждый атом углерода находится в состоянии sp²-гибридизации, причем у каждого атома одна из негибридизованных р-орбиталей расположена перпендикулярно плоскости молекулы. При этом все они эквивалентны и образуют общую сопряженную π-систему. Оставшаяся от связи с соседними атомами углерода р-орбиталь каждого атома сориентирована в плоскости кольца и используется для связи с атомом водорода. Бензол – прозрачная бесцветная жидкость с характерным запахом. Не смешивается с водой, но смешивается со многими органическими растворителями, сам бензол является хорошим растворителем. Горит коптящим пламенем. Ядовит.

В промышленности получают риформингом нефти. В чистом виде основная реакция – дегидрогенизация гексана:

С₆Н₁₄ → С₆Н₆ + 4Н₂ (t, p).

Другим важным методом является тримеризация ацетилена под давлением.

Химические свойства:

1. AlCl₃ + Cl₂ ↔ Cl^δ+ [AlCl₄]^δ–

С₆Н₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl

2. HNO₃ + H₂SO₄ ↔ NO₂^δ+[HSO₄]^δ– + H₂O

С₆Н₆ + HNO₃ → C₆H₅NO₂ + H₂O

3. 2H₂SO₄ ↔ SO₃H^δ+[HSO₄]^δ– + H₂O

С₆Н₆ + H₂SO₄ → C₆H₅SO₃H + H₂O

4. AlCl₃ + RCl ↔ R^δ+[AlCl₄]^δ–

С₆Н₆ + RCl → C₆H₅R + HCl

5. С₆Н₆ + 3H₂ → C₆H₁₂ Pt; t, p.

6. С₆Н₆ + 3Cl₂ → C₆H₆Cl₆ УФ-облучение.

Производные бензола, которые можно рассматривать как продукты замещения атомов водорода бензола алкильными радикалами, называются гомологами. Заместители оказывают влияние на физические свойства бензола: температура кипения изомеров с разветвленными боковыми цепями ниже, чем с нормальными. К химическим свойствам добавляются химические свойства заместителей.

Арены применяются как химическое сырье для получения лекарств, пластмасс, красителей, ядохимикатов и многих других органических веществ, широко используются арены как растворители.