იზოლირებული ორმაგი ბმები. ალკადიენების ფიზიკური და ქიმიური თვისებები. ნახშირწყალბადები კონიუგირებული ორმაგი ბმებით იღებენ

ალკადიენების სტრუქტურა

დიენის ნახშირწყალბადები ან ალკადიენები არის უჯერი ნახშირწყალბადები, რომლებიც შეიცავს ორ ორმაგ ნახშირბად-ნახშირბადოვან კავშირს. ალკადიენების ზოგადი ფორმულა Cნჰ2n-2.

ორმაგი ბმების შედარებითი განლაგებიდან გამომდინარე, დიენი იყოფა სამ ტიპად:

1) ნახშირწყალბადებთან ერთად კუმულირებული ორმაგი ბმები, ე.ი. ნახშირბადის ერთი ატომის მიმდებარედ. მაგალითად, პროპადიენი ან ალენი (CH 2 =C=CH 2);

2) ნახშირწყალბადებთან ერთად იზოლირებულიორმაგი ბმები, ანუ გამოყოფილი ორი ან მეტი მარტივი ბმა. მაგალითად, პენტადიენი -1,4 (CH 2 =CH–CH 2 –CH=CH 2);

3) ნახშირწყალბადებთან ერთად კონიუგირებული ორმაგი ბმები, ე.ი. გამოყოფილია ერთი მარტივი კავშირით. მაგალითად, ბუტადიენი -1,3 ან დივინილი (CH 2 =CH–CH=CH 2), 2-მეთილბუტადიენი -1,3 ან იზოპრენი

ყველაზე საინტერესოა ნახშირწყალბადები კონიუგირებული ორმაგი ბმებით.

სტრუქტურული იზომერიზმი

1. კონიუგირებული ორმაგი ბმების პოზიციის იზომერიზმი:

2. ნახშირბადის ჩონჩხის იზომერიზმი:

3. კლასთაშორისი იზომერიზმი ალკინებთან და ციკლოალკენებთან.

მაგალითად, ფორმულა თან 4 ნ 6 შემდეგი კავშირები შეესაბამება:

სივრცითი იზომერიზმი

დიენები, რომლებსაც აქვთ სხვადასხვა შემცვლელი მათი ორმაგი ბმების ნახშირბადის ატომებზე, როგორიცაა ალკენები. ცის-ტრანს- იზომერიზმი.

ცის-იზომერი (მარცხნივ), ტრანსი-იზომერი (მარჯვნივ)

ალკადიენების ფიზიკური თვისებები

ბუტადიენი-1,3– ადვილად თხევადი გაზი უსიამოვნო სუნით, დნობის წერტილი = -108,9°C, დუღილის წერტილი = -4,5°C; ხსნადი ეთერში, ბენზოლში, წყალში უხსნადი.

2-მეთილბუტადიენი-1,3 – აქროლადი სითხე, დნობის ტემპერატურა = -146°C, დუღილის ტემპერატურა = 34,1°C; ხსნადი უმეტეს ნახშირწყალბადების გამხსნელებში, ეთერში, ალკოჰოლში, წყალში უხსნადი.

ნახშირბადის ატომები 1,3 ბუტადიენის მოლეკულაში მდებარეობს sp 2 - ჰიბრიდული მდგომარეობა, რაც ნიშნავს ამ ატომების განლაგებას იმავე სიბრტყეში და თითოეული მათგანის არსებობას თითო p-ორბიტალზე, რომელსაც იკავებს ერთი ელექტრონი და მდებარეობს აღნიშნული სიბრტყის პერპენდიკულარულად.

დიდვინილის მოლეკულების სტრუქტურის სქემატური წარმოდგენა (მარცხნივ) და მოდელის ზედა ხედი (მარჯვნივ).

ელექტრონული ღრუბლის გადახურვა C1–C2 და C3–C4 შორის უფრო მეტია, ვიდრე C2–C3 შორის.

ნახშირბადის ყველა ატომის p-ორბიტალები გადაფარავს ერთმანეთს, ე.ი. არა მარტო პირველ და მეორე, მესამე და მეოთხე ატომებს შორის, არამედ მეორე და მესამეს შორისაც. ეს გვიჩვენებს, რომ მეორე და მესამე ნახშირბადის ატომებს შორის კავშირი არ არის მარტივი s-ბმა, არამედ აქვს p-ელექტრონების გარკვეული სიმკვრივე, ე.ი. ორმაგი კავშირის სუსტი ხასიათი. ეს ნიშნავს, რომ s-ელექტრონები არ მიეკუთვნება ნახშირბადის ატომების მკაცრად განსაზღვრულ წყვილებს. მოლეკულას აკლია ერთი და ორმაგი ბმები კლასიკური გაგებით, მაგრამ შეინიშნება p-ელექტრონების დელოკალიზაცია, ე.ი. p-ელექტრონის სიმკვრივის ერთგვაროვანი განაწილება მოლეკულაში ერთი p-ელექტრონული ღრუბლის წარმოქმნით.

ორი ან მეტი მეზობელი p-ბმის ურთიერთქმედება ერთი p-ელექტრონული ღრუბლის წარმოქმნით, რაც იწვევს ამ სისტემაში ატომების ურთიერთგავლენის გადაცემას, ე.წ. დაწყვილების ეფექტი.

ამრიგად, 1,3 ბუტადიენის მოლეკულა ხასიათდება კონიუგირებული ორმაგი ბმების სისტემით.

დიენის ნახშირწყალბადების სტრუქტურის ეს თვისება მათ საშუალებას აძლევს დაამატონ სხვადასხვა რეაგენტები არა მხოლოდ მეზობელ ნახშირბადის ატომებს (1,2-დამატება), არამედ კონიუგირებული სისტემის ორ ბოლოში (1,4-დამატება) წარმოქმნით. ორმაგი ბმა მეორე და მესამე ნახშირბადის ატომებს შორის. გაითვალისწინეთ, რომ ძალიან ხშირად 1,4 დანამატის პროდუქტი არის მთავარი.

განვიხილოთ კონიუგირებული დიენების ჰალოგენაციისა და ჰიდროჰალოგენიზაციის რეაქციები

როგორც ჩანს, ბრომირებისა და ჰიდროქლორირების რეაქციები იწვევს პროდუქტებს 1,2- და 1,4- კავშირებიდა ამ უკანასკნელის რაოდენობა დამოკიდებულია, კერძოდ, რეაგენტის ბუნებაზე და რეაქციის პირობებზე. ჰალოგენაციის დროს შესაძლებელია არა მხოლოდ 1,2- და 1,4- დამატება, არამედ ჰალოგენაციის დროსაც. ჭარბი ჰალოგენიორივე ორმაგი ბმა იშლება ერთი ბმის წარმოქმნით და ჰალოგენის დამატებით ოთხ ნახშირბადის ატომს ყოფილ ორმაგ ბმებში.

კონიუგირებული დიენის ნახშირწყალბადების მნიშვნელოვანი მახასიათებელია, გარდა ამისა, მათი უნარი შევიდნენ პოლიმერიზაციის რეაქციაში. პოლიმერიზაცია, ისევე როგორც ოლეფინებთან, ხორციელდება კატალიზატორების ან ინიციატორების გავლენის ქვეშ.

მას შეუძლია გაგრძელდეს 1,2- და 1,4-დამატების სქემების მიხედვით.

გამარტივებული ფორმით, 1,3 ბუტადიენის პოლიმერიზაციის რეაქცია დამატების 1,4 სქემის მიხედვით შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

დიენის ორივე ორმაგი ბმა მონაწილეობს პოლიმერიზაციაში. რეაქციის დროს ისინი იშლება, გამოიყოფა s-ბმას წარმომქმნელი ელექტრონების წყვილი, რის შემდეგაც ყოველი დაუწყვილებელი ელექტრონი მონაწილეობს ახალი ბმების წარმოქმნაში: მეორე და მესამე ნახშირბადის ატომების ელექტრონები განზოგადების შედეგად იძლევა ორმაგს. ბმა და ჯაჭვში ყველაზე გარე ნახშირბადის ატომების ელექტრონები, როდესაც განზოგადებულია სხვა მონომერის მოლეკულის შესაბამისი ატომებით ელექტრონებით, აკავშირებს მონომერებს პოლიმერულ ჯაჭვში.

პოლიბუტადიენის ელემენტის უჯრედი წარმოდგენილია შემდეგნაირად:

როგორც ჩანს, მიღებული პოლიმერი ხასიათდება ტრანსი- პოლიმერის ელემენტის უჯრედის კონფიგურაცია. თუმცა, პრაქტიკულად ყველაზე ღირებული პროდუქტები მიიღება დიენის ნახშირწყალბადების სტერეორეგულარული (სხვა სიტყვებით, სივრცით მოწესრიგებული) პოლიმერიზაციით 1,4-დამატების სქემის მიხედვით ფორმირებით. ცის- პოლიმერული ჯაჭვის კონფიგურაცია. მაგალითად, cis-

ბუნებრივი და სინთეტიკური რეზინები

ნატურალური კაუჩუკი მიიღება ბრაზილიის ტროპიკულ ტყეებში გაშენებული ჰევეას ხის რძისფერი წვენისგან (ლატექსი). ჰაერზე წვდომის გარეშე გაცხელებისას რეზინი იშლება დიენის ნახშირწყალბადის - 2-მეთილბუტადიენ-1,3 ან იზოპრენის წარმოქმნით. რეზინი არის სტერეორეგულარული პოლიმერი, რომელშიც იზოპრენის მოლეკულები დაკავშირებულია ერთმანეთთან 1,4-დამატების სქემის მიხედვით. ცის- პოლიმერული ჯაჭვის კონფიგურაცია:

ცის-პოლიზოპრენი (რეზინი)

ბუნებრივი რეზინის მოლეკულური წონა მერყეობს 7-დან . 10 4-დან 2.5-მდე . 10 6 . ტრანსი-იზოპრენის პოლიმერი ბუნებაში ასევე გვხვდება როგორც გუტაპერჩა.

ტრანსი-პოლიიზოპრენი (გუტაპერჩა)

ბუნებრივ კაუჩუკს აქვს თვისებების უნიკალური ნაკრები: მაღალი სითხე, აცვიათ წინააღმდეგობა, წებოვნება, წყლისა და აირის შეუღწევადობა. რეზინის მისაცემად საჭირო ფიზიკური და მექანიკური თვისებები: სიმტკიცე, ელასტიურობა, გამხსნელებისადმი წინააღმდეგობა და აგრესიული ქიმიური გარემო - რეზინი ექვემდებარება ვულკანიზაციას გოგირდით 130-140°C-მდე გაცხელებით.გამარტივებული ფორმით, რეზინის ვულკანიზაციის პროცესი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

გოგირდის ატომები ემატება იმ ადგილას, სადაც ზოგიერთი ორმაგი ბმა იშლება და რეზინის ხაზოვანი მოლეკულები "იკერება" უფრო დიდ სამგანზომილებიან მოლეკულებად - შედეგი არის რეზინი, რომელიც ბევრად უფრო ძლიერია ვიდრე არავულკანიზებული რეზინა. რეზინები რეზინის სახით, სავსე აქტიური ნახშირბადით, გამოიყენება მანქანის საბურავებისა და სხვა რეზინის ნაწარმის დასამზადებლად.

1932 წელს ს.ვ. ლებედევმა შეიმუშავა სინთეზური რეზინის სინთეზის მეთოდი ალკოჰოლისგან მიღებულ ბუტადიენზე. და მხოლოდ ორმოცდაათიან წლებში ადგილობრივმა მეცნიერებმა ჩაატარეს დიენის ნახშირწყალბადების კატალიზური სტერეოპოლიმერიზაცია და მიიღეს სტერეორეგულარული რეზინი, მსგავსი თვისებებით ბუნებრივი რეზინის. ამჟამად, რეზინი იწარმოება ინდუსტრიაში,

რომელშიც 1,4 პოზიციაზე დაკავშირებული იზოპრენის ერთეულების შემცველობა აღწევს 99%-ს, ხოლო ბუნებრივ რეზინაში 98%-ს. გარდა ამისა, ინდუსტრია აწარმოებს სინთეზურ კაუჩუკებს სხვა მონომერების საფუძველზე - მაგალითად, იზობუტილენი, ქლოროპრენი, ხოლო ნატურალურმა კაუჩუკმა დაკარგა მონოპოლიური პოზიცია.

რეაქცია დილს-ალდერის რეაქცია (დიენის სინთეზი)

დილს-ალდერის რეაქცია შეთანხმებული რეაქციაა -დიენოფილების ციკლოდამატებადა კონიუგირებული დიენები ექვსწევრიანი რგოლის შესაქმნელად.

შემცვლელი დიენებისა და დიენოფილების შემთხვევაში:

ციკლოდამატების რეაქციაში მონაწილეობის მისაღებად დიენი იღებს გეგმას s-cis-კონფორმაცია, რომელშიც ორივე ორმაგი ბმა არის C–C ერთი ბმის ერთსა და იმავე მხარეს.

რეაქციაში შედის ციკლური და აციკლური კონიუგირებული დიენები, ენანები -C=C-C≡C- ან მათი ჰეტეროანალოგები - ნაერთები ფრაგმენტებით -C=C-C=O, -C=C-C≡N. დიენოფილებიჩვეულებრივ, ისინი არიან ალკენები და ალკინები, რომლებსაც აქვთ მრავალი ბმა, რომელიც გააქტიურებულია ელექტრონის შემცვლელი შემცვლელებით. ჰეტეროატომთან ორმაგი ბმის შემცველი ნაერთები, მაგალითად >C=O, >C=N-, -CN, -N=O, -S=O, -N=N-, ასევე შეუძლიათ იმოქმედონ როგორც დიენოფილები.

საცნობარო მასალა ტესტის ჩასატარებლად:

პერიოდული ცხრილი

ხსნადობის ცხრილი

ალკადიენები- უჯერი ნახშირწყალბადები, რომლებიც შეიცავს ორ ორმაგ ბმას. ალკადიენების ზოგადი ფორმულა არის CnH2n-2.

თუ ორ ან მეტ ნახშირბადის ატომს შორის ნახშირბადის ჯაჭვში აღმოჩენილია ორმაგი ბმები, მაშინ ასეთი ბმები ე.წ. იზოლირებული. ასეთი დიენების ქიმიური თვისებები არ განსხვავდება ალკენებისგან, მხოლოდ 2 ბმა შედის რეაქციაში და არა მხოლოდ ერთი.

თუ ორმაგი ბმები გამოყოფილია მხოლოდ ერთით σ - კავშირი, მაშინ ეს არის კონიუგატური კავშირი:

თუ დიენიასე გამოიყურება: C=C=C, შემდეგ ასეთი ბმა გროვდება და დიენი ეწოდება - ალენ.

ალკადიენების სტრუქტურა.

π - ორმაგი ბმების ელექტრონის ღრუბლები გადაფარავს ერთმანეთს და ქმნიან ერთს π -ღრუბელი. კონიუგირებულ სისტემაში ელექტრონები დელოკალიზებულია ნახშირბადის ყველა ატომზე:

რაც უფრო გრძელია მოლეკულა, მით უფრო სტაბილურია იგი.

ალკადიენების იზომერიზმი.

ამისთვის დიენსიახასიათებს ნახშირბადის ჩონჩხის იზომერიზმი, ორმაგი ბმების პოზიციის იზომერიზმი და სივრცითი იზომერიზმი.

ალკადიენების ფიზიკური თვისებები.

ბუტადიენი-1,3 არის ადვილად თხევადი გაზი უსიამოვნო სუნით. იზოპრენი კი სითხეა.

დიენების მომზადება.

1. ალკანების დეჰიდროგენაცია:

2. ლებედევის რეაქცია(ერთდროული დეჰიდროგენაცია და დეჰიდრატაცია):

ალკადიენების ქიმიური თვისებები.

ალკადიენების ქიმიური თვისებები განპირობებულია ორმაგი ბმების არსებობით. დამატების რეაქცია შეიძლება მოხდეს 2 მიმართულებით: 1,4 და 1,2 - დამატება. მაგალითად,

დიენის ნახშირწყალბადები (დიოლეფინები, ალკადიენები, დიენები) არის გაჯერებული ნახშირწყალბადები, რომლებსაც აქვთ ორი ორმაგი ბმა. ქიმიური სტრუქტურის გათვალისწინებით, ალკადიენები იყოფა სამ ტიპად: ტიპი I - დიოლეფინები კუმულირებული ბმებით (CH2CH2); II ტიპი - ალკადიენები კონიუგირებული (კონიუგირებული) ბმებით; დიენის სტრუქტურაში ორმაგი ბმები გამოყოფილია ერთი ბმით (H2CHCHCH2); III ტიპი - დიენები იზოლირებული ბმებით (H2CH2CH2CHCH2).

დიენის ნახშირწყალბადები: ზოგადი მახასიათებლები

დიენების სამი სახეობიდან მეორე ტიპის ალკადიენები ყველაზე დიდ ინტერესს იწვევს ქიმიური მრეწველობისთვის. ელექტრონული დიფრაქციის გამოყენებით დადგინდა, რომ ბუტადიენის მოლეკულაში C1 და C4-ს შორის ორმაგი ბმები უფრო გრძელია, ვიდრე ეთილენის მოლეკულაში.

დიენის ნახშირწყალბადები: იზომერიზმი

მონაცემები ხასიათდება იზომერიზმის ორი სახეობით - სივრცითი (სტერეოიზომერიზმი) და სტრუქტურული. პირველი ტიპი არის იზომერიზმი ნახშირწყალბადის ჯაჭვის სტრუქტურაში, რომელიც შეიძლება იყოს სწორი ან განშტოებული. იზომერიზმის მეორე ტიპი განპირობებულია ორმაგი ბმების მახლობლად ატომების და ატომური ჯგუფების სივრცითი ლოკალიზაციის გამო. ამრიგად, წარმოიქმნება დიენების ტრანს- და ცის-იზომერები. მაგალითად, დიენისთვის C5H8 მოლეკულური ფორმულით, არსებობს სამი სტრუქტურული იზომერი:

CH2CHCH2CHCH2; CH2C(CH3)CHCH2; CH3SNSNCH2.

დიენის ნახშირწყალბადები: ნომენკლატურა

დიენების დასასახელებლად გამოიყენება ორი ნომენკლატურა - ისტორიული (მაგალითად, დივინი, ალენი) და IUPAC (სუფთა და გამოყენებითი ქიმიის საერთაშორისო კავშირი). IUPAC ნომენკლატურის მიხედვით, პირველად ასახელებს დიენის შესაბამის ალკანს, რომლის სახელზე სუფიქსი „ანე“ შეიცვალა „დიენით“, რის შემდეგაც ნახშირწყალბადის ჯაჭვში ორმაგი ბმების მდებარეობა რიცხვებით არის მითითებული. ნახშირწყალბადის ჯაჭვის ნუმერაცია ხორციელდება ისე, რომ ციფრებს ჰქონდეს ყველაზე მცირე მნიშვნელობა. დიენების ზემოხსენებულ ფორმულებს IUPAC ნომენკლატურის მიხედვით დაერქმევა: 1,4-პენტადიენი; 2-მეთილ-1,3-ბუტადიენი; 1,3-პენტადიენი.

არსებობს დიენების სინთეზის არაერთი სამრეწველო და ლაბორატორიული მეთოდი. მთავარია ბუნებრივი კაუჩუკის დეპოლიმერიზაცია (მშრალი დისტილაცია), ალკანების კატალიზური დეჰიდრატაციის მეთოდი და მონოჰიდრული გაჯერებული სპირტების დეჰიდრატაციის მეთოდი.

ბუტადიენი ღირებული ნედლეულია (ბუტადიენ-ნიტრილი, ბუტადიენი, სტირონი), ასევე პერქლოროვინილის წარმოებისთვის. იზოპრენი არის ნივთიერება დამახასიათებელი სუნით. პირველად იზოპრენი მიიღეს ბუნებრივი რეზინისგან მშრალი დისტილაციით. იზოპრენი ასევე მიიღება იზოპენტანის გაუწყლოებით. გამოიყენება სინთეზური რეზინის, სამკურნალო და არომატული ნივთიერებების დასამზადებლად.

რეზინები არის ორგანული წარმოშობის ელასტიური და ძალიან მტკიცე მასალა, რომელიც მიიღება ბუნებრივი ნედლეულისგან და სინთეზური მეთოდებით (სინთეტიკური). რეზინის საფუძველია დიენის მოლეკულები კონიუგირებული ორმაგი ბმებით. როდესაც ეს მასალა დამუშავებულია გოგირდით და გაცხელდება (ვულკანიზაცია), წარმოიქმნება რეზინი. რეზინები არის ძალიან მნიშვნელოვანი ნედლეული საბურავებისა და მილების, საიზოლაციო ზოლების, რეზინის ხელთათმანების, ფეხსაცმლის და სხვა ნივთების წარმოებისთვის, რომლებიც გამოიყენება მრეწველობაში, საყოფაცხოვრებო, ყოველდღიურ ცხოვრებაში, მედიცინასა და ვეტერინარულ მედიცინაში.

ეთილენის ნახშირწყალბადებს აქვთ ერთი ორმაგი ბმა მათ სტრუქტურაში. ზოგჯერ ამ ნაერთებს უწოდებენ ოლეფინებს, რადგან ქვედა აირისებრი ალკენები, ქლორთან ან ბრომთან რეაქციაში, ქმნიან ცხიმოვან ნაერთებს, რომლებიც წყალში ხსნადია.

აცეტილენის ნახშირწყალბადები (ალკინები) არის ნაერთები, რომლებიც შეიცავს ერთ სამმაგ კავშირს. ყველა ალკინიდან ყველაზე მნიშვნელოვანია აცეტილენი, რომელიც მიიღება წყალთან რეაქციით. ეს გაზი გამოიყენება ავტოგენური შედუღებისა და ლითონების ჭრისთვის. აცეტილენი არის ძვირფასი ნედლეული ეთილის სპირტის, აცეტალდეჰიდის, ვინილის აცეტილენის, აცეტატის მჟავის, ბენზოლის, ტრიქლოროეთანის, აკრილონიტრილისათვის.

ლექცია No14

· ალკადიენები.კლასიფიკაცია, ნომენკლატურა, დიენების ტიპები. 1,3-დიენების სტრუქტურა: p-ბმების კონიუგაცია, დელოკალიზებული ბმების კონცეფცია, ბუტადიენის სტრუქტურის აღსაწერად შემზღუდველი სტრუქტურების გამოყენება, მათი შედარებითი წვლილის ხარისხობრივი კრიტერიუმები, კონიუგაციის ენერგია. კონიუგირებული ალკადიენების ფიზიკური თვისებები, მათი სპექტრული მახასიათებლები და იდენტიფიკაციის მეთოდები.

· კონიუგირებული დიენების მიღების მეთოდები: ლებედევის მეთოდი, სპირტების გაუწყლოება, ზეთის ბუტან-ბუტენის ფრაქციიდან.

დიენი არის ნაერთები, რომლებიც შეიცავს ორ ნახშირბად-ნახშირბადის ორმაგ ბმას მოლეკულაში. ჰომოლოგიური სერიის ზოგადი ფორმულა არის C n H 2 n-2.

ნახშირბად-ნახშირბადის ორმაგი ბმების განლაგებიდან გამომდინარე, დიენები იყოფა სამ ჯგუფად:

1) დიენები კუმულირებული (მიმდებარე) ორმაგი ბმებით, მაგალითად, CH 2 = C = CH 2 (პროპადიენი, ალენი);

2) დიენები კონიუგირებული ორმაგი ბმებით, მაგალითად, CH 2 =CH-CH=CH2 (ბუტადიენი-1,3);

3) დიენები იზოლირებული ორმაგი ბმებით, მაგალითად, CH2 =CH-CH2 -CH=CH2 (პენტადიენი-1,4).

კუმულირებული ორმაგი ბმებით დიენები არის ალკინების იზომერები (მაგალითად, პროპინი და პროპადიენი), რომლებშიც ისინი გარდაიქმნება ტუტეების თანდასწრებით გაცხელებისას.

იზოლირებული ბმებით დიენები სტრუქტურით და ქიმიური თვისებებით პრაქტიკულად არ განსხვავდება ალკენებისგან. მათ ახასიათებთ ელექტროფილური დამატების რეაქციები, რომლებიც შეიძლება მოხდეს ეტაპობრივად.

კონიუგირებული დიენები ყველაზე დიდი თეორიული და გამოყენებითი მნიშვნელობისაა.

ზოგადად, ორგანულ ქიმიაში, კონიუგირებული ბმების მქონე სისტემები არის ის მოლეკულები, რომლებშიც მრავალი ბმა გამოყოფილია ერთი მარტივი (s-) ბმით. კონიუგირებული სისტემებიდან უმარტივესი არის ბუტადიენი-1,3 ან C4H6. ერთჯერადი, ორმაგი და სამმაგი ბმების სტრუქტურის შესახებ ადრე გამოთქმულ იდეებზე დაყრდნობით, ბუტადიენის სტრუქტურა არ გამოიყურება რთული. მასში ოთხი ნახშირბადის ატომია sp 2 -ჰიბრიდირებული მდგომარეობა და დაკავშირებულია სამ მეზობელ ატომთან s-ბმებით. გარდა ამისა, არაჰიბრიდირებული 2-ის გადახურვა რ-ორბიტალები C-1 და C-2 შორის, ასევე C-3 და C-4 ნახშირბადის ატომებს შორის იწვევს ორი კონიუგირებული p-ბმის წარმოქმნას.

თუმცა, ბუტადიენის მოლეკულის სტრუქტურა გაცილებით რთულია. დადგენილია, რომ ყველა ნახშირბადის და წყალბადის ატომები დევს ერთ სიბრტყეში, რომელშიც ასევე განლაგებულია ყველა s-ბმა. არაჰიბრიდირებული p ორბიტალები ამ სიბრტყის პერპენდიკულარულია. მანძილი C-1 და C-2 ნახშირბადებს შორის, ასევე C-3 და C-4 ატომებს შორის არის 0,134 ნმ, რაც ოდნავ აღემატება ეთილენში ორმაგი ბმის სიგრძეს (0,133 ნმ) და მანძილი C-2 და C-ატომებს შორის 3, ტოლია 0,147 ნმ, მნიშვნელოვნად ნაკლებია, ვიდრე s-ბმა ალკანებში (0,154 ნმ).

ბრინჯი. 14.1. ბონდის სიგრძე (ა), გადახურვა რ-ორბიტალები (b) და დელოკალიზებული MO (c) 1,3 ბუტადიენის მოლეკულის

ექსპერიმენტულმა მონაცემებმა აჩვენა, რომ 1,3-ბუტადიენი მოსალოდნელზე უფრო სტაბილურია. უჯერი ნაერთების ენერგია ხშირად ფასდება ჰიდროგენიზაციის სითბოდან. ნახშირბად-ნახშირბადის ორმაგ ბმაში წყალბადის მოლეკულის დამატება, ე.ი. უჯერი ნაერთის ნაჯერად გარდაქმნას თან ახლავს სითბოს გამოყოფა. როდესაც იზოლირებული ორმაგი ბმა ჰიდროგენიზდება, დაახლოებით 127 კჯ/მოლი გამოიყოფა. ამიტომ, როდესაც ორი ორმაგი ბმა ჰიდროგენიზირებულია, მოსალოდნელია 254 კჯ/მოლი გათავისუფლება. ეს არის ზუსტად რამდენი სითბო გამოიყოფა 1,4 პენტადიენის ჰიდროგენიზაციის დროს, ნაერთი იზოლირებული ორმაგი ბმებით. 1,3 ბუტადიენის ჰიდროგენიზაციამ მოულოდნელი შედეგი გამოიღო. ჰიდროგენიზაციის სიცხე მხოლოდ 239 კჯ/მოლი აღმოჩნდა, რაც მოსალოდნელზე 15 კჯ/მოლზე ნაკლებია. ეს ნიშნავს, რომ ბუტადიენი შეიცავს მოსალოდნელზე ნაკლებ ენერგიას (უფრო სტაბილურს).

ექსპერიმენტული ფაქტების ახსნა შესაძლებელია მხოლოდ ბუტადიენის (და ზოგადად კონიუგირებული დიენების) სტრუქტურული მახასიათებლებით.

ალკანები, ალკენები და ალკინები აგებულია ლოკალიზებული ბმების მეშვეობით. ასეთი ბმა წარმოიქმნება, როდესაც ორი ატომური ორბიტალი (AO) გადახურულია, და შედეგად მიღებული შემაკავშირებელი მოლეკულური ორბიტალი (MO) არის ორცენტრიანი და მოიცავს ორ ბირთვს.

ზოგიერთ ნივთიერებაში არის გადახურვა რ-რამდენიმე ატომის ორბიტალი ქმნის რამდენიმე MO-ს, რომლებიც მოიცავს ორ ატომზე მეტს. ამ შემთხვევაში საუბარია დელოკალიზებულ კავშირებზე, რომლებიც დამახასიათებელია კონიუგირებული სისტემებისთვის.

1,3-ბუტადიენის მოლეკულაში გაზრდილი სტაბილურობისა და არასტანდარტული ბმის სიგრძის ასახსნელად, ოთხი sp 2-ჰიბრიდირებული ნახშირბადის ატომები წარმოდგენილია ნებისმიერ კონიუგირებულ დიენში.

კლასიკურ ქიმიურ ფორმულებში თითოეული ტირე ნიშნავს ლოკალიზებულ ქიმიურ კავშირს, ე.ი. რამდენიმე ელექტრონი. ბმები პირველ და მეორე, ასევე მესამე და მეოთხე ნახშირბადის ატომებს შორის არის ორმაგი, ხოლო მეორე და მესამე ნახშირბადებს შორის ერთჯერადი (სტრუქტურა A). გადახურვა რ-ორბიტალი, რომელიც იწვევს ორი p-ბმის წარმოქმნას, ნაჩვენებია ნახ. 14.1.ა.

ასეთი მოსაზრება სრულიად უგულებელყოფს იმ ფაქტს, რომ რ-C-2 და C-3 ატომების ელექტრონები ასევე შეიძლება გადაფარონ. ეს ურთიერთქმედება ნაჩვენებია შემდეგი ფორმულის B გამოყენებით:

რკალი მიუთითებს ოფიციალურ კავშირზე დიენის ნაწილის პირველ და მეოთხე ნახშირბადს შორის. ფორმულის B გამოყენება ბუტადიენის მოლეკულის სტრუქტურის აღსაწერად შესაძლებელს ხდის C-2 - C-3 ბმის შემცირებული სიგრძის ახსნას. თუმცა, მარტივი გეომეტრიული გამოთვლებით ჩანს, რომ პირველ და მეოთხე ნახშირბადის ატომებს შორის მანძილი არის 0,4 ნმ, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება ერთი ბმის სიგრძეს.

ვინაიდან სტრუქტურული ფორმულების აღწერა ქაღალდზე ძალზე შეზღუდულია - ვალენტურობის ხაზები აჩვენებს მხოლოდ ლოკალიზებულ ობლიგაციებს - ლ. პაულინგმა შემოგვთავაზა ეგრეთ წოდებული რეზონანსული თეორიის (ვალენტური სქემის მეთოდი) გამოყენებით კოვალენტური ბმების კონცეფციისა და მოლეკულების ჩვეულებრივი გამოსახულების შესანარჩუნებლად.

ამ კონცეფციის ძირითადი პრინციპები:

· თუ მოლეკულა არ შეიძლება სწორად იყოს წარმოდგენილი ერთი სტრუქტურული ფორმულით, მაშინ მის აღსაწერად გამოიყენება სასაზღვრო (კანონიკური, რეზონანსული) სტრუქტურების ნაკრები.

· რეალური მოლეკულა ვერ იქნება დამაკმაყოფილებლად წარმოდგენილი რომელიმე სასაზღვრო სტრუქტურით, მაგრამ არის მათი სუპერპოზიცია (რეზონანსული ჰიბრიდი).

· რეალური მოლეკულა (რეზონანსული ჰიბრიდი) უფრო სტაბილურია, ვიდრე რომელიმე რეზონანსული სტრუქტურა. რეალური მოლეკულის მდგრადობის ზრდას კონიუგაციის ენერგია ეწოდება (დელოკალიზაცია, რეზონანსი).

სასაზღვრო სტრუქტურების დაწერისას უნდა დაკმაყოფილდეს შემდეგი მოთხოვნები:

· სასაზღვრო სტრუქტურების ბირთვული კონფიგურაციების გეომეტრია უნდა იყოს იგივე. ეს ნიშნავს, რომ კანონიკური სტრუქტურების დაწერისას შეიძლება შეიცვალოს მხოლოდ p-ბმების ელექტრონული განლაგება, მაგრამ არა s-ბმები.

· ყველა კანონიკური სტრუქტურა უნდა იყოს „ლუისის სტრუქტურები“, ანუ, მაგალითად, ნახშირბადი არ შეიძლება იყოს პენტაკოვალენტური.

· ყველა ატომი ჩართული კონიუგაციაში უნდა იყოს იმავე სიბრტყეში ან იმავე სიბრტყესთან ახლოს. თანაპლენარობის მდგომარეობა გამოწვეულია მაქსიმალური გადახურვის საჭიროებით გვ-ორბიტალები.

· ყველა სასაზღვრო სტრუქტურას უნდა ჰქონდეს ერთნაირი რაოდენობის დაუწყვილებელი ელექტრონები. ამიტომ, G ბუტადიენის ბირადიკული ფორმულა არ არის კანონიკური.

ქვემოთ მოცემულია ბუტადიენის (A და B) სასაზღვრო სტრუქტურები და მათი სუპერპოზიცია. წერტილოვანი ხაზი აჩვენებს p-ელექტრონების დელოკალიზაციას, ე.ი. რომ რეალურ მოლეკულაში p-ელექტრონის სიმკვრივე განლაგებულია არა მხოლოდ 1 და 2, 3 და 4 ნახშირბადის ატომებს შორის, არამედ 2 და 3 ატომებს შორის.

რაც უფრო სტაბილურია კანონიკური სტრუქტურა, მით უფრო დიდია მისი წვლილი რეალურ მოლეკულაში. სასაზღვრო სტრუქტურები არის ფიქცია, რომელიც ასახავს p-ელექტრონების შესაძლო, მაგრამ არა რეალურ, განლაგებას. შესაბამისად, „საზღვრის სტრუქტურის სტაბილურობა“ არის ფიქციის სტაბილურობა და არა რეალობაში არსებული მოლეკულა.

მიუხედავად იმისა, რომ სასაზღვრო სტრუქტურები არ ასახავს ობიექტურ რეალობას, ეს მიდგომა ძალზე სასარგებლოა სტრუქტურისა და თვისებების გასაგებად. სასაზღვრო სტრუქტურების „წვლილი“ p-ელექტრონების რეალურ კონიუგაციაში მათი სტაბილურობის პროპორციულია. ეს შეფასება ხელს უწყობს შემდეგი წესების გამოყენებით:

1) რაც უფრო მეტია მუხტები გამოყოფილი, მით ნაკლებად სტაბილურია სტრუქტურა;

2) სტრუქტურები, რომლებიც ატარებენ განცალკევებულ მუხტს, ნაკლებად სტაბილურია, ვიდრე ნეიტრალური;

3) 2-ზე მეტი მუხტის მქონე სტრუქტურები, როგორც წესი, არ შეაქვთ რაიმე წვლილი კონიუგაციაში;

4) ყველაზე არაეფექტური სტრუქტურებია ის სტრუქტურები, რომლებიც ატარებენ იდენტურ მუხტებს მეზობელ ატომებზე;

5) რაც უფრო მაღალია უარყოფითი მუხტის მატარებელი ატომის ელექტრონეგატიურობა, მით უფრო სტაბილურია სტრუქტურა;

6) ბმის სიგრძისა და ბმის კუთხეების დარღვევა იწვევს სტრუქტურის მდგრადობის დაქვეითებას (იხ. ზემოთ მითითებული სტრუქტურა B);

7) სასაზღვრო სტრუქტურა, რომელსაც აქვს მეტი კავშირი, უფრო სტაბილურია.

ამ წესების გამოყენება საშუალებას გვაძლევს განვაცხადოთ, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ეთილენის მოლეკულა ფორმალურად შეიძლება აღწერილი იყოს ორი სასაზღვრო სტრუქტურებით M და H (იხ. ქვემოთ), H სტრუქტურის წვლილი განცალკევებული მუხტებით იმდენად უმნიშვნელოა, რომ შეიძლება გამოირიცხოს განხილვისგან.

განსაკუთრებული ყურადღება უნდა მიექცეს სასაზღვრო სტრუქტურებს შორის გადასასვლელად გამოყენებულ ორპირიან, ე.წ. "რეზონანსული" ისარი. ეს ნიშანი მიუთითებს იმაზე, რომ გამოსახული სტრუქტურები ფიქტიურია.

სერიოზული შეცდომაა სასაზღვრო სტრუქტურების აღწერისას ორი ცალმხრივი ისრის გამოყენება სხვადასხვა მიმართულებით, რაც მიუთითებს შექცევადი რეაქციის წარმოქმნაზე. თანაბრად სერიოზული შეცდომაა წონასწორობის პროცესის აღწერისას გამოყენება, ე.ი. რეალური არსებული მოლეკულები, "რეზონანსული" ისარი.

ამრიგად, ბუტადიენის მოლეკულაში კონიუგაციის გამო რ-ოთხი ნახშირბადის ატომის ორბიტალი, მეორე და მესამე ნახშირბადის ატომებს შორის შეინიშნება p-ელექტრონის სიმკვრივის მატება. ეს იწვევს C-2 და C-3-ის ორმაგ კავშირს, რაც აისახება ბმის სიგრძის შემცირებაში 0,147 ნმ-მდე, ერთიანი ბმის სიგრძესთან შედარებით 0,154 ნმ.

ორგანულ ქიმიაში ობლიგაციების დასახასიათებლად ხშირად გამოიყენება „ბმათა რიგის“ კონცეფცია, რომელიც განისაზღვრება, როგორც ატომებს შორის კოვალენტური ბმების რაოდენობა. კავშირის რიგი შეიძლება გამოითვალოს სხვადასხვა მეთოდის გამოყენებით, რომელთაგან ერთ-ერთია ატომებს შორის მანძილის დადგენა და მისი შედარება ეთანის (ნახშირბად-ნახშირბადის კავშირის რიგითობა არის 1), ეთილენის (ბმა 2) და აცეტილენის (ბმა 3) ბმის სიგრძესთან. ). ბუტადიენ-1,3-ში C 2 -C 3 ბმას აქვს 1.2 რიგი. ეს მნიშვნელობა მიუთითებს იმაზე, რომ ეს კავშირი უფრო ახლოს არის ჩვეულებრივთან, მაგრამ არსებობს გარკვეული ორმაგობა. C 1 -C 2 და C 3 -C 4 ობლიგაციების რიგი არის 1.8. გარდა ამისა, სწორედ კონიუგაციამ უნდა ახსნას ბუტადიენის მაღალი მდგრადობა, რაც გამოიხატება ჰიდროგენიზაციის სითბოს დაბალ მნიშვნელობაში (სხვაობა 15 კჯ/მოლი - კონიუგაციის ენერგია).

ორგანულ ქიმიაში კონიუგაცია (დელოკალიზაცია) ყოველთვის არის ითვლება სტაბილიზირებლად, ე.ი. მოლეკულის ენერგიის შემცირების ფაქტორი.

ალკადიენები ნახშირწყალბადების კლასია და აქვთ ორი ორმაგი ბმა. ალკადიენების რა ფიზიკური და ქიმიური თვისებებია ცნობილი და რა თვისებები აქვს ამ ნაერთებს?

ალკადიენების ზოგადი მახასიათებლები

ალკადიენები არის უჯერი ნახშირწყალბადები ორი ნახშირბად-ნახშირბადის ორმაგი ბმით. როდესაც ორმაგი ბმები ალკოდენებში არის ორ ან მეტ ნახშირბადის ატომს შორის, ეს ბმები განიხილება იზოლირებულად.

ბრინჯი. 1. ალკადიენების სტრუქტურული ფორმულა.

იზოლირებული ალკოდენიები იქცევიან ისევე, როგორც ალკენები თავიანთი ქიმიური თვისებებით. მხოლოდ, ალკენებისგან განსხვავებით, რეაქციაში შედის ორი ბმა და არა ერთი.

დიენი შეიძლება იყოს თხევადი ან აირისებრი მდგომარეობებში. ქვედა დიენები უფერო სითხეებია, ხოლო ბუტადიენი და ალენი აირები. ბუტადიენი არის საწყისი მასალა რეზინის წარმოებისთვის.

ბრინჯი. 2. ბუტადიენი.

დიენი შეიძლება დაიყოს სამ ტიპად:

• კონიუგირებული, რომელშიც ორმაგი ბმები გამოყოფილია ერთჯერადი ბმებით;
• ალენი ორმაგი ბმებით;
• დიენები იზოლირებული ბმებით, რომლებშიც ორმაგი ბმები გამოყოფილია რამდენიმე ერთჯერადი ბმით.

ალკადიენების ქიმიური თვისებები

ნაერთების ქიმიური თვისებები დამოკიდებულია ორმაგ ბმებზე. ალკადიენებს ახასიათებთ დამატების რეაქცია. თუ დიენის ნახშირწყალბადში ორი ორმაგი ბმა განლაგებულია ერთი ბმის მეშვეობით (კონიუგირებული პოზიცია), მაშინ ერთი ბმის მეშვეობით ხდება ორი p-ღრუბლების ელექტრონის სიმკვრივის დამატებითი გადახურვა. ამ ელექტრონულ ეფექტს უწოდებენ კონიუგაციის ეფექტს, ან მეზომერულ ეფექტს. შედეგად, ობლიგაციები სიგრძით და ენერგიით ემთხვევა და ერთი ელექტრონული სისტემა იქმნება n-ობლიგაციების დელოკალიზაციით. მოლეკულას შეუძლია რეაგირება ორი მიმართულებით, პროდუქტების გამოსავლიანობა დამოკიდებულია კარბოკაციონების სტაბილურობაზე.

თუ ორმაგი ბმების პოზიცია ალკადიენში არ არის კონიუგირებული, მაშინ რეაქცია თავდაპირველად ხდება ორი ბმის გასწვრივ. როდესაც რეაგენტი ემატება, თანმიმდევრული დამატება ხდება სხვა ბმის მეშვეობით, რაც ქმნის შემზღუდველ ნაერთს.

დამატების რეაქცია შეიძლება მოხდეს 2 მიმართულებით: 1,4 და 1,2 - დამატება. მაგალითად,

CH2 =CH-CH=CH2 +Br2 =CH2 =CH+CHBr=CH2Br

CH2 =CH-CH=CH2 +Br2 =BrCH2 -CH=CH-CH2Br

ალკადიენებს ასევე შეუძლიათ პოლიმერიზაცია:

nCH2 =CH-CH=CH2 = (-CH2 -CH=CH-CH2 -)n.

პოლიმერიზაცია არის დიდი მოლეკულური წონის მოლეკულის წარმოქმნა მრავალჯერადი ბმის მქონე მრავალი მოლეკულის კომბინაციის გამო.

ბრინჯი. 3. ალკადიენების ქიმიური თვისებების ცხრილი.

რა ვისწავლეთ?

ალკადიენების ქიმიური თვისებები მსგავსია ალკენების ქიმიური თვისებების. რეაქციაში მხოლოდ ალკენებში მონაწილეობს ერთი ბმა, ხოლო ალკადიენებში - ორი. ამ ნივთიერებების ძირითადი რეაქციებია დამატების და პოლიმერიზაციის რეაქციები.