Хімія. 10 клас

1. Галагенаванне. Далучэнне галагенаў

Так як у малекулах алкадыенаў маюцца двайныя сувязі, для іх, як і для алкенаў, характэрны рэакцыі далучэння. Алкадыены абясколерваюць бромную ваду, далучаюць галагенавадароды і г. д. Аднак з-за эффекту спалучэння рэакцыі далучэння тут маюць свае асаблівасці. Так, у выпадку далучэння да малекулы бутадыену-1,3 адной малекулы брому могуць быць атрыманы два прадукты. Адзін з іх утвараецца ў выніку далучэння малекулы брому па любой з двайных сувязей (прадукт 1,2-далучэння). У гэтым выпадку бутадыен-1,3 паводзіць сябе падобна алкенам. Другі прадукт атрымліваецца ў выніку 1,4-далучэння:

Працэс 1,4-далучэння можна схематычна паказаць наступным чынам. Атамы брому далучаюцца па крайніх атамах вугляроду:

Пры гэтым у другога і трэцяга атамаў вугляроду з’яўляюцца свабодныя валентнасці, за кошт якіх утвараецца π-сувязь унутры малекулы:

2. Полімерызацыя

Дзякуючы наяўнасці двайных сувязей алкадыены, таксама як і алкены, могуць уступаць у рэакцыю полімерызацыі. Полімерызацыя спалучаных алкадыенаў мае вялікае прамысловае значэнне, паколькі на гэтым працэсе заснавана вытворчасць каўчукаў — палімераў, якія праяўляюць высокую эластычнасць і маюць шырокае практычнае прымяненне.

Акрамя сінтэтычных каўчукаў, што атрымліваюцца ў прамысловасці па рэакцыі полімерызацыі спалучаных дыенаў, існуе натуральны каўчук. Натуральны каўчук сустракаецца ў прыродзе і ўяўляе сабой прадукт полімерызацыі 2-метылбутадыену-1,3, ці ізапрэну:

Натуральны каўчук атрымліваюць з млечнага соку некаторых раслін, у асноўным з бразільскай гевеі. Для гэтага на ствалах дрэў гевеі робяць надрэзы. Сок, які вылучаецца з надрэзаў, змяшчае да 40–50 % растворанага поліізапрэну (натуральнага каўчуку).

З-за шырокага прымянення вырабаў на аснове каўчуку ужо ў пачатку XX стагоддзя аб’ёмы вытворчасці натуральнага каўчуку аказаліся недастатковымі, таму пачалася інтэнсіўная распрацоўка метадаў атрымання сінтэтычных аналагаў. Сінтэз каўчуку полімерызацыяй бутадыену-1,3 у прамысловым маштабе ўпершыню ў свеце быў ажыццёўлены ў СССР у 1930 годзе на аснове спосабу, распрацаванага С. В. Лебедзевым.

Разгледзім рэакцыю полімерызацыі бутадыену-1,3, па якой атрымліваюць сінтэтычны каўчук. Працэс полімерызацыі можна прадставіць як рэакцыю далучэння малекул бутадыену-1,3 адна да адной, якая мнагакратна паўтараецца. Як вы ўжо ведаеце, спалучаныя алкадыены могуць уступаць у рэакцыі 1,2- і 1,4-далучэння. Уласцівасці каўчуку маюць толькі прадукты рэакццыі полімерызацыі, што працякае як 1,4-далучэнне — 1,4-полімерызацыя. Пакажам гэты працэс схематычна.

Спачатку за кошт разрыву двайных сувязей адбываецца злучэнне дзвюх малекул бутадыену-1,3:

Пры гэтым за кошт свабодных валентнасцей, якія з’явіліся ў другога і трэцяга атамаў вугляроду, у сярэдзіне малекул утвараюцца π-сувязі.

Да часціцы, якая ўтварылася, далучаецца наступная малекула бутадыену-1,3:

У выніку мнагакратнага паўтарэння працэсу 1,4-далучэння ўтвараецца малекула палімера. Працэс полімерызацыі выражаецца наступным ураўненнем:

Прадукт полімерызацыі называецца 1,4-полібутадыен. Полібутадыен з’яўляецца сінтэтычным каўчукам.

Прывядзём ураўненне рэакцыі полімерызацыі ізапрэну:

Уласцівасці каўчуку. Важнейшай уласцівасцю каўчуку з’яўляецца эластычнасць, гэта значыць здольнасць расцягвацца і сціскацца, а потым аднаўляць ранейшую форму пасля спынення дзеяння сілы. Высокая эластычнасць каўчуку тлумачыцца тым, што яго макрамалекулы маюць форму спіралей, якія могуць расцягвацца і сціскацца, падобна спружынам.

Эластычнасць каўчуку праяўляецца толькі пры невялікіх нагрузках. Калі каўчук расцягваць з дастаткова вялікай сілай, адбудзецца не толькі выпростванне макрамалекул, але і зрушэнне іх адносна адна адной. Апошняе прывядзе да незваротнай дэфармацыі каўчуку.

Вулканізацыя каўчуку. Натуральны і сінтэтычны каўчукі выкарыстоўваюцца пераважна ў выглядзе гумы, паколькі яна валодае значна больш высокай трываласцю, эластычнасцю і шэрагам іншых каштоўных уласцівасцей. Для атрымання гумы каўчук падвяргаюць вулканізацыі — награванню каўчуку з серай. Пры гэтым сера ўступае ў хімічнае ўзаемадзеянне са спіралепадобнымі малекуламі каўчуку, як бы «сшываючы» іх адна з адной (мал. 17.3).

«Сшытыя» малекулы не могуць зрушвацца адносна адна адной нават пры высокіх нагрузках, таму ў выніку вулканізацыі павышаецца эластычнасць матэрыялу.