Диеновые углеводороды

Дие́ны (диеновые углеводороды) — ненасыщенные углеводороды с открытой цепью, содержащие в молекуле две двойные связи и образующие гомологический ряд общей формулы C_nH_2n−2. Диены являются структурными изомерами алкинов.

Классификация

Диеновые углеводороды различаются расположением двойных связей, такое расположение вследствие эффектов сопряжения связей сказывается на их реакционной способности. Существуют три класса диенов:

1. Аллены — диены с кумулированными связями, замещённые производные пропадиена-1,2 H₂C=C=CH₂

2. Сопряжённые диены или 1,3-диены — замещённые производные бутадиена-1,3 CH₂=CH–CH=CH₂

3. Изолированные диены, в которых двойные связи располагаются через две и более простых связи С–С

Наибольшее значение имеют диеновые углеводороды с сопряжёнными двойными связями, в их молекулах двойные связи разделены одной одинарной связью. Например, дивинил СН₂=СН–СН=СН₂, изопрен СН₂=С(СН₃)–СН=СН₂ и др.

Диеновые углеводороды,

диены, диолефины, непредельные углеводороды с двумя двойными связями. В зависимости от взаимного расположения двойных связей в молекуле различают:

1) Д. у. с изолированными двойными связями, например пентадиен-1,4

и др. диены типа

по химическим свойствам подобные олефинам;

Олефины, алкены, гомологический ряд ненасыщенных углеводородов общей формулы C_nH_2n с открытой цепью и одной двойной углерод-углеродной связью; относятся к ациклическим соединениям. Родоначальник ряда этилен CH₂ = CH₂, поэтому олефины называют также этиленовыми углеводородами.

Этилен и его ближайшие гомологи (пропилен CH₂ = CH – CH₃, бутены C₄H₈, амилены C₅H₁₀ и др.) часто называют алкиленами.

По Женевской номенклатуре название олефины производят от соответствующих названию насыщенных углеводородов, заменяя окончание "ан" на "ен" и цифрой указывая положение двойной связи, например: этан ® этен (этилен), пропан ® пропен (пропилен), бутан ® бутен-1 () и бутен-2 (). Начиная с бутена, в ряду олефины появляются структурные изомеры; кроме того, вследствие наличия в молекуле двойной связи олефины могут существовать в виде геометрических изомеров.

По физическим свойствам от насыщенных углеводородов олефины отличаются мало.

Температуры кипения у них несколько ниже, а плотность несколько выше, чем у алканов с тем же числом атомов углерода в молекуле.

Низшие олефины. (от C₂H₄ до C₄H₈)— газы, до C₁₈H₃₆ — жидкости, далее — твёрдые вещества. Все О. бесцветны, практически не растворимы в воде, ограниченно растворяются в спиртах, хорошо — в углеводородах и эфирах.

По двойной связи к олефины легко присоединяются галогены (при этом образуются маслянистые жидкости; отсюда и назв.: франц. olefiant — маслородный), водород, галогеноводороды, вода; при взаимодействии с водными растворами хлора или брома образуются галогенгидрины, при окислении — гликоли, например этиленгликоль, пропиленгликоль, и окиси, например этилена окись, пропилена окись.

Олефины легко изомеризуются, а также полимеризуются и сополимеризуются с образованием ценных продуктов. Важное свойство олефинов. — высокая алкилирующая способность.

Полиолефины

Полиолефины, высокомолекулярные соединения общей формулы

образующиеся при полимеризации или сополимеризации ненасыщенных углеводородов — олефинов (R, R'=H, CH₃, C₂H₅ и т.п.). Из полиолефины наиболее широко известны полиэтилен (R=R'=H) и полипропилен (R=H, R'=CH₃).

П. характеризуются высокой степенью кристалличности, обусловливающей достаточную механическую прочность, высокими диэлектрическими показателями, устойчивостью к действию агрессивных веществ (кроме сильных окислителей, например HNO₃). Однако полиолефины обладают низкой адгезией к металлическим и др. поверхностям. Для повышения адгезии в макромолекулы полиолефины (сополимеризацией или обработкой полимера) вводят полярные группы (_, —СООН и др.). Это даёт возможность существенно расширить области применения полиолефинов.

По масштабу промышленного производства и широте областей применения (плёнки и волокна, электроизоляционные покрытия, литьевые изделия и др.) Полиолефины не имеют себе равных среди термопластичных материалов. Из производимых промышленностью полиолефины наряду с полиэтиленом и полипропиленом большое значение имеют также их сополимеры — этилен-пропиленовые каучуки. Это обусловлено как ценными техническими свойствами указанных полиолефины., так и наличием для их производства дешёвого и доступного нефтехимического сырья — этилена и пропилена. В 1973 мировое производство полиэтилена составило около 10 млн. т, полипропилена — около 2,4 млн. т. Промышленное значение имеют полиизобутилен (R=R'=CH₃), а также сополимеры изобутилена.

Этиленпропиленовые каучуки

Этиленпропиленовые каучуки, синтетические каучуки, продукты сополимеризации этилена с пропиленом или двух этих мономеров с диолефином, содержащим несопряженные двойные связи (например, с 1,4-гексадиеном CH₂=CH— CH₂— CH=CH— CH₃). Молекулярная концентрация звеньев пропилена в макромолекуле Э.-п. к. 20—60%, звеньев диолефина—0,5—3,0%. Молекулярная масса каучуков 80 000—250 000, плотность 0,85—0,87 г/см², температура стеклования от —55 до —70°С, удельное объемное электрическое сопротивление 5 × 10¹⁵ ом×см, электрическая прочность 28— 32 Мв/м, или кв/мм, тангенс угла диэлектрических потерь (1—2)×10^—3.

Этиленпропиленовые получают координационной полимеризацией в среде углеводородных растворителей, например н-гексана. Каучуки, синтезируемые из смеси трех мономеров (отечественная марка СКЭПТ), содержат в макромолекуле ненасыщенные связи и поэтому способны к вулканизации обычными серосодержащими системами. Сополимеры этилена с пропиленом (СКЭП) вулканизуются органическими перекисями.

В резинах на основе Э.-п. к. хорошие прочностные и эластичные свойства сочетаются с высокой озоно-, тепло- и морозостойкостью, устойчивостью к действию многих органических растворителей, щелочей и кислот, а также с отличными диэлектрическими характеристиками. Э.-п. к. типа СКЭП применяют главным образом для изоляции проводов и кабелей; типа СКЭПТ — в производстве различных резинотехнических изделий, например шлангов, уплотнителей. В шинной промышленности эти каучуки используют ограниченно из-за низкой прочности связи резин на их основе с кордом.

В небольших масштабах в промышленности (США, ФРГ) получают полибутен-1, характеризующийся отсутствием ползучести; его применяют для изготовления труб. Производятся также П., обладающие повышенной теплостойкостью, например, в Великобритании и США — поли-4-метилпентен-1 (теплостойкость по Вика 180 °С); в СССР разработан метод получения поливинилциклогексана (теплостойкость по Вика 225 °С). П. такого типа перспективны для ряда областей применения в медицинской, радиоэлектронной и др. отраслях промышленности.

Основной источник получения в промышленности — продукты переработки нефти и природных газов. В лабораторных условиях получают дегидратацией спиртов:

CH₃ – CH₂OH ® CH₂ = CH₂ + H₂O;

пиролизом сложных эфиров карбоновых кислот, Виттига реакцией и др.

Благодаря высокой реакционной способности, доступности и дешевизне широко используют в нефтехимическом синтезе, для получения пластических масс, некоторых каучуков синтетических, волокон химических и др. промышленно важных продуктов.

2) С кумулированными двойными связями

составляющие класс алленов;

3) С сопряжёнными (чередующимися) двойными связями, например бутадиен-1,3 (дивинил),

2-метилбутадиен-1,3 (изопрен),

CH₂ = С (СН₃) — CH = CH₂,

2-хлорбутадиен-1,3 (хлоропрен),

CH₂ = CCl — CH = CH₂,

циклопентадиен

и др. Обычно под термином диеновые подразумевают соединения с сопряжёнными двойными связями. В таких соединениях имеет место сопряжение p-связей и образование единого p-электронного облака, что обусловливает повышение энергии образования молекулы, некоторое усреднение расстояний между атомами углерода диеновой системы, высокую поляризуемость молекулы и способность её вступать, наряду с обычными реакциями присоединения по двойным связям (1,2-присоединение), в реакции присоединения по концам сопряжённой системы (1,4-присоединение). Так, бутадиен-1,3 присоединяет молекулу брома с образованием 3,4-дибромбутена-1 и 1,4-дибромбутена-2:

К типу 1,4-присоединения относится диеновый синтез. Сопряжённые диены (например, бутадиен, изопрен, хлоропрен) легко полимеризуются и сополимеризуются, образуя полимеры и сополимеры, обладающие высокоэластическими свойствами Каучуки синтетические). Стереоспецифической полимеризацией изопрена синтезирован каучук, по структуре идентичный натуральному

Каучуки синтетические

Каучуки синтетические, синтетические полимеры, которые, подобно каучуку натуральному, могут быть переработаны в резину.

Все каучуки синтетические делят обычно на каучуки общего и специального назначения (см. табл.). Первые применяют в производстве изделий, в которых реализуется основное свойство резин — высокая эластичность при обычных температурах (шины, транспортёрные ленты, обувь и др.), вторые — в производстве таких изделий, которые должны обладать стойкостью к действию растворителей, масел, кислорода, озона, тепло-и морозостойкостью (т. е. способностью сохранять высокоэластические свойства в широком диапазоне температур) и др. специфическими свойствами. Классификация каучуков синтетических по областям их применения в известной мере условна, т. к. многие каучуки обладают комплексом свойств, позволяющим применять их как каучуки общего и специального назначения. С др. стороны, к некоторым изделиям общего назначения иногда предъявляют специального требования. Так, выпускают морозостойкие шины, масло- и бензостойкую резиновую обувь и др. Разработаны полимеры, называют термоэластопластами, в которых сочетаются свойства эластомеров и термопластичных полимеров; благодаря этому они могут быть переработаны в резиновые изделия, минуя стадию вулканизации. Особые группы К. с.: водные дисперсии каучуков (латексы); жидкие каучуки (олигомеры, отверждающиеся с образованием резиноподобных материалов); наполненные каучуки.

Наиболее распространённые способы получения каучуков — эмульсионная и стереоспецифическая полимеризация. При полимеризации возможно регулирование молекулярной массы каучуков. Это позволяет исключить при переработке каучуков энергоёмкую стадию пластикации (. Технологические процессы получения каучуков. (в большинстве случаев непрерывные) включают также стадии выделения каучука из дисперсий или растворов (например, коагуляцией или осаждением), очистку каучука от остатков катализаторов, эмульгаторов и др. примесей, сушку, брикетирование и упаковку каучука. Важнейшие мономеры для синтеза каучуков — бутадиен, изопрен, стирол и др. — получают главным образом из попутных нефтяных газов и газов крекинга; например, бутадиен может быть получен каталитическим дегидрированием н-бутана. Кроме этих мономеров, применяют также акрилонитрил, фторолефины, некоторые кремнийорганические соединения и др.

Успешное решение проблемы промышленного синтеза каучука относится к числу наиболее значительных достижений науки и техники 20 в. Синтез каучука в крупном заводском масштабе впервые в мире был осуществлен в 1932 в СССР по способу, разработанному С. В. Лебедевым: полимеризацией на металлическом натрии 1,3-бутадиена, полученного из этилового спирта, был синтезирован натрий-бутадиеновый каучук СКВ. В 1938 было организовано промышленное производство бутадиен-стирольных каучуков в Германии, в 1942 — крупное производство К. с. в США. К 1972 К. с. выпускали более чем в 20 странах. СССР по объёму производства К. с. занимает одно из ведущих мест.

Мировое производство каучуков возрастает быстрыми темпами. Так, если в 1950 доля каучуков в общем объёме производства натурального и синтетического каучуков в капиталистических странах составляла около 22%, в 1960 около 48%, то к 1971 она возросла до ~60% (~5 млн. т К. с. и ~ 3 млн. т натурального каучука). Интенсивный рост выпуска каучуков объясняется значительно более низкой себестоимостью производства наиболее массовых каучуков общего назначения (в частности, бутадиен-стирольных) по сравнению с себестоимостью производства натурального каучука, а также невозможностью использования натурального каучука в некоторых изделиях специального назначения — тепло-, масло-, бензостойких и др. К относительному сокращению потребления натурального каучука привело также создание бутадиеновых и изопреновых стереорегулярных К. с., оказавшихся конкурентоспособными с натуральным каучуком в производстве некоторых шин, например для легковых автомобилей, и др. изделий.

Номенклатура резиновых изделий, изготовляемых на основе каучуков, насчитывает около 50 тыс. наименований. Наиболее крупный потребитель каучуков — шинная промышленность (более 50% общего объёма потребления каучуков.). Технический прогресс в различных отраслях промышленности выдвигает перед промышленностью каучуков задачу создания каучуков, в которых должны сочетаться высокая термостойкость, стойкость к действию ионизирующих излучений, масло- и бензостойкость и др. Эта задача может быть, в частности, решена путём синтеза каучуков из мономеров, содержащих неорганические элементы — бор, фосфор, азот, фтор, кремний. Важнейшие промышленные синтетические каучуки