Почему бром садится на крайние атомы и как из этого получается резина
У алкадиена две π-связи, поэтому он ещё активнее алкена: обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата, присоединяет водород, галогены, галогеноводороды. Всё это — реакции присоединения.
Но у сопряжённых диенов присоединение идёт по особому сценарию, и именно он выносится на экзамен.
Единое π-облако бутадиена растянуто на все четыре атома. Поэтому реагент может присоединиться двумя разными способами.
Бром садится на крайние атомы C1 и C4, а между C2 и C3 возникает новая двойная связь. Обе исходные двойные связи исчезли, но общее число π-связей сократилось только на одну — сопряжённая система «переехала» в середину молекулы.
Какой продукт получится, решает температура: на холоду преимущественно 1,2-продукт, при нагревании — 1,4-. На практике всегда образуется смесь, и в условии задачи обычно указывают нужный вариант.
Присоединение избытка реагента снимает вопрос о механизме: 2 моль брома насыщают обе двойные связи и дают 1,2,3,4-тетрабромбутан. Полное гидрирование (2 моль H2, Ni) даёт бутан.
Раствор перманганата калия обесцвечивается — это качественная реакция на кратную связь, общая для алкенов, диенов и алкинов. При мягком окислении (холодный водный KMnO4) по каждой двойной связи присоединяются группы OH: из бутадиена-1,3 получается бутантетраол-1,2,3,4.
Жёсткое окисление (кислая среда, нагревание) разрывает молекулу по обеим двойным связям. Горят диены, как и все углеводороды, до углекислого газа и воды:
Ради неё диены и производят. Молекулы соединяются друг с другом по типу 1,4-присоединения: каждая раскрывает крайние связи, а в середине остаётся двойная связь. Получается длинная цепь с регулярно повторяющимися двойными связями.
В звене каучука двойная связь остаётся. Это отличает его от полиэтилена, где после полимеризации кратных связей нет. Именно сохранившаяся связь позволяет каучуку вступать в дальнейшие реакции — и делает возможной вулканизацию.
Натуральный каучук — природный полимер изопрена, его добывают из млечного сока (латекса) бразильской гевеи. Все его двойные связи имеют цис-конфигурацию: заместители по одну сторону. Цепь из-за этого свёрнута в спираль, которая распрямляется при растяжении и сжимается обратно — отсюда эластичность.
Тот же полимер в транс-форме называется гуттаперча. Состав и звено те же, но вытянутые цепи укладываются плотно, и материал получается твёрдым и неэластичным.
Каучук и гуттаперча — стереоизомеры. Один и тот же мономер, одно и то же звено, разная пространственная форма — и противоположные свойства. Более наглядного примера, зачем нужна пространственная изомерия, в школьном курсе нет.
Сырой каучук плохо годится для дела: на морозе твердеет, на жаре становится липким. В 1839 году Ч. Гудьир нашёл решение — нагреть каучук с серой.
Атомы серы присоединяются по сохранившимся двойным связям и сшивают соседние цепи «мостиками». Из отдельных нитей получается сетка: цепи больше не скользят друг относительно друга, но остаются подвижными. Материал становится прочным и упругим — это резина.
| Серы | Что получается | Свойства |
|---|---|---|
| нет | каучук | липкий, размягчается при нагревании |
| 1–5 % | резина | прочная и эластичная |
| 30–50 % | эбонит | твёрдый, изолятор |
Вулканизация — не полимеризация: длина цепей не растёт, появляются только поперечные связи между уже готовыми цепями. Чем больше серы, тем гуще сетка и тем твёрже материал.
Натурального каучука на мир не хватает, поэтому большую часть производят синтетически. Свойства подбирают выбором мономера: