Diēni (konjugētie diolefīni): definīcija, īpašības un izmantošana

Uzzini diēnu (konjugēto diolefīnu) definīciju, struktūru, īpašības un rūpniecisko pielietojumu — no reaktivitātes līdz polimēru ražošanai.

Organiskajā ķīmijā diēns (/ˈdaɪ.iːn/ DY-een) vai diolefīns (/daɪˈoʊləfɪn/ dy‑OH‑lə‑fin) ir ogļūdeņradis, kas satur divas oglekļa pi saites (divas dubultās saites). Konjugētie diēni ir īpaša šo savienojumu grupa, kur dubultās saites atrodas alternējoši (piem., 1,3‑diēni) un tiem raksturīga papildus stabilitāte un specifiska ķīmiskā uzvedība. Vispārējā empīriskā formula konjugētajiem diēniem bieži tiek dots kā CnH2n‑2. Dieni un alkīni ir funkcionālie izomēri. Dīeni dabā sastopami reti, bet tos plaši izmanto polimēru rūpniecībā un organiskajā sintēzē.

Struktūra un veidi

Diēni var iedalīt pēc to dubultā saišu izvietojuma:

• Konjugētie diēni (piem., 1,3‑butadiēns, izoprēns) — dubultās saites atrodas ar vienu vienkāršo saiti starp tām; elektronusālies sistēma rada rezonansi un papildu stabilitāti.
• Izolētie (ne‑konjugētie) diēni — dubultās saites atrodas tālāk viena no otras (vairāk nekā viena vienkāršā saite starp tām); reakcijas bieži atbilst atsevišķu vinilu tipa reakcijām.
• Kumulētie diēni (allenes) — divas dubultās saites atrodas uz viena oglekļa vai blakus oglekļiem (C=C=C); tiem ir īpaša ģeometrija un ķīmija.

Ķīmiskās īpašības un reakcijas

Konjugācija ietekmē diēnu reaktivitāti un elektronisko struktūru:

• Resonanses stabilizācija: konjugētie diēni veido delokalizētu pi‑elektronu sistēmu, kas stabilizē starpposma stāvokļus (piem., aliliskos karbokationus) un maina reakciju ceļus.
• Addīcijas reakcijas: diēni var piedalīties elektrofilās addīcijās; konjugētajos diēnos bieži novērojama 1,4‑addīcija blakus 1,2‑addīcijai, atkarībā no temperatūras un katalizatora.
• Diels–Alder reakcija: konjugēts diēns (dienes) ir pazīstams kā 4π komponents Diels–Alder [4+2] cikloadīcijā ar dienofīliem, kas ir ļoti vērtīgs sintētisks paņēmiens sešgadīgu slāņu iegūšanai.
• Polimerizācija: dieni (piem., 1,3‑butadiēns, izoprēns) viegli polimerizējas radikāļu, anjonu vai kationu mehānismos, ražojot elastomērus (sintētiskās gumijas).

Fizikālās īpašības un spektrālie rādītāji

Fisks un spektroskopiski raksturlielumi ir atkarīgi no ogļūdeņraža garuma un pievienotajām funkcijām:

• Boiling/kušanas punkti: pieaug ar molekulas masu un polaritāti. Daudzi īsi diēni ir gaistoši un viegli uzliesmojoši.
• UV–Vis: konjugācija rada bathohromisku nobīdi — konjugēti diēni absorbē garākas viļņu garumas nekā atsevišķi alkēni.
• IR: C=C stiepes vibrācijas aptuveni 1600–1680 cm‑1, alielās (allylic) grupas rādītāji papildus vibrācijām.
• NMR: vinila protonu ķīmiskie posmēri un kopābijušanas konstantes var sniegt informāciju par konformāciju (s‑cis/s‑trans) un dubultās saites izvietojumu.

Praktiska izmantošana

• Polimēru ražošana: 1,3‑butadiēns un izoprēns ir galvenie izejmateriāli sintētiskai gumijai (polibutadiene, poliisoprēns, stirēna‑butadiēna kaučuks — SBR).
• Organiskā sintēze: dieni izmanto kā būvelementus ciklisku sistēmu iegūšanai, Diels–Alder reakcijas dēļ tie ir nozīmīgi farmaceitiskajā un smaržvielu ķīmijā.
• ķīmiskā rūpniecība: daudzi vārdi, piemēram, kloroprēns (polichloroprene), tiek iegūti no atbilstošiem diolefīniem un tiek lietoti gumijas ražošanā un tehniskos pārklājumos.

Ražošana un dabiskā izplatība

Komercializētie diēni bieži iegūst no naftas frakciju krakēšanas un ķīmiskām pārveidēm. Dabā diēni parādās kā terpēni (piem., izoprēns ir terpentīna struktūras elements) un daži metabolīti, tomēr tīri nepiesātināti diēni parasti ir mazāk izplatīti nekā vienkārši alkēni.

Drošība un vides ietekme

Daudzi diēni ir viegli uzliesmojoši un gaistoši; ilgstoša cilvēku iedarbība var radīt veselības riskus. Piemēram, 1,3‑butadiēns ir klasificēts kā kancerogēns cilvēkiem. Oglekļūdeņražu emisijas var ietekmēt vietējo gaisa kvalitāti; rūpnieciski procesi prasa atbilstošas drošības un vides kontroles procedūras.

Nomenklatūra un piemēri

• 1,3‑Butadiēns (CH2=CH–CH=CH2) — vienkāršākais konjugētais diēns, galvenā izejviela gumijas ražošanā.
• 2‑metil‑1,3‑butadiēns (izoprēns) — dabā sastopams terpēns, pamats poliizoprēnam (dabīgā gumija).
• Kumulētie diēni (allenes) un izolētie diēni — īpaši ar savu ģeometriju un ķīmiju.

Īsumā, diēni (diolefīni) ir svarīga organiskās ķīmijas ģimene ar plašu sintētisku un rūpniecisku pielietojumu. Konjugētie diēni izceļas ar elektroniskās delokalizācijas ietekmi, kas nosaka to īpašās reakcijas — it īpaši Diels–Alder cikloadīcijas un polimerizācijas procesus — padarot tos nenovērtējamu komponentu mūsdienu ķīmiskajā rūpniecībā un sintētiskajā organiskajā ķīmijā.

Klases

Dienus var iedalīt trīs klasēs atkarībā no dubultsaišu relatīvā izvietojuma:

1. Kumulētajiem diēniem ir dubultsaites ar kopīgu atomu, kā tas ir savienojumu grupā, ko sauc par alēniem.
2. Konjugētajiem diēniem ir konjugētas dubultsaites, ko atdala viena vienkārša saite.
3. Nekonjugētajiem diēniem dubultsaites atdala divas vai vairākas vienkāršās saites. Tie parasti ir mazāk stabili nekā izomēri konjugētie diēni.

Savienojumus, kas satur vairāk nekā divas dubultsaites, sauc par poliēniem. Poliēniem un diēniem ir kopīgas daudzas kopīgas īpašības.

Cikloadīcijas

Svarīga konjugēto diēnu reakcija ir Dilsa-Aldera reakcija. Lai izmantotu šo reaktivitāti dabas produktu sintēzē, ir izstrādāti daudzi specializēti diēni, piemēram, Danišefska diēns.

Daži diēni: A: 1,2-propadiēns, pazīstams arī kā alēns, ir vienkāršākais kumulētais diēns. B: izoprēns, pazīstams arī kā 2-metil-1,3-butadiēns, dabiskā kaučuka prekursors. C: 1,3-butadiēns, sintētisko polimēru prekursors. D: 1,5ciklooktadiēns, nekonjugēts diēns (pamaniet, ka katra dubultā saite atrodas divu ogļhidrātu attālumā viena no otras). E: Norbornadiens, saspringts divkāršs un nekonjugēts diēns. F: diciklopentadiēns. G: linolskābe, cilvēka uzturā nepieciešama taukskābe.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir diens?

J: Kāda ir konjugēto diēnu vispārīgā formula?

J: Vai diēni un alkīni ir funkcionālie izomēri?

J: Vai dabā ir kādi diēni?

J: Kā daīnus izmanto polimēru rūpniecībā?

J: Vai ir kāds īpašs izrunas veids, kā izrunāt dienu?

J: Kādu citu nosaukumu cilvēki lieto, lai apzīmētu diene?

Meklēt pēc burta