Најважније из лекције
Диени (\(\text{C}_n\text{H}_{2n-2}\)): Угљоводоници са две двоструке везе.
• Кумуловани: \(-\text{C}=\text{C}=\text{C}-\) (нестабилни, централни \(\text{C}\) је \(\text{sp}\)). Пример: \(\text{CH}_2=\text{C}=\text{CH}_2\).
• Изоловани: Двоструке везе раздвојене бар једним \(\text{sp}^3\)-\(\text{C}\) атомом; реагују независно као алкени. Пример: \(\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}_2\).
• Конјуговани: Наизменичне везе \(-\text{C}=\text{C}-\text{C}=\text{C}-\) са делокализованим \(\pi\)-електронима преко 4 \(\text{sp}^2\)-\(\text{C}\) атома; посебна термодинамичка стабилност. Пример: \(\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2\).
Реакције конјугованих диена:
1. Потпуна адиција (\(2\text{ mola}\)): раскидају се обе двоструке везе (\(\text{диени} \rightarrow \text{алкани}\) / полихалогени деривати).
2. Непотпуна адиција (\(1\text{ mol}\)): настаје смеша 1,2-адиционог производа и карактеристичног 1,4-адиционог производа (где двострука веза прелази између \(\text{C}_2\) и \(\text{C}_3\)).
Примена: 1,3-бутадиен и изопрен (2-метил-1,3-бутадиен) су градивне јединице за добијање природне и синтетичке гуме (еластомера).
• Кумуловани: \(-\text{C}=\text{C}=\text{C}-\) (нестабилни, централни \(\text{C}\) је \(\text{sp}\)). Пример: \(\text{CH}_2=\text{C}=\text{CH}_2\).
• Изоловани: Двоструке везе раздвојене бар једним \(\text{sp}^3\)-\(\text{C}\) атомом; реагују независно као алкени. Пример: \(\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}_2\).
• Конјуговани: Наизменичне везе \(-\text{C}=\text{C}-\text{C}=\text{C}-\) са делокализованим \(\pi\)-електронима преко 4 \(\text{sp}^2\)-\(\text{C}\) атома; посебна термодинамичка стабилност. Пример: \(\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2\).
Реакције конјугованих диена:
1. Потпуна адиција (\(2\text{ mola}\)): раскидају се обе двоструке везе (\(\text{диени} \rightarrow \text{алкани}\) / полихалогени деривати).
2. Непотпуна адиција (\(1\text{ mol}\)): настаје смеша 1,2-адиционог производа и карактеристичног 1,4-адиционог производа (где двострука веза прелази између \(\text{C}_2\) и \(\text{C}_3\)).
Примена: 1,3-бутадиен и изопрен (2-метил-1,3-бутадиен) су градивне јединице за добијање природне и синтетичке гуме (еластомера).
Диени (алкадиени) су незасићени угљоводоници који у својим молекулима садрже две двоструке везе. Њихова општа формула је \(\text{C}_n\text{H}_{2n-2}\).
Према међусобном положају двоструких веза, диени се деле на три групе:
| Врста диена | Карактеристика структуре | Хибридизација и својства | Пример |
|---|---|---|---|
| Кумуловани | Две двоструке везе полазе са истог \(\text{C}\)-атома (\(=\text{C}=\)) | Централни \(\text{C}\)-атом је \(\text{sp}\)-хибридизован; нестабилна једињења | \(\text{CH}_2=\text{C}=\text{CH}_2\) (1,2-пропадиен / ален) |
| Изоловани | Двоструке везе су раздвојене са једним или више \(\text{sp}^3\)-хибридизованих \(\text{C}\)-атома | Двоструке везе се понашају независно; хемијска својства аналогна алкенима | \(\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}_2\) (1,4-пентадиен) |
| Конјуговани | Двоструке везе су раздвојене тачно једном једноструком везом (\(-\text{C}=\text{C}-\text{C}=\text{C}-\)) | Сва четири \(\text{C}\)-атома су \(\text{sp}^2\)-хибридизована; изразита термодинамичка стабилност | \(\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2\) (1,3-бутадиен) |
Разврстај следеће диене на кумуловане, изоловане и конјуговане:
а) \(\text{CH}_3-\text{CH}=\text{C}=\text{CH}-\text{CH}_3\)
б) \(\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}_2\)
в) \(\text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{CH}=\text{CH}_2\)
а) \(\text{CH}_3-\text{CH}=\text{C}=\text{CH}-\text{CH}_3\)
б) \(\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}_2\)
в) \(\text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{CH}=\text{CH}_2\)
а) Кумуловани (2,3-пентадиен – две везане двоструке везе на истом \(\text{C}\)-атому).
б) Изоловани (1,5-хексадиен – двоструке везе раздвојене са две \(-\text{CH}_2-\) групе).
в) Конјуговани (2-метил-1,3-бутадиен / изопрен – наизменично поређане везе).
б) Изоловани (1,5-хексадиен – двоструке везе раздвојене са две \(-\text{CH}_2-\) групе).
в) Конјуговани (2-метил-1,3-бутадиен / изопрен – наизменично поређане везе).
Код конјугованих диена, четири суседна \(\text{sp}^2\)-хибридизована атома угљеника поседују по једну нехибридизовану \(p\)-орбиталу нормалну на раван молекула. Бочним преклапањем ове четири орбитале настаје заједнички делокализовани \(\pi\)-електронски облак изнад и испод равни \(\sigma\)-веза.
Ефекат делокализације: Електрони нису локализовани само између два атома, већ су распоређени преко целог система од четири \(\text{C}\)-атома. Делокализација смањује укупну енергију молекула, чинећи конјуговане диене знатно стабилнијим од изолованих и кумулованих диена.
Једињења са великим бројем конјугованих двоструких веза називају се полиени. Због проширене конјугације они апсорбују светлост у видљивом делу спектра и изразито су обојени. Пример је \(\beta\)-каротен (садржи 11 конјугованих веза, даје наранџасту боју шаргарепи, прекурсор витамина А, прехрамбени адитив E160a).
Главна хемијска реакција диена је електрофилна адиција. У зависности од количине додатог реагенса, адиција може бити потпуна или делимична.
При вишку реагенса раскидају се обе \(\pi\)-везе, адицијом 2 мола реагенса на 1 мол диена:
\[ \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2 + 2\text{H}_2 \xrightarrow{\text{Pt}} \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \quad (\text{бутан}) \]
\[ \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2 + 2\text{Br}_2 \rightarrow \text{CH}_2\text{Br}-\text{CHBr}-\text{CHBr}-\text{CH}_2\text{Br} \quad (1,2,3,4\text{-тетрабромбутан}) \]
Када се дода само 1 мол реагенса на конјуговани диен, настаје смеша два изомерна производа:
- 1,2-адиција: Реагенс се везује за суседне атоме угљеника једне двоструке везе (\(\text{C}_1\) и \(\text{C}_2\)), при чему друга двострука веза остаје непромењена.
- 1,4-адиција: Реагенс се везује на крајеве конјугованог система (\(\text{C}_1\) и \(\text{C}_4\)), а преостала двострука веза се премешта у средину, између \(\text{C}_2\) и \(\text{C}_3\) атома.
\[ \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2 + \text{Br}_2 \rightarrow \begin{cases} \text{CH}_2\text{Br}-\text{CHBr}-\text{CH}=\text{CH}_2 & (1,2\text{-адиција: } 3,4\text{-дибром-1-бутен}) \\ \text{CH}_2\text{Br}-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_2\text{Br} & (1,4\text{-адиција: } 1,4\text{-дибром-2-бутен}) \end{cases} \]
Напишите једначину реакције потпуне хидрогенизације 2-метил-1,3-бутадиена.
\[ \text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{CH}=\text{CH}_2 + 2\text{H}_2 \xrightarrow{\text{Pt}} \text{CH}_3-\text{CH}(\text{CH}_3)-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \]
Производ потпуне хидрогенизације је 2-метилбутан (изопентан).
Конјуговани диени су фундаменталне сировине у индустрији полимера и еластомера:
- Изопрен (2-метил-1,3-бутадиен): Основна структурна јединица многих природних једињења (терпена) и мономер од којег је изграђен природни каучук.
- 1,3-Бутадиен: Кључна индустријска сировина која се полимеризацијом преводи у синтетички каучук (бутадиенску гуму).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Напишите рационалне структурне формуле за:
а) пропадиен (ален)
б) 1,3-бутадиен
а) пропадиен (ален)
б) 1,3-бутадиен
а) Пропадиен: \(\text{CH}_2=\text{C}=\text{CH}_2\)
б) 1,3-Бутадиен: \(\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2\)
б) 1,3-Бутадиен: \(\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2\)
Задатак 2 (средњи): Одредите тип диена (кумуловани, конјуговани или изоловани) за следећа једињења:
а) циклохекса-1,4-диен
б) циклохекса-1,3-диен
в) пента-1,2-диен
а) циклохекса-1,4-диен
б) циклохекса-1,3-диен
в) пента-1,2-диен
а) Изоловани диен (двоструке везе на положајима 1 и 4 раздвојене су са два \(\text{sp}^3\) \(\text{C}\)-атома: \(\text{C}_3\) и \(\text{C}_6\)).
б) Конјуговани диен (двоструке везе на положајима 1 и 3 су раздвојене само једном једноструком везом).
в) Кумуловани диен (двоструке везе су на узастопним везама истог угљениковог атома \(\text{C}_2\)).
б) Конјуговани диен (двоструке везе на положајима 1 и 3 су раздвојене само једном једноструком везом).
в) Кумуловани диен (двоструке везе су на узастопним везама истог угљениковог атома \(\text{C}_2\)).
Задатак 3 (тежак): При адицији једног мола хлора (\(\text{Cl}_2\)) на 1,3-бутадиен настају два органска производа.
а) Напишите структурне формуле оба производа.
б) Наведите њихове систематске (IUPAC) називе и назначите који је производ 1,2-адиције, а који 1,4-адиције.
а) Напишите структурне формуле оба производа.
б) Наведите њихове систематске (IUPAC) називе и назначите који је производ 1,2-адиције, а који 1,4-адиције.
Једначина реакције:
\[ \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{производ 1,2-адиције} + \text{производ 1,4-адиције} \]
а) Производ 1,2-адиције: \(\text{CH}_2\text{Cl}-\text{CHCl}-\text{CH}=\text{CH}_2\)
Назив: 3,4-дихлор-1-бутен (бројање почиње са стране двоструке везе).
б) Производ 1,4-адиције: \(\text{CH}_2\text{Cl}-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_2\text{Cl}\)
Назив: 1,4-дихлор-2-бутен (двострука веза прелази у положај 2).
а) Производ 1,2-адиције: \(\text{CH}_2\text{Cl}-\text{CHCl}-\text{CH}=\text{CH}_2\)
Назив: 3,4-дихлор-1-бутен (бројање почиње са стране двоструке везе).
б) Производ 1,4-адиције: \(\text{CH}_2\text{Cl}-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_2\text{Cl}\)
Назив: 1,4-дихлор-2-бутен (двострука веза прелази у положај 2).
