Dieenid (diolefiin): kahe kaksiksidemega süsivesinikud, omadused ja kasutused

Dieenid (diolefiin): kahe kaksiksidemega süsivesinikud — omadused, reaktsioonid ja konjugeerimine; kasutused polümeeritööstuses ning rakendused ja struktuur lihtsas ülevaates.

Orgaanilises keemias on dieen (/ˈdaɪ. iːn/ DY-een) või diolefiin (/daɪˈoʊləf[kehtetu sisestus: 'ɨ']n/ dy-OH-lə-fin) süsivesinik, mis sisaldab kahte süsiniku pi-sidet. Konjugeeritud dieenid on funktsionaalsed rühmad, mille üldvalem on CnH2n-2. Dieenid ja alküünid on funktsionaalsed isomeerid. Dieenid esinevad looduses harva, kuid neid kasutatakse laialdaselt polümeeritööstuses.

Tüübid ja struktuur

Dieenid jagunevad struktuuri alusel tavaliselt kolme rühma:

• Konjugeeritud dieenid — kaks kaksiksidet vahelduvad ühe üksiksidemega (näiteks 1,3-butadieen). Konjugeeritus annab stabiilsema elektronide delokalisatsiooni ja eripärased reaktsioonid (nt Diels–Alder'i tsüklisatsioon).
• Isoleeritud dieenid — kaks kaksiksidet on eraldatud vähemalt kahe üksiksidemega (näiteks 1,5-hekseenadieen).
• Kumulatiivsed dieenid — kaks kaksiksidet paiknevad samal süsinikulena järjest (allenid)

Keemilised omadused ja peamised reaktsioonid

Dieenide iseloomulikud reaktsioonid peegeldavad nende rikkalikku pi-elektronide süsteemi:

• Diels–Alder'i reaktsioon — konjugeeritud dieenid reageerivad dienofiilidega [4+2] tsükliliseks liitumiseks; see on oluline sünteesimeetod tsükliliste ühendite valmistamiseks.
• Elektrofiilne addition — dieenid võivad undergoeerida elektrofiilset lisandumist; konjugeeritud süsteem annab võimaluse regio- ja stereoselektiivseteks produktideks (1,2- vs 1,4-lisandumine).
• Radikaalne polümerisatsioon — näiteks 1,3-butadieenist valmistatakse polübutadieeni ja teiste elastomeeride aluseks olevaid polümeere.
• Hydrogenatsioon ja oksüdatsioon — kaksiksidemeid saab hüdrogeenida või oksüdeerida sõltuvalt tingimustest.

Füüsikalised omadused

Dieenide füüsikalised omadused varieeruvad sõltuvalt ahela pikkusest ja asenditest. Paljud lihtsamad dieenid (nt 1,3-butadieen) on toatemperatuuril gaasilised või madala keemistemperatuuriga vedelikud, neil on tavaliselt neutraalne lõhn ning kõrge põlemisvõime. Konjugeeritus mõjutab ka värvust ja absorptsiooni UV-alas — delokalisatsioon võib põhjustada suuremat neeldumist lühilaine-UV/visible piirkonnas.

Süntees ja looduslik esinemine

• Tehases valmistamine: tööstuslikult saadakse dieene sageli nafta steam-cracking'u ja muu õlitöötlemise kõrvalproduktina (1,3-butadieen, isopreen jms).
• Looduses: mõned dieenid, näiteks isopreen (2-metüül-1,3-butadieen), on paljude taimsete terpeni alustaladeks ja tekivad bioloogilistes protsessides; isopreeni eraldub taimede ja puude poolt suures koguses.

Rakendused

Dieenidel on palju tehnilisi rakendusi, peamiselt nende võime tõttu moodustada polümeere ja osaleda tsüklisatsioonireaktsioonides:

• Polümerid ja kummid: 1,3-butadieenist valmistatakse sünteetilist kummitoodangut (polübutadieen, styreen-butadieen-kumm SBK), mis on oluline rehvitööstuses.
• Keemiasüntees: konjugeeritud dieenid on tähtsad lähteained tsükliliste ja heterotsükliliste ühendite sünteesil (nt Diels–Alder'i kaudu saadavad komplekssed molekulid).
• Lõpptoote komponendid: isopreen on terpeenide ehitusplokk; chloropreenist valmistatakse polükloropreen-kummi (neopreen).
• Muu tööstus: orgaanilised sünteesid, plastide ja adhesiivide tootmine, farmatseutiliste eesühendite valmistamine.

Ohutus ja keskkonnamõjud

• Põlemis- ja plahvatusoht: paljud dieenid on kergesti süttivad vedelikud või gaasid.
• Toksilisus: mõned dieenid, eriti 1,3-butadieen, on inimestel kantserogeensed või muidu tervisele ohtlikud pikaajalise kokkupuute korral; töötlemisel tuleb järgida kaitse- ja ventilatsiooninõudeid.
• Keskkond: atmosfääris osalevad dieenid fotokeemilises reaktiivsuses ja võivad soodustada osooni teket maapinna lähedal.

Näited ja nomenklatuur

Mõned tuntumad dieenid:

• 1,3-Butadieen — tööstuslikult tähtis monomeer, polümeerimise lähteaine.
• Isopreen (2-metüül-1,3-butadieen) — terpenelement, looduslikult esineb taimedes ja kasutatakse sünteetiliste kummide tootmiseks.
• Chloropreen — kasutatakse neopreeni tootmises.
• Piperyleen — asendatud dieen, kasutatakse orgaanilistes sünteesides.

Kokkuvõte

Dieenid on mitmekülgsed kaksiksidemega süsivesinikud, millel on eripärane keemia tänu kahele pi-süsteemile. Nad on hädavajalikud paljudes tööstusharudes, eriti polümeeritööstuses, ning mängivad olulist rolli orgaanilises sünteesis (nt Diels–Alder'i reaktsioon). Samas nõuavad dieenide tootmine ja töötlemine tähelepanu ohutusele ja keskkonnamõjudele.

Klassid

Dieenid võib jagada kolme klassi sõltuvalt kaksiksidemete suhtelisest asukohast:

1. Kumulatiivsete dieenide kaksiksidemed jagavad ühist aatomit, nagu seda tehakse ühendite rühmas, mida nimetatakse alleenideks.
2. Konjugeeritud dieenidel on konjugeeritud kaksiksidemed, mis on eraldatud ühe ühekordse sidemega.
3. Mittekonjugeeritud dieenidel on kaksiksidemed eraldatud kahe või enama ühekordse sidemega. Nad on tavaliselt vähem stabiilsed kui isomeersed konjugeeritud dieenid.

Ühendid, mis sisaldavad rohkem kui kahte kaksiksidet, nimetatakse polüeenideks. Polüeenidel ja dieenidel on palju ühiseid omadusi.

Cycloadditions

Konjugeeritud dieenide oluline reaktsioon on Diels-Alderi reaktsioon. Selle reaktiivsuse ärakasutamiseks looduslike toodete sünteesiks on välja töötatud mitmeid spetsiaalseid dieene, nt Danishefsky dieen.

Mõned dieenid: A: 1,2-propadieen, tuntud ka kui alleen, on lihtsaim kumuleeritud dieen. B: Isopreen, tuntud ka kui 2-metüül-1,3-butadieen, loodusliku kautšuki lähteaine. C: 1,3-butadieen, sünteetiliste polümeeride lähteaine. D: 1,5-süklooktadieen, konjugeerimata dieen (märkige, et iga kaksikside on kahe süsiniku kaugusel teisest). E: Norbornadieen, pingestatud bitsükliline ja konjugeerimata dieen. F: Ditsüklopentadieen. G: Linoolhape, rasvhape, mis on vajalik inimese toitumises.

Küsimused ja vastused

K: Mis on dieen?

K: Milline on konjugeeritud dieenide üldvalem?

K: Kas dieenid ja alküünid on funktsionaalsed isomeerid?

K: Kas looduses leidub dieene?

K: Kuidas kasutatakse dieene polümeeritööstuses?

K: Kas dieenidele on olemas konkreetne hääldus?

K: Millist muud nimetust inimesed kasutavad dieeni kohta?

Otsing