Бутено характеристика, хімічна структура і застосування
The buteno - назва, що надається серії з чотирьох ізомерів з хімічною формулою С4H8. Вони є алкенами або олефінами, тобто вони мають подвійний зв'язок C = C у своїй структурі. Крім того, вони являють собою вуглеводні, які можуть бути знайдені в нафтових відкладеннях або виникнути шляхом термічного крекінгу і отримання продуктів з більш низькою молекулярною масою..
Чотири ізомери реагують з виділенням кисню тепла і жовтим полум'ям. Крім того, вони можуть реагувати з широким спектром малих молекул, які додаються до їх подвійного зв'язку.

Але які ізомери бутена? Верхнє зображення показує структуру з білими (водневими) і чорними (вуглецевими) сферами для 1-бутена. 1-Бутен є найпростішим ізомером вуглеводню С4H8. Зауважимо, що існує вісім білих сфер і чотири чорних сфери, що узгоджується з хімічною формулою.
Іншими трьома ізомерами є цис і транс 2-бутен і ізо-бутен. Всі вони мають дуже близькі хімічні властивості, хоча їх структури викликають зміни фізичних властивостей (точки плавлення і кипіння, щільності тощо). Також їх ІЧ-спектри мають подібні структури смуг поглинання.
Розмовно кажучи, 1-бутен називається бутеном, хоча 1-бутен відноситься тільки до одного ізомеру, а не до загального назви. Ці чотири органічні сполуки - гази, але можуть розріджуватися при високих тисках або конденсуватися (і навіть кристалізуватися) при падінні температури.
Вони є джерелом тепла та енергії, реагентами для синтезу інших органічних сполук і, насамперед, необхідними для виготовлення штучного каучуку після синтезу бутадієну.
Індекс
- 1 Характеристика бутено
- 1.1 Молекулярна маса
- 1.2 Фізичні аспекти
- 1.3 Точка кипіння
- 1.4 Температура плавлення
- 1.5 Розчинність
- 1.6 Щільність
- 1.7 Реактивність
- 2 Хімічна структура
- 2.1 Конституційні та геометричні ізомери
- 2.2 Стабільність
- 2.3 Міжмолекулярні сили
- 3 Використання
- 4 Посилання
Характеристика бутено
Молекулярна маса
56,106 г / моль. Ця вага є однаковою для всіх ізомерів формули С4H8.
Фізичні аспекти
Це безбарвний і легкозаймистий газ (як і інші ізомери) і має відносно ароматичний запах.
Точка кипіння
Точки кипіння для ізомерів бутена такі:
1-Бутен: -6ºC
Цис-2-бутен: 3,7ºC
Транс-2-бутен: 0,96ºC
2-метилпропен: -6,9ºC
Точка плавлення
1-Бутен: -185,3ºC
Цис-2-бутен: -138,9ºC
Транс-2-бутен: -105,5ºC
2-Метилпропен: -140,4 ° С
Розчинність
Бутен дуже нерозчинний у воді через його аполярний характер. Проте він чудово розчиняється в деяких спиртах, бензолі, толуолі і простих ефірах.
Щільність
0,577 при 25ºC. Тому вона менш щільна, ніж вода, і в контейнері вона буде розташована над нею.
Реактивність
Як і будь-який алкен, його подвійний зв'язок чутливий до додавання молекул або окислення. Це робить бутен та його ізомери реактивними. З іншого боку, вони є легкозаймистими речовинами, тому при перевищенні температури вони реагують з киснем повітря.
Хімічна структура
Структура 1-бутена представлена у верхньому зображенні. Зліва ви можете побачити розташування подвійного зв'язку між першим і другим вуглецем. Молекула має лінійну структуру, хоча область навколо зв'язку C = C є плоскою через sp-гібридизацію2 цих вуглеводів.
Якщо б молекулу 1-бутена оберталася через кут на 180 °, то одна і та ж молекула була б присутня без явних змін, тому вона не володіє оптичною активністю.
Як взаємодіють ваші молекули? Зв'язки C-H, C = C і C-C носять аполярний характер, тому жоден з них не співпрацює у формуванні дипольного моменту. Отже, молекули СН2= CHCH2CH3 повинні взаємодіяти через дисперсійні сили Лондона.
Правий кінець бутено формує миттєві диполі, які на короткому відстані поляризують сусідні атоми сусідньої молекули. З іншого боку, лівий кінець ланки C = C взаємодіє, накладаючи хмари π одне на інше (як дві пластини або листи)..
Оскільки чотири атоми вуглецю складають молекулярний скелет, їх взаємодія ледве достатньо для того, щоб рідка фаза мала температуру кипіння -6ºC.
Конституційні та геометричні ізомери

1-Бутен має молекулярну формулу С4H8; однак інші сполуки можуть мати однакову частку атомів С і Н у своїй структурі.
Як це можливо? Якщо структура 1-бутена ретельно спостерігається, заступники вуглецю C = C можуть бути замінені. Цей обмін виробляє інші сполуки з одного і того ж скелета. Крім того, положення подвійного зв'язку між С-1 і С-2 може бути переміщено до С-2 і С-3: СН3CH = CHCH3, 2-Бутен.
В 2-бутене атоми Н можуть бути розташовані на одній стороні подвійного зв'язку, що відповідає цис-стереоизомеру; або в протилежній просторовій орієнтації, в транс-стереоизомере. Обидва складають те, що також відомо як геометричні ізомери. Те ж саме відноситься до груп -CH3.
Також відзначимо, що якщо залишилося в молекулі СН3CH = CHCH3 атоми Н з одного боку, і групи СН3 в іншому - конституційний ізомер2= C (СН3)2, 2-метилпропен (також відомий як ізо-бутен).
Ці чотири сполуки мають однакову формулу С4H8 але різні структури. 1-бутен і 2-метилпропен є конституціональними ізомерами; і цис і транс-2-бутен, геометричні ізомери між ними два (і конституційні по відношенню до інших).
Стабільність
Теплота згоряння
З верхнього зображення, який з чотирьох ізомерів являє собою найбільш стійку структуру? Відповідь можна знайти, наприклад, у теплотах згоряння кожного з них. При взаємодії з киснем, ізомер з формулою С4H8 перетворюється в CO2 вивільнення води та тепла:
C4H8(g) + 6O2(g) => 4CO2(g) + 4H2O (g)
Згоряння є екзотермічним, так що чим більше виділяється тепла, тим більше нестабільний вуглеводень. Отже, з чотирьох ізомерів, які вивільняють менше тепла при горінні в повітрі, буде найбільш стійким.
Теплота згоряння для чотирьох ізомерів:
-1-Бутен: 2717 кДж / моль
-цис-2-бутен: 2710 кДж / моль
-транс-2-бутен: 2707 кДж / моль
-2-метилпропилен: 2700 кДж / моль
Зверніть увагу, що 2-метилпропен є ізомером, який виділяє менше тепла. Хоча 1-Бутен є тим, що випускає більше тепла, що перетворюється на більшу нестабільність.
Стеричний і електронний ефект
Ця різниця стабільності між ізомерами може бути виведена безпосередньо з хімічної структури. Згідно алкенів, той, що має більше R заступників, набуває більшої стабілізації своєї подвійної зв'язку. Таким чином, 1-бутен є найбільш нестабільним, оскільки він ледве має заступник (-CH)2CH3); тобто монозамещенний (RHC = CH2).
Цис- і транс-ізомери 2-бутена відрізняються енергією внаслідок напруги Ван-дер-Стен, викликаного стеричним ефектом. У цис-ізомері дві групи СН3 на одній стороні подвійного зв'язку вони відштовхуються один від одного, тоді як в транс-ізомері вони досить далеко один від одного.
Але чому тоді 2-метилпропен є найбільш стабільним ізомером? Тому що електронний ефект вступає.
У цьому випадку, хоча вона є двузамещенним алкеном, дві групи СН3 вони знаходяться в одному вуглеці; в гемалиновом положенні по відношенню до іншого. Ці групи стабілізують вуглець подвійного зв'язку, переносячи частину своєї електронної хмари (оскільки він є відносно більш кислим за рахунок гібридизації sp).2).
Крім того, у 2-бутене його два ізомери мають тільки 2 ° вуглецю; тоді як 2-метилпропен містить вуглець 3º, більшу електронну стабільність.
Міжмолекулярні сили
Стійкість чотирьох ізомерів слідує логічному порядку, але це не відбувається з міжмолекулярними силами. Якщо ви порівнюєте їх точки плавлення і кипіння, ви виявите, що вони не підкоряються одному порядку.
Очікується, що транс-2-бутен буде представляти найвищі міжмолекулярні сили через більший поверхневий контакт між двома молекулами, на відміну від цис-2-бутена, чий скелет малює C. Однак цис-2-бутен кипить вище температура (3,7ºC), ніж транс-ізомер (0,96ºC).
Подібні точки кипіння для 1-бутена і 2-метилпропена можна очікувати, оскільки вони структурно дуже схожі. Однак у твердому стані різниця радикально змінюється. 1-Бутен плавиться при -185,3ºC, тоді як 2-метилпропен при -140,4ºC.
Крім того, ізомер цис-2-бутена плавиться при -138,9 ° С, при температурі, дуже близькій до 2-метилпропеном, що може означати, що в твердому тілі вони мають однаково стабільну структуру.
З цих даних можна зробити висновок, що, незважаючи на знання найбільш стабільних структур, вони не проливають достатньо світла в знання того, як міжмолекулярні сили діють в рідині; і навіть більше, в твердій фазі цих ізомерів.
Використання
-Бутени, з огляду на їх теплоту згоряння, можна просто використовувати як джерело тепла або палива. Таким чином, можна було б очікувати, що полум'я 1-бутена гаряче більше, ніж у інших ізомерів.
-Їх можна використовувати в якості органічних розчинників.
-Вони служать в якості добавок для підвищення октанового рівня бензину.
-У рамках органічного синтезу 1-бутен бере участь у виробництві інших сполук, таких як бутиленоксид, 2-глутанол, сукцинімид і тербутилмекаптан (які використовуються для отримання характерного запаху газу для приготування). Також бутадієн (СН) може бути отриманий з ізомерів бутена2= CH-CH = CH2), з якого синтезується штучний каучук.
Крім цих синтезів, різноманітність продуктів буде залежати від того, які молекули додаються до подвійного зв'язку. Наприклад, алкілгалогеніди можуть бути синтезовані, якщо вони реагують з галогенами; спирти, якщо вони додають воду в кислому середовищі; і трет-бутилових ефірів, якщо вони додають низькомолекулярні спирти (такі як метанол).
Список літератури
- Френсіс А. Кері. Органічна хімія Карбонові кислоти. (шосте видання., стор. 863-866). Mc Graw Hill.
- Вікіпедія. (2018). Бутено. Взяті з сайту: en.wikipedia.org
- YPF (Липень 2017 року). Бутенос. [PDF] Взяті з: ypf.com
- Вільям Реуш. (05 травня 2013 р.) Додавання реакцій алкенів. Отримано з: 2.chemistry.msu.edu
- PubChem. (2018). 1-Бутен. Отримано з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov