Alkadien

Trong hóa học hữu cơ, Ankadien hay Diolefin là tên gọi của các Hydrocarbon không no, mạch hở có 2 liên kết cộng hóa trị đôi, thường là giữa các nguyên tử cacbon trong phân tử. Có thể hiểu rằng, vì ankadien là một phân tử có 2 đơn vị anken, do đó, tiền tố di được sử dụng trước phần en của anken trong tên gọi của chất hóa học này. Mặc dù ankadien chỉ các hydrocarbon mạch hở, tên gọi này cũng có thể dùng chung cho các hydrocarbon dạng vòng có 2 liên kết đôi với ví dụ điển hình là cyclopentadien - một chất được sử dụng phổ biến trong phản ứng cộng vòng.

Ankadiene tồn tại ở các chất trong tự nhiên hoặc có thể được tổng hợp nhờ các phản ứng hóa học. Đồng thời, chất này còn đóng vai trò quan trọng trong một số phản ứng tổng hợp trong hóa học hữu cơ.

Ankadien thường là một tiểu đơn vị của một phân tử lớn và có cấu trúc phức tạp hơn. Ví dụ, ankadien liên hợp được sử dụng rộng rãi như một monome của ngành công nghiệp polyme. Ngoài ra, ankadien còn là một phần của các chất béo không bão hòa đa - một chất quan trọng trong chế độ dinh dưỡng hằng ngày.

Công thức chung của dãy đồng đẳng Ankadien là:

CnH2n-2 (n ≥ 3)

Tên gọi

Danh pháp thay thế: số chỉ vị trí nhánh + tên nhánh + tên mạch chính + a + số chỉ vị trí nối đôi + đien.

VD:CH₂=CH-CH=CH₂                    Buta-1,3-đien hay đivinyl

CH₂=C(CH₃)-CH=CH₂             2-Metylbuta-1,3-đien hay isopren

Phân loại

Tùy vị trí của hai nối đôi mà chia ankadien thành ba loại:

Hai nối đôi liền nhau (ankadien allen)

Ví dụ: CH₃-CH=C=CH₂ (buta-1,2-dien)

Hai liên kết đôi cách nhau bởi 2 LK đơn trở lên (ankadien biệt lập)

Ví dụ: CH₂=CH-CH₂-CH=CH₂ (Penta-1,4-dien)

Hai liên kết đôi cách nhau bởi 1 LK đơn (ankadien liên hợp)

Hệ liên hợp có hai nối đôi cách nhau bởi một nối đơn

Ví dụ: CH₂=CH-CH=CH₂ (butadien)

Điều chế

Trong sản xuất công nghiệp, butadien được sản xuất bằng cách cracking nhiệt chất butan. Ngoài ra, một ankadien khác ở dạng mạch vòng là dicyclopentadien có thể được chiết xuất từ nhựa than.

α,ω-ankdien (ankadien có liên kết đôi ở đầu và cuối phân tử) có công thức tổng quát là (CH₂)_n(CH=CH₂)₂. Loại ankadien này được điều chế trong công nghiệp bằng cách dùng etilen để phân giải các ankadien mạch vòng. Ví dụ, 1,5-hexadien và 1,9-decadien, các hợp chất trung gian xuất hiện trong quá trình tổng hợp có thể được tách rời sử dụng như các tác nhân liên kết, được sản xuất từ 1,5-cyclooctadien và cyclooctene. Chất xúc tác của quá trình này được tổng hợp từ phản ứng giữa Re₂O₇ với nhôm oxit.

Trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu thường sẽ các sử dụng quy trình hiệu quả và tinh tế hơn như khử halogen hay ngưng tụ để điều chế ankadien. Vô số cách khác cũng được phát triển để sản xuất ankadien như phản ứng Whitning. Các ankadien không liên hợp (allen hoặc biệt lập) có thể được chuyển hóa từ các ankadien liên hợp thông qua quá trình oligome hóa hoặc dime hóa. Ví dụ, 1,5-cyclooctadien và vinylcyclohexen có thể được dime hóa từ 1,3-butadien.

Các axit béo chứa ankadien có thể được tổng hợp sinh học từ phân tử acetyl-CoA.

Các phản ứng

Phản ứng cộng vòng

Một trong những phản ứng quan trọng sử dụng ankadien mạch vòng liên hợp là phản ứng Diels-Alder. Nhiều loại ankadien chuyên dụng khác nhau đã được nghiên cứu và phát triển để hoàn toàn khai thác khả năng loại phản ứng này với mục đích tổng hợp các hợp chất thiên nhiên như ankadien Danishefsky.

Phản ứng cộng

Cộng H₂:

CnH2n-2 + 2H2 (to, Ni) → CnH2n+2

Cộng Br₂:

• Cộng Br (1:1) Khi cộng Br₂ với tỉ lệ (1:1) ở nhiệt độ thấp ưu tiên cộng vị trí (1:2), ở nhiệt độ cao ưu tiên cộng vị trí (1:4).

PTPƯ:

* Cộng Br (1:2)

CH₂ = CH – CH = CH₂ +  Br_{2  --->} CH₂ = CH – CHBr – CH₂Br

CH₂ = CH – CH = CH₂ +  Br_2 ----> CH₂Br – CH = CH – CH₂Br

CnH2n-2 + 2Br2 → CnH2n-2Br4

Cộng Hydro halide

CH₂ = CH – CH = CH₂ +  HBr ---> CH₂ = CH – CH₂ – CH₂Br

CH₂ = CH – CH = CH₂ +  HBr ----> CH₃ – CH = CH – CH₂Br

Cộng Br₂ hoặc HX (1:1): + Cộng (1:2) ở nhiệt độ thấp

+ Cộng (1:4) ở nhiệt độ cao

Phản ứng trùng hợp

nCH₂=CH-CH=CH₂→(-CH₂-CH=CH-CH₂-)_n

-----> Sản phẩm là Cao su Buna.

Phản ứng oxy hóa

oxy hóa hoàn toàn: 2C₄H₆ + 11O₂ ----> 8CO₂ + 6H₂O

Tổng quát: C_nH_2n-2 + (3n-1)/2O₂ ----> nCO₂ + (n-1)H₂O

=> nCO₂ > nH₂O và nCO₂ - nH₂O = nC_nH_2n-2

oxy hóa không hoàn toàn: làm mất màu dung dịch kali penmanganat.