Номер 1, страница 198 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Для получения бутадиенового и дивинилового каучуков используют один и тот же мономер. Поясните, почему эти каучуки отличаются по своим свойствам. Напишите уравнение реакции получения дивинилового каучука. $n \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2 \rightarrow (-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_2-)_n$

1. Бутадиеновый и дивиниловый каучуки действительно получают из одного и того же мономера — бутадиена-1,3, который также известен под тривиальным названием "дивинил". Его химическая формула: $CH_2=CH-CH=CH_2$.

Несмотря на общий исходный мономер, свойства получаемых каучуков могут кардинально отличаться. Причина кроется в строении (микроструктуре) полимерной цепи, которое зависит от условий и способа проведения реакции полимеризации (в первую очередь, от типа используемого катализатора).

Молекула бутадиена-1,3 имеет две двойные связи, поэтому полимеризация может идти по-разному, образуя звенья различной структуры:

• 1,4-присоединение: В реакцию вступают крайние атомы углерода (1-й и 4-й), а двойная связь смещается в центр звена. При этом возможно образование двух пространственных изомеров (стереоизомеров):

  • цис-1,4-полибутадиен: фрагменты полимерной цепи $(-CH_2-)$ находятся по одну сторону от двойной связи в центре звена. Такая структура обеспечивает высокую эластичность и гибкость цепей. Каучуки с преобладанием цис-звеньев обладают наилучшими эксплуатационными свойствами (высокая эластичность, морозостойкость).

  • транс-1,4-полибутадиен: фрагменты цепи находятся по разные стороны от двойной связи. Такая структура более симметрична, способна к кристаллизации, что делает полимер более жестким и менее эластичным.

• 1,2-присоединение: Полимеризация идет по одной из двойных связей (как у виниловой группы), при этом вторая двойная связь остается в боковой цепи. Наличие таких боковых групп нарушает регулярность цепи, делая каучук аморфным, но может снижать его прочность.

Таким образом, под "бутадиеновым" и "дивиниловым" каучуками могут подразумеваться полимеры с разным соотношением этих трех типов звеньев. Например, исторически первый синтетический дивиниловый каучук, полученный по методу С.В. Лебедева (с использованием металлического натрия в качестве катализатора), был нестереорегулярным и содержал смешанную структуру из цис-, транс- и 1,2-звеньев. Современные бутадиеновые каучуки, получаемые с использованием специальных катализаторов (например, Циглера-Натты), могут иметь до 98% цис-1,4-звеньев, что придает им совершенно другие, значительно улучшенные свойства.

Уравнение реакции получения дивинилового каучука (по механизму 1,4-присоединения):

$n \cdot CH_2=CH-CH=CH_2 \xrightarrow{t, P, кат.} (-CH_2-CH=CH-CH_2-)_{n}$

где $\text{n}$ — степень полимеризации.

Ответ: Свойства бутадиенового и дивинилового каучуков отличаются, потому что, несмотря на использование одного и того же мономера (бутадиена-1,3), в зависимости от условий полимеризации (в частности, катализатора) формируются полимерные цепи с разной микроструктурой (разным соотношением цис-1,4, транс-1,4 и 1,2-звеньев). Структура полимера напрямую определяет его физико-механические свойства, такие как эластичность, прочность и морозостойкость.

Уравнение реакции получения: $n \cdot CH_2=CH-CH=CH_2 \rightarrow (-CH_2-CH=CH-CH_2-)_{n}$.