Реакция полимеризации алкенов

Что такое алкены

При условии образования двойной связи углеродные атомы пребывают в состоянии \(sp^{2}\)-гибридизации и характеризуются наличием валентного угла, равного 120°. Наиболее простым в перечне алкенов считают этилен \(C_{2}H_{4}\). В соответствии с номенклатурным распределением IUPAC наименования рассматриваемых соединений образовываются на основе соответствующих им алканов путем замещения суффикса «-ан» на «-ен». Расположение парной связи определяет цифровой индекс после определенного углеродного атома.

Исходя из сущности и особенностей структуры веществ, допустимо считать алкены непредельными углеводородами с молекулами, в которых углеродные атомы разделены единственной двойной связью. Соединения характеризуются повышенной способностью вступать в химические реакции. По этой причине они относительно редко присутствуют в природном мире по сравнению с алканами. С целью синтеза алкенов применяют предельные углеводородные вещества с производными в качестве сырья. Выделяют распространенные способы производства рассматриваемых соединений в промышленности:

• термический крекинг, то есть методика нефтепереработки с помощью разложения углеводородов в результате нагрева для образования материалов, молекулярная масса которых меньше по сравнению с первоначальными веществами;
• дегидрирование алканов подразумевает разновидность химического взаимодействия, по итогам которого происходит отщепление водородной молекулы от молекулы органического соединения.

Помимо промышленных технологий предусмотрены методы синтеза алканов в лабораторных условиях:

• дегидратация спиртов;
• дегидрогалогенирование моногалогенпроизводных в процессе термического воздействия на галогеналканы при условии наличия в среде реакции концентрата спиртового щелочного раствора;
• дегалогенирование дигалогеналканов при повышении температуры реализации химического взаимодействия.

Что такое полимеризация алкенов

Процесс полимеризации алкенов представляет собой химическое взаимодействие соединений, сопровождающееся формированием полимеров со специфическими свойствами, представляющими ценность для разных промышленных сфер деятельности. В науке химии активно изучают возможности подобных опытов с целью разработки инновационных материалов и производственных технологий.

Известна пара методик получения полимеров из алкенов. Выделяют следующие механизмы реализации подобной реакции:

• свободнорадикальный;
• катионно-анионный.

В первом случае химический процесс подразумевает на выходе синтез полиэтилена высокого давления в соответствии с уравнением:

\({\mathsf {n\ CH_{2}\!\!=\!\!CH_{2}}}\rightarrow {\mathsf {-[-\!CH_{2}\!\!-\!\!CH_{2}\!-]_{n}-}}\)

В качестве катализаторов при практической реализации рассматриваемого метода используют пероксиды. Следующий вариант катионной полимеризации предполагает задействование кислот для ускорения реакции. В случае анионного типа химического процесса роль стимулирующего компонента играют катализаторы Циглера-Натта. Озвученный способ позволяет получить в результате стереоселективные полимерные вещества.

Условия полимеризации

При осуществлении процесса полимеризации происходит соединение молекул алкенов в протяженные цепи. Формирование полимеров возможно в случае соединения молекулы алкена с другой молекулой алкена. В результате образуется новая связь, а водная молекула освобождается. Схему получения высокомолекулярного образования допустимо представить в виде следующего соотношения:

\(n M \rightarrow M_{n}\)

В вышеуказанной формуле М обозначает мономер, n выражает степень полимеризации. Изучаемый процесс реализован при условии присоединения по кратным связям, что допустимо выразить следующими соотношениями:

Источник: orgchem.ru

Виды полимеризации

При радикальной полимеризации алкенов наблюдают образование радикалов, участвующих в химическом процессе, что обусловлено разрывом двойной связи алкена. Реакция реализована поэтапно:

• инициализация с распадом молекулы алкена при температурном воздействии, влиянии ультрафиолета или каталитического вещества и последующим формированием пары радикалов;
• пропагация в виде реакции радикала алкена и другой молекулы алкена с образованием новой связи и другого радикала;
• терминация при взаимном соединении радикалов или совмещении радикалов и прочих молекул предполагает формирование устойчивых соединений и завершение процедуры полимеризации.

Ионный способ полимеризации подразумевает реализацию химического взаимодействия с участием ионов, образованных по итогам разрыва двойной связи алкена. Рассматриваемая реакция аналогично предыдущему методу протекает в несколько стадий:

• на этапе инициализации происходит разрыв молекулы алкена под влиянием катализатора, что приводит к формированию катиона или аниона;
• на следующем шаге пропагации наблюдают реакцию иона алкена со сторонней молекулой алкена, сопровождающуюся образованием новой связи и иона;
• для терминации характерно объединение ионов друг с другом, либо с молекулами для стабилизации новых соединений и окончания реакции полимеризации.

Что образуется в результате

Перечисленные способы полимеризации алкенов применяют с целью получения полимерных материалов, которые обладают разными физико-химическими свойствами и структурным строением. Данные параметры зависят от технологии производства и применяемых катализаторов. Готовые полимеры имеют ряд схожих характеристик:

• повышенные прочностные показатели, твердость, устойчивость к деформационным и разрывным нагрузкам;
• гибкость и эластичность обеспечивают быстрое восстановление формы после механических воздействий;
• стабильность при контакте с агрессивными средами;
• электроизоляционные свойства;
• относительно легкий вес способствует удобной и менее затратной транспортировке;
• коррозионная стойкость.

Примеры

Наиболее распространены для применения в производственной сфере и быту такие полимерные материалы, как полиэтилен и полипропилен. Продукцию используют в качестве сырья для выпуска пластиковой упаковки. Готовая продукция отличается прочностью, инертностью ко многим химическим соединениям и пищевым продуктам. Полимерные пленки применяют для хранения различных товаров. Прозрачный и упругий материал не проницаем для влаги и воздуха, что обеспечивает защиту содержимого от загрязнений и порчи.

Из полимеров изготавливают защитные покрытия. Полиуретановые и эпоксидные оболочки предотвращают коррозию и окисление материалов, изделий, конструкций. Полимерные волокна используют в производстве специального текстиля в виде полиэстера и нейлона с водоотталкивающими и огнестойкими свойствами. В машиностроении, строительстве, приборостроении востребованы пластики и композитные соединения, например, полистирол и поликарбонат.