Τοβουταδιένιο-1,3[1] ή διβινύλιο είναι μέλος της ομόλογης σειράςτωναλκαδιενίων,[2] δηλαδή ένας ακόρεστος, άκυκλος υδρογονάνθρακαςμε δύο διπλούς δεσμούς. Είναι ταυτόχρονα καιτο πρώτο μέλος της υπομόλογης σειράς τωνσυζυγιακών αλκαδιενίων, δηλαδή των αλκαδιενίων με τους δυο διπλούς δεσμούς συνεχόμενους. Ο χημικός του τύπος είναι: C4H6, ενώ ο σύντομος συντακτικός του: CH2=CHCH=CH2. Είναι ένα άχρωμο αέριο που χρησιμοποιείται ευρύτατα ως πρώτη ύλη σύνθεσης άλλων οργανικών ενώσεων και ιδιαίτερα γιατην παραγωγή τουπολυβινυλίου, του συνθετικού καουτσούκκαιτουνάυλον. Έχει ένα επίπεδο μόριο, του οποίου όλα τα άτομα άνθρακα βρίσκονται σε sp2 υβριδισμό. Έχει οκτώ (8) ισομερή:
Το1863 ένας Γάλλος χημικός απομόνωσε έναν προηγουμένως άγνωστο υδρογονάνθρακαμεπυρόλυσηαμυλικής αλκοόλης (C5H11OH)[3]. Αυτός ο υδρογονάνθρακας ταυτοποιήθηκε ως «βουταδιένιο» (εννοώντας το -1,3 ισομερές, αφού το άλλο ήταν ακόμη τελείως άγνωστο) το1886, αφότου ο Henry Edward Armstrong τον ξανααπομόνωσε, αυτή τη φορά ανάμεσα στα προϊόντα πυρόλυσης τουπετρελαίου[4] . Το1910, ένας Ρώσος χημικός, οΣεργκέι Βασίλιεβιτς Λέμπεντεφ, πολυμέρισετο βουταδιένιο-1,3, σχηματίζοντας ένα προϊόν που έμοιαζε μετοκαουτσούκ. Ωστόσο αυτό το πολυμερές ήταν πολύ μαλακό γιανα αντικαταστήσει το φυσικό καουτσούκ σε πολλές χρήσεις του, ειδικά στην κατασκευή ελαστικών αυτοκινήτων.
Ηβιομηχανία άρχισε να αξιοποιεί το βουταδιένιο-1,3 μερικά χρόνια αργότερα, ιδιαίτερα πριντοΒ΄ Παγκόσμιο Πόλεμο. Πολλές χώρες διαπίστωσαν τότε ότι σε περίπτωση πολέμου, κινδύνευαν να αποκοπούν από τις φυτείες του φυσικού καουτσούκ, που ελέγχονταν σε μεγάλο βαθμό άμεσα ή έμμεσα από τοΗνωμένο Βασίλειο. Έτσι άρχισαν να αναζητούν τρόπους περιορισμού της εξάρτησής τουαπ' αυτό το φυσικό προϊόν. Το1929, οι Eduard Tschunker και Walter Bock, που εργάζονταν γιατην IG Farben στηΓερμανία, έφτιαξαν ένα συμπολυμερές βουταδιενίου-1,3 καιστυρολίουπου μπορούσε να υποκαταστήσει το φυσικό καουτσούκ στα ελαστικά των οχημάτων. Η μέθοδος γρήγορα διαδόθηκε παγκοσμίως. Διέφερε όμως η πρώτη ύλη παραγωγής βουταδιένιου-1,3: ΗΕΣΣΔκαιοιΗΠΑ χρησιμοποιούσαν αιθανόληπου προέρχονταν από τηζύμωσηδημητριακών, ενώ ηΓερμανία προτιμούσε τοαιθίνιο, που προέρχονταν από τα κοιτάσματα ασβεστόλιθουκαιγαιάνθρακά της.
Στις ΗΠΑ, τη Δυτική ΕυρώπηκαιτηνΙαπωνία, το βουταδιένιο-1,3 παράγονταν ως ένα παραπροϊόν της πυρόλυσηςμε ατμό κλασμάτων πετρελαίου, δηλαδή αλειφατικών υδρογονανθράκων που θερμαίνονταν σύντομα σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες (συχνά ακόμη και πάνω από 900 °C). Σ' αυτές τις συνθήκες, πολλοί αλειφατικοί υδρογονάνθρακες δίνουν υδρογόνοκαι ένα πολύπλοκο μίγμα κορεσμένων και ακόρεστων υδρογονανθράκων, που περιλαμβάνουν βουταδιένιο-1,3. Η ποσότητα παραγωγής του βουταδιενίου-1,3 μ' αυτήν τη μέθοδο εξαρτάται βασικά από το αρχικό μίγμα υδρογονανθράκων που πυρολύεται. Ελαφρά μίγματα, δηλαδή τέτοια που περιέχουν ελαφρούς υδρογονάνθρακες όπως π.χ. τοαιθάνιο, παράγουν κυρίως αιθένιο όταν πυρολύονται. Βαρύτερα μίγματα, δηλαδή τέτοια που περιέχουν βαρύτερους υδρογονάνθρακες, δίνουν μεγαλύτερα ποσοστά βαρύτερων ολεφινών (ακόρεστων υδρογονανθράκων, άσχετα από την ομόλογη σειρά που ανήκουν), όπως το βουταδιένιο-1,3 και διάφορους αρωμαρτικούς υδρογονάνθρκες.
Το βουταδιένιο-1,3 τυπικά απομονώνεται από το κλάσμα των υδρογονανθράκων που περιέχουν τέσσερα (4) άτομα άνθρακα που παράγεται με πυρόλυση με ατμό με διάλυση σε έναν πολικό αλλά απρωτικό διαλύτη, όπως τοαιθανονιτρίλιο (CH3CN) ή τοΝ,Ν-διμεθυλομεθαναμίδιο [HCON(CH3)2], από τα οποία λαμβάνεται μετά μεαπόσταξη[5].
Το βουταδιένιο-1,3 μπορεί επίσης να παραχθεί με καταλυτική αφυδρογόνωση δύο (2) μορίων υδρογόνουβουτανίου. Το πρώτο τέτοιο εργοστάσιο άρχισε να λειτουργεί το1987στοΧιούστοντουΤέξαςτωνΗΠΑ, παράγοντας 65.000 τόνους βουταδιενίου-1,3 το χρόνο[6]:
Σε άλλα μέρη του κόσμου, που περιλαμβάνουν την Ανατολική Ευρώπη, τηνΚίνακαιτηνΙνδίατο βουταδιένιο-1,3 παράγεται επίσης από αιθανόλη. Ανκαιοι μέθοδοι αυτές δεν συγκρίνεται οικονομικά μετην πυρπόλυση με ατμό για παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων βουταδιενίου-1,3, είναι βιώσιμη λύση παραγωγής για μικρότερες μονάδες παραγωγής που διαθέτουν πρόσβαση σε χαμηλού κόστους αιθανόλη. Υπάρχουν οι ακόλουθες δύο (2) μέθοδοι για παραγωγή βουταδιενίου-1,3 από αιθανόλη
Αυτή η μέθοδος ήταν η βασική γιατην παραγωγή συνθετικού καουτσούκ από τηνΕΣΣΔ κατά τοΒ΄ Παγκόσμιο Πόλεμοκαιτην περίοδο Ψυχρού Πολέμου, αλλά παραμένει ακόμη σε περιορισμένη χρήση στηΡωσίακαιτην Ανατολική Ευρώπη.
2. Η μέθοδος αναπτύχθηκε από τον επίσης Ρώσο χημικό Ivan Ostromislensky: Μέρος της αιθανόληςοξειδώνται προς αιθανάλη (CH3CHO), μετην οποία αντιδρά η υπόλοιπη αιθανόλη στους 325–350 °C, πάνω από ταντάλιοκαι πορώδες πυρίτιο ως καταλύτες, παράγοντας βουταδιένιο-1,3 καινερό[7]:
1. Το βουταδιένιο-1,3 είναι συμμετρικό αλκαδιένιο, δηλαδή αποτελείται από δυο συμμετρικά τμήματα βινυλίου: (CH2=CH-). Αυτό επιτρέπει τη παραγωγή τουμετη μέθοδο Würtz, από βινυλυλαλογονίδιο (CH2=CHX) καινάτριο (Na)[8]:
Με ενδομοριακή αφυδάτωση (δύο μορίων νερού) βουτανοδιόλης-1,4 παράγεται βουταδιένιο-1,3. Η αντίδραση ευνοείται σε σχετικά υψηηλές θερμοκρασίες, >150 °C[9]:
Εμφανίζει όλες τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των ακόρεστων υδρογονανθράκων.
Επειδή έχει δύο (2) διπλούς δεσμούς, υπάρχει η δυνατότητα για δύο (2) αντιδράσεις προσθήκης. Η προσθήκη που γίνεται (συνήθως) πρώτη είναι η 1,4-. Αυτή θα εφαρμοστεί παρακάτω, ως κυρίαρχη. Ωστόσο είναι δυνατό με χρήση ειδικών συνθηκών και καταλυτών να ευνοηθεί η 1,2- προσθήκη.
3. Αντίδραση με οξικό υδράργυρο και έπειτα αναγωγή. Παράγεται 2-βουτεν-1-όλη:
4. Υπάρχει ακόμη η δυνατότητα αλλυλικής υδροξυλίωσης κατά Prins με επίδραση αλδευδών ή κετονώνσε προπαδιένιο απουσία νερού. Π.χ. μεμεθανάλη προκύπτει 2,4-πενταδιενόλη:
Με προσθήκη υδραλογόνων (HX) (υδραλογόνωση) σε 1,3-βουταδιένιο παράγεται αρχικά 1-αλο-2-βουτένιο καιστη συνέχεια, με περίσσεια υδραλογόνου,
σχεδόν ισομοριακό μίγμα 1,2-διαλοβουτάνιου και 1,3-διαλοβουτάνιου.[20]:
↑Πολλές φορές αποκαλείται και σκέτα βουταδιένιο, γιατί ισομερές τουβουταδιένιο-1,2 παράγεται βιομηχανικά πιο δύσκολα και έχει λιγότερες παραγωγικέςς εφαρμογές.
↑The Open University (UK), 2000. T838 Design and Manufacture with Polymers: Introduction to Polymers, page 9. Milton Keynes: The Open University.
↑Caventou, E. (1863), Annalen der Chemie und Pharmacie127, 93.
↑Armstrong, H.E. Miller, A.K. (1886).and an indian scientist sajan sha "The decomposition and genesis of hydrocarbons at high temperatures. I. The products of the manufacture of gas from petroleum." Journal of the Chemical Society49, 80.
↑Sun, H.P. Wristers, J.P. (1992). Butadiene. In J.I. Kroschwitz (Ed.), Encyclopedia of Chemical Technology, 4th ed., vol. 4, pp. 663–690. New York: John Wiley & Sons.
↑Beychok, M.R. and Brack, W.J., "First Postwar Butadiene Plant", Petroleum Refiner, June 1957.
↑ 7,07,1Kirshenbaum, I. (1978). Butadiene. In M. Grayson (Ed.), Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd ed., vol. 4, pp. 313–337. New York: John Wiley & Sons.
↑Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.2α, R = CH2=CH
![{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}{\xrightarrow[{Pt}]{\triangle }}CH_{2}=CHCH=CH_{2}+2H_{2}} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a84da670d7adcbf593af7617fdd330bfbedebba3)
![{\displaystyle \mathrm {2CH_{3}CH_{2}OH{\xrightarrow[{M_{x}O_{y}}]{400-450^{o}C}}CH_{2}=CHCH=CH_{2}+2H_{2}O+H_{2}} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a8d981c0085b33533a02095049dab7247b854064)
![{\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}OH+CH_{3}CHO{\xrightarrow[{Ta,\;Si}]{325-350^{o}C}}CH_{2}=CHCH=CH_{2}+2H_{2}O} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/430d3b08c83e02fccf7e59a02eee53b7fd3c1f1d)
![{\displaystyle \mathrm {HOCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH{\xrightarrow[{>150^{o}C}]{\pi .H_{2}SO_{4}}}CH_{2}=CHCH=CH_{2}+2H_{2}O} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/849c835e2fcfce366e86308620514c8b043781af)
![{\displaystyle \mathrm {XCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}X+2NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{2}=CHCH=CH_{2}+2NaX+2H_{2}O} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5aa5f612e5c3f8f98e5782ba42a88f4a022f734f)
![{\displaystyle \mathrm {CH_{2}=CHCH=CH_{2}+{\frac {4}{3}}O_{3}{\xrightarrow[{Zn}]{H_{2}O}}2HCHO+OCHCHO} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ab978696aae8d51f8db650d9873662da83d26f4c)
![{\displaystyle \mathrm {CH_{2}=CHCH=CH_{2}+OsO_{4}+2H_{2}O+2KOH{\xrightarrow {}}HOCH_{2}CH=CHCH_{2}OH+K_{2}[OsO_{2}(OH)_{4}]} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d540b525a9840d895f2337606183907459b78002)
![{\displaystyle \mathrm {CH_{2}=CHCH=CH_{2}+(CH_{3}COO)_{2}Hg+H_{2}O{\xrightarrow[{-CH_{3}COOH}]{Et_{2}O}}HOCH_{2}CH=CHCH_{2}HgOOCCH_{3}{\xrightarrow {+NaBH_{4}+NaOH}}CH_{3}CH=CHCH_{2}OH+Hg+CH_{3}COONa+Na[BH_{3}OH]} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7e5356d1fbec47a91b2df90ef464eb05f6f61fb9)
![{\displaystyle \mathrm {CH_{2}=CHCH=CH_{2}+H_{2}{\xrightarrow {Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}E-CH_{3}CH=CHCH_{3}{\xrightarrow[{+H_{2}}]{Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c35482b3f4b1cf0ad91f1bf8db67e156d743b268)
![{\displaystyle \mathrm {CH_{2}=CHCH=CH_{2}+X_{2}{\xrightarrow {CCl_{4}}}XCH_{2}CH=CHCH_{2}X{\xrightarrow[{+X_{2}}]{CCl_{4}}}XCH_{2}CHXCHXCH_{2}X} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e35a4fa07eda9a23bcc570194f7ce263045975bf)
![{\displaystyle \mathrm {CH_{2}=CHCH=CH_{2}+CO+H_{2}{\xrightarrow[{10-100\;atm,40^{o}C-100^{o}C}]{Co\;{\acute {\eta }}\;Rh}}CH_{3}CH=CHCH_{2}CHO} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/20b5065392fd4630e5efa963a94e390a9b0a55e8)
