Резина из картофеля - реакция Лебедева

Широко используется в промышленности для производства этилцеллюлозы - эфира целлюлозы, полученного путем этилирования целлюлозы. Этилцеллюлоза имеет ряд промышленных применений, включая использование в качестве связующего в производстве красок, клеев и лаков, а также в качестве компонента для производства полимеров и пленок.

С помощью реакции Лебедева продукты целлюлозы,, такие как метилцеллюлоза и пропилцеллюлоза, которые также имеют широкое применение в промышленности.

Принцип реакции

Принцип реакции заключается в том, что происходит каталитический пиролиз (необратимый термический процесс разложения) этанола. Реакция происходит при нагревании до 450° с использованием катализатора.

Особенность этой реакции в том, что протекает она в один этап, но при этом осуществляются три главных процесса:

• отщепление воды;

• отщепление водорода;

• соединяются алкильные остатки.

Реагенты и продукты

Изначально С. В. Лебедев в качестве сырья для получения каучука выбрал нефтепродукты, но не достиг успеха в проведении реакций. Тогда было решено перейти на другое сырье. В результате в качестве реагента был выбран этиловый спирт, который получали из картофеля.

Этиловый спирт из картофеля получали при помощи процесса брожения. Но способ этот был очень затратный, было необходимо много сырья. Из 12 тонн сырья в среднем получалась 1 тонна этанола.

Спирт нагревали в трубчатых аппаратах до состояния пара при температуре 450°. Затем пары спирта пропускали над катализатором. Катализатором являлся оксид цинка и оксид алюминия. В результате отщепляя водород и вода.

Оказалось, что в результате реакции Лебедева можно получить из одной тонны спирта в среднем 600 кг дивинила.

Процесс полимеризации происходил с помощью натрия. Из дивинила в процессе полимеризации создавали каучук.

Механизм реакции

При проведении паров этанола над катализатором (Al2O3+ZnO) происходит процесс внутримолекулярного дегидрирования-дегидратации этанола при температуре 4500С.

При пиролизе двух молекул этанола происходит отсоединение двух молекул Н2О и одной молекулы Н2, а алкильные остатки соединяются между собой и образуют 1—3 бутадиен.

Использование в промышленности

С. В. Лебедев представил свое открытие на конкурсе международного уровня и одержал там победу. Была проведена реакция Лебедева с этанолом для получения каучуку, что заинтересовало крупных инвесторов. Многие из них внесли крупные суммы для налаживания производства в промышленных масштабах.

В Ленинграде в 1930 году построили завод «Литер Б». Там происходило производство каучуковых изделий. Также в 1990 году при этом заводе создали проектный институт, занимающийся исследованиями в области создания полимеров.

Дальнейшее изучение

После научной деятельности С. В. Лебедева процессы синтеза и полимеризации синтетических продуктов продолжали активно изучать. Особый интерес вызывал синтез диенофилов и диенов.

Ученые анализировали реакции с участием диенов и денофилов. Так, одной из основ нового открытия стала циклическая димеризация бутадиена, открытая в 1913 г., академиком С. В. Лебедевым, в данном случае одно и то же соединение является диеном и диенофилом, образуется ограниченное число аддуктов.

Постепенно дальнейшее изучение других ученых этой темы привело к важнейшему открытию — диеновому синтезу.

Диеновый синтез

Диеновый синтез - это химическая реакция, при которой происходит 1—4 присоединение диенов к диенофилам с образованием шестичленных циклов, которые содержат двойную связь между вторым и третьим атомами углерода исходного диена.

В 1950 году за это открытие немецкие химики О. Дильс и К. Адлер были удостоены Нобелевской премии. В честь них реакцию диенового синтеза часто называют реакцией Дильса-Адлера.

Процесс диенового синтеза может проходить по различным механизмам, но наиболее распространенным является механизм аддиции. В этом случае двойная связь алкена атакуется компонентом с двойной связью, образуя новую двойную связь между соседними атомами углерода.

Диеновый синтез широко используется в органической химии для получения различных соединений, таких как каротиноиды, витамины и другие биологически активные молекулы.

Механизм диенового синтеза может проходить по различным путям, но наиболее распространенным является механизм аддиции. Рассмотрим его на примере реакции алкена с альдегидом:

• Начальными реагентами являются алкен (например, 1, 3-бутадиен) и альдегид (например, ацетальдегид):

CH2=CH-CH=CH2 + CH3CHO

• Альдегид атакует двойную связь алкена, образуя промежуточное соединение - адукт:

CH2=CH-CH=CH2 + CH3CHO → CH3-CH(OH)-CH=CH-CH2

• Промежуточное соединение теряет молекулу воды, образуя конечный продукт - диен:

CH3-CH(OH)-CH=CH-CH2 → CH2=CH-CH=CH-CHO

Таким образом, механизм диенового синтеза заключается в аддиции компонента с двойной связью к алкену, образовании промежуточного соединения и последующем его превращении в диен. В зависимости от реагентов и условий реакции могут образовываться различные диены.

Реакция диенового синтеза используется для синтеза диенов - органических соединений, содержащих две двойные связи, разделенные одним атомом углерода. Диены можно применять как мономеры для полимеризации и синтеза полимеров, а также в качестве предшественников для создания лекарственных препаратов и ароматических соединений. Некоторые примеры диенов, получаемых в результате реакции диенового синтеза, включают 1, 3-бутадиен, изопрен и хлоропрен.