Trả lời nhanh
Phản ứng trùng hợp buta-1,3-đien (butađien) được ứng dụng để điều chế cao su buna, một loại cao su tổng hợp. Khi đun nóng có xúc tác natri (Na), các phân tử CH2=CH–CH=CH2 nối với nhau thành mạch dài (–CH2–CH=CH–CH2–)n. Nếu đồng trùng hợp thêm stiren hoặc acrilonitrin thì thu được buna-S hoặc buna-N.
Đề bài này thường được cho dưới dạng trắc nghiệm. Các phương án hay gặp là cao su buna, nhựa PVC, tơ nilon-6,6 và nhựa PE. Bạn hãy nhớ một ý: đã có “buta-đien” thì sản phẩm là cao su, không phải nhựa hay tơ.
Phương trình trùng hợp buta-1,3-đien
Buta-1,3-đien có hai liên kết đôi C=C liên hợp. Khi trùng hợp, phân tử mở liên kết đôi để nối thành polime.
nCH2=CH–CH=CH2 → (–CH2–CH=CH–CH2–)n (điều kiện: t°, p, xúc tác Na)
- Monome: buta-1,3-đien (còn gọi là butađien, đivinyl).
- Polime: polibutađien, tên thường gọi là cao su buna.
- Mắt xích: –CH2–CH=CH–CH2–, phân tử khối 54.
- Hiện tượng: chất lỏng (hoặc khí hoá lỏng) chuyển thành chất rắn đàn hồi, không tan trong nước.
Vì sao sản phẩm lại có liên kết đôi trong mạch?
Do hai liên kết đôi liên hợp nên phản ứng chủ yếu xảy ra theo kiểu cộng 1,4. Hai đầu mạch (C1 và C4) nối với các monome khác. Liên kết đôi dịch chuyển vào giữa, ở vị trí C2=C3 của mắt xích.
Chính liên kết đôi còn lại này giúp cao su buna còn khả năng lưu hoá với lưu huỳnh. Sau khi lưu hoá, cao su bền và đàn hồi hơn. Ngoài ra cũng có một phần cộng 1,2 tạo nhánh vinyl, nên cao su buna thực tế là hỗn hợp nhiều kiểu cấu trúc.
Mở rộng: đồng trùng hợp butađien
| Cao su | Monome tham gia | Đặc điểm |
|---|---|---|
| Buna | Buta-1,3-đien | Đàn hồi, kém bền với dầu mỡ |
| Buna-S | Buta-1,3-đien + stiren (C6H5–CH=CH2) | Bền mài mòn, dùng làm lốp xe |
| Buna-N | Buta-1,3-đien + acrilonitrin (CH2=CH–CN) | Bền với dầu mỡ, dùng làm vòng đệm, ống dẫn xăng dầu |
Quá trình tạo buna-S và buna-N gọi là đồng trùng hợp, vì có hai loại monome khác nhau cùng tham gia.
Ví dụ: nCH2=CH–CH=CH2 + nCH2=CH–C6H5 → (–CH2–CH=CH–CH2–CH2–CH(C6H5)–)n (t°, xt).
Loại trừ các phương án hay gặp
- Nhựa PVC: sai. PVC được trùng hợp từ vinyl clorua CH2=CHCl.
- Nhựa PE: sai. PE được trùng hợp từ etilen CH2=CH2.
- Tơ nilon-6,6: sai. Tơ này được điều chế bằng trùng ngưng hexametylenđiamin với axit ađipic.
- Cao su isopren: chưa đúng. Cao su isopren được trùng hợp từ isopren (2-metylbuta-1,3-đien), không phải butađien.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm giữ nguyên hai liên kết đôi: (–CH2–CH–CH–CH2–)… Thực tế sau trùng hợp 1,4 chỉ còn một liên kết đôi trong mỗi mắt xích.
- Nhầm “trùng hợp” với “trùng ngưng”. Trùng hợp không giải phóng phân tử nhỏ như H2O.
- Nhầm buna với buna-S và buna-N. Buna chỉ có một loại monome.
Mẹo nhớ: “Buna” = Butađien + Natri (chất xúc tác). Chữ S là stiren, chữ N là nitrin (acrilonitrin).
Bài luyện tập
Bài 1. Trùng hợp 27 gam buta-1,3-đien với hiệu suất 80%. Tính khối lượng cao su buna thu được.
Đáp án: Trùng hợp bảo toàn khối lượng, nên m = 27 × 80% = 21,6 gam. (Ví dụ: 27 gam ứng với 0,5 mol C4H6.)
Bài 2. Một mẫu cao su buna có phân tử khối 108000. Tính hệ số trùng hợp n.
Đáp án: Mắt xích C4H6 có M = 54, nên n = 108000 : 54 = 2000.
Bài 3. Cao su buna-S tạo từ butađien và stiren theo tỉ lệ mol 1 : 1. Một đoạn mạch có phân tử khối 158000. Hỏi có bao nhiêu cặp mắt xích (butađien + stiren)?
Đáp án: Một cặp mắt xích gồm C4H6 (54) và C8H8 (104), tổng 158. Vậy n = 158000 : 158 = 1000.
Câu hỏi thường gặp
Trùng hợp buta-1,3-đien thu được sản phẩm gì?
Thu được polibutađien, thường gọi là cao su buna, có công thức (–CH2–CH=CH–CH2–)n. Phản ứng xảy ra khi đun nóng, có xúc tác Na.
Cao su buna-S và buna-N khác cao su buna ở điểm nào?
Cao su buna chỉ gồm butađien. Buna-S là sản phẩm đồng trùng hợp butađien với stiren. Buna-N là sản phẩm đồng trùng hợp butađien với acrilonitrin.
Trùng hợp buta-1,3-đien có phải là trùng ngưng không?
Không. Đây là phản ứng trùng hợp, xảy ra nhờ mở liên kết đôi và không tạo ra phân tử nhỏ như H2O. Trùng ngưng thì có giải phóng phân tử nhỏ.
Vì sao cao su buna còn liên kết đôi trong mạch?
Buta-1,3-đien có hai liên kết đôi liên hợp nên chủ yếu cộng 1,4. Vì vậy mỗi mắt xích còn một liên kết đôi C=C ở giữa, giúp cao su có thể lưu hoá.