Изопрен

Изопрен
Общие
Систематическое наименование	2-метилбутадиен-1,3
Традиционные названия	изопрен
Химическая формула	C5H8
Физические свойства
Молярная масса	68,12 г/моль
Плотность	0,681 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	-145,95 °C
Температура кипения	34,067 °C
Классификация
Рег. номер CAS	78-79-5
SMILES	C=C(C)C=C

Изопрен СН₂=С(СН₃)-СН=СН₂, 2-метилбутадиен-1,3 — ненасыщенный углеводород диенового ряда (C_nH_2n−2). В нормальных условиях бесцветная жидкость. Он является мономером для натурального каучука и структурной единицей для множества молекул других природных соединений — изопреноидов, или терпеноидов. ^[1]. Растворим в спирте. Изопрен полимеризуется, давая изопреновые каучуки. Изопрен также вступает в реакцию полимеризации с соединениями винилового ряда.

Нахождение и получение

Натуральный каучук является полимером изопрена — наиболее часто цис-1,4-полиизопреном с молекулярной массой от 100,000 до 1,000,000. В качестве примесей содержит несколько процентов других материалов, таких как белки, жирные кислоты, смолы и неорганические вещества. Некоторые источники натурального каучука называются гуттаперча и состоит из транс-1,4-полиизопрена, структурный изомер, который имеет схожие, но не идентичные свойства.^[2] Изопрен производится и выделяется в атмосферу многими видами деревьев (главный из них — дуб) Годовое производство изопрена растительностью около 600 млн т., причем половина производится тропическими широколистными деревьями, остальное производится кустарниками.^[3] После попадания в атмосферу изопрен превращается свободными радикалами (такими как гидроксил (OH) радикал) и в меньшей мере озоном ^[4] в различные вещества, такие как альдегиды, гидроксипероксиды, органические нитраты и эпоксиды, которые смешиваются с водными каплями, образуя аэрозоли или дымку.^{[5] [6]} Этот механизм деревья используют не только для того, чтобы избежать перегрева листьев Солнцем, но и для защиты от свободных радикалов, особенно озона.^[7] Изопрен впервые был получен термической обработкой натурального каучука.^[8] Наиболее промышленно доступен как продукт термического крекинга лигроина или масла, а также как побочный продукт при производстве этилена. Производится около 20,000 тонн в год. Около 95% производства изопрена используется для производства цис-1,4-полиизопрена — синтетического варианта природного каучука.

Биологическая роль

В основном, изопрен наиболее часто встречающийся углеводород находящийся в теле человека. Оценочная скорость производства изопрена в теле человека 0.15 мк моль/кг/ч, эквивалентно приблизительно 17 мг для человека весом 70 кг. Изопрен также встречается в низких концентрациях во многих видах пищи.

Изопрен производится в хлоропластах листков обычных видов деревьев через en:DMAPP процесс. Энзим изопрен синтаза ответственна за его биосинтез. Изопрен накапливается и помогает стабилизировать мембраны клеток в ответ на термический стресс, давая некоторую толерантность к термическим ожогам. Изопрен может также давать некоторую устойчивость к реактивным кислородным веществам. Количество изопрена выделенного из изопрен испускающих растений зависит от массы листьев, их площади, света и температуры листьев. Так, в течение ночи, немного изопрена выделяется из листьев дерева, тогда как днём эмиссия существенна (~5-20 мг/м²/ч) в жаркий и солнечный день.

Изопрен основной структурный мотив в биологических системах. Терпены (например, каротины являются тетратерпенами) происходят из изопрена, также как терпеноиды и кофермент Q. Также производными изопрена являются: фитол, ретинол(витамин А),токоферол (Витамин E),en:dolichol и en:squalene. Гем имеет изотерпеноидный хвост и ланостерол, и стерол — прекурсор в животных, происходящий из en:squalene и следовательно из изопрена. Функциональная изопреновая единца в биологических системах это диметилаллил фосфат (ДМАФФ) и его изомер изопентенил пирофосфат (ИПФ), которые используется в биосинтезе терпенов и производных ланостерола.

Фактически все организмы производные изопрена синтезируют в en:HMG-CoA reductase pathway. Добавление этих цепочек к протеинам называется en:isoprenylation

Биосинтез и его ингибирование статинами

Ингибиторы HMG-CoA редуктазы, также известные как группа холестерол-понижающие препараты называемые статинами, ингибируют синтез мевалоновой кислоты. Мевалонат является прекурсором к en:isopentenyl pyrophosphate, который соединяясь с его изомером en:dimethylallyl pyrophosphate в повторяющемся чередовании образует изопреновую (полипрениловую) цепь.

Статины понижают концентрацию холестерола, который синтезирован из 15-углеродного изотерпеноида en:farnesyl pyrophosphate, также ингибируют все другие изопрены, включая кофермент Q₁₀. Это flow chart показывает биосинтез изопренов, и точку при которой статины действуют ингибируя этот процесс.

Получение

Метод Лебедева:

2CH3-CH2-OH -> CH2=CH-CH=CH2 + 2H2O + H2 (при t= 425гр., с AL2O3 и ZNO)

Способ дегидрирования двухстадийное каталитическое дегидрирование н-бутана CH3-CH2-CH2-CH3 -> CH2=CH-CH=CH2 + 2H2

получение изопрена из 2-метилбутана

  H3C-CH(CH3)-CH2-CH3-->(t=600)H2C=C(CH3)-CH=CH2+H2
 2-метилбутан                   изопрен

Дивинил и изопрен в небольших количествах так же выделяют из продуктов пиролиза нефти.

Применение

Изопрен применяют для получения синтетического каучука.

Ссылки

1. ↑ NIKLITSCHEK, M.; JENNIFER ALCAÍNO , SALVADOR BARAHONA , DIONISIA SEPÚLVEDA, CARLA LOZANO, MARISELA CARMONA, ANDRÉS MARCOLETA, CLAUDIO MARTÍNEZ2, PATRICIA LODATO, MARCELO BAEZA, and VÍCTOR CIFUENTES (2008). «Genomic organization of the structural genes controlling the astaxanthin biosynthesis pathway of Xanthophyllomyces dendrorhous». Biol Res (41): 393-108.
2. ↑ Hans Martin Weitz and Eckhard Loser «Isoprene» in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10.1002/14356007.a14_627
3. ↑ Guenther, A.; T. Karl, P. Harley, C. Wiedinmyer, P. I. Palmer and C. Geron (2006). «Estimates of global terrestrial isoprene emissions using MEGAN (Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature)». Atmos. Chem. Phys. 6: 3181–3210.
4. ↑ IUPAC Subcommittee on Gas Kinetic Data Evaluation — Data Sheet Ox_VOC7, 2007|url= http://www.iupac-kinetic.ch.cam.ac.uk/datasheets/pdf/Ox_VOC7_O3_CH2C%28CH3%29CHCH2.pdf
5. ↑ Organic Carbon Compounds Emitted By Trees Affect Air Quality, ScienceDaily, Aug. 7, 2009|url=http://www.sciencedaily.com/releases/2009/08/090806141518.htm
6. ↑ A source of haze, ScienceNews, August 6th, 2009|url=http://www.sciencenews.org/view/generic/id/46200/title/A_source_of_haze
7. ↑ Sharkey, TD; AE Wiberley, and AR Donohue (2007). «Isoprene Emission from Plants: Why and How». Annals of Botany 101 (1): 5–18. DOI:10.1093/aob/mcm240. PMID 17921528.
8. ↑ C. G. Williams, Proceedings of the Royal Society 1860 10.

См. также

• Полиизопрен