Buta-1,3-diène

Le buta-1,3-diène est un hydrocarbure de formule C₄H₆ gazeux incolore et inflammable.

Formules mésomères du buta-1,3-diène.

Buta-1,3-diène
Formule développée et modèle 3D du butadiène.
Identification
Nom UICPA	buta-1,3-diène
Synonymes	divinyle érythrène vinyl éthylène
No CAS	106-99-0
No ECHA	100.003.138
No CE	203-450-8
SMILES	C=CC=C PubChem, vue 3D
InChI	InChI : vue 3D InChI=1S/C4H6/c1-3-4-2/h3-4H,1-2H2
Apparence	gaz comprimé liquéfié incolore, d'odeur caractéristique[1]
Propriétés chimiques
Formule	C4H6  [Isomères]
Masse molaire[2]	54,090 4 ± 0,003 6 g/mol C 88,82 %, H 11,18 %,
Propriétés physiques
T° fusion	−109 °C[1]
T° ébullition	−4,4 °C [3]
Solubilité	dans l'eau : nulle[1]
Paramètre de solubilité δ	14,5 MPa1/2 (25 °C)[4]
Masse volumique	0,6 g·cm-3[1] équation[5] : ${\displaystyle \rho =1.2384/0.2725^{(1+(1-T/425.17)^{0.28813})}}$ Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 164,25 à 425,17 K. Valeurs calculées : 0,61556 g·cm-3 à 25 °C. T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 164,25 −108,9 14,061 0,76059 181,64 −91,51 13,75217 0,74388 190,34 −82,81 13,59436 0,73535 199,04 −74,11 13,43421 0,72668 207,74 −65,41 13,27158 0,71789 216,43 −56,72 13,10631 0,70895 225,13 −48,02 12,93821 0,69985 233,83 −39,32 12,76708 0,6906 242,53 −30,62 12,5927 0,68116 251,22 −21,93 12,4148 0,67154 259,92 −13,23 12,23311 0,66171 268,62 −4,53 12,0473 0,65166 277,32 4,17 11,85697 0,64137 286,01 12,86 11,6617 0,6308 294,71 21,56 11,46098 0,61995 T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 303,41 30,26 11,2542 0,60876 312,1 38,95 11,04065 0,59721 320,8 47,65 10,81946 0,58525 329,5 56,35 10,58958 0,57281 338,2 65,05 10,34968 0,55984 346,89 73,74 10,09809 0,54623 355,59 82,44 9,83262 0,53187 364,29 91,14 9,55034 0,5166 372,99 99,84 9,24713 0,5002 381,68 108,53 8,91699 0,48234 390,38 117,23 8,55048 0,46251 399,08 125,93 8,1312 0,43983 407,78 134,63 7,62599 0,41251 416,47 143,32 6,94383 0,37561 425,17 152,02 4,545 0,24585
T° d'auto-inflammation	414 °C[1]
Point d’éclair	−76 °C[1]
Limites d’explosivité dans l’air	1,1–16,3 %vol[1]
Pression de vapeur saturante	à 20 °C : 245 kPa[1] équation[5] : ${\displaystyle P_{vs}=exp(73.522+{\frac {-4564.3}{T}}+(-8.1958)\times ln(T)+(1.1580E-5)\times T^{2})}$ Pression en pascals et température en kelvins, de 164,25 à 425,17 K. Valeurs calculées : 281 049,32 Pa à 25 °C. T (K) T (°C) P (Pa) 164,25 −108,9 69,11 181,64 −91,51 464,74 190,34 −82,81 1 036,68 199,04 −74,11 2 131,59 207,74 −65,41 4 085,3 216,43 −56,72 7 366,12 225,13 −48,02 12 593,3 233,83 −39,32 20 549,27 242,53 −30,62 32 184,94 251,22 −21,93 48 618,41 259,92 −13,23 71 128,18 268,62 −4,53 101 142,53 277,32 4,17 140 227 286,01 12,86 190 071,73 294,71 21,56 252 480,44 T (K) T (°C) P (Pa) 303,41 30,26 329 362,37 312,1 38,95 422 728,24 320,8 47,65 534 690,77 329,5 56,35 667 470,44 338,2 65,05 823 406,36 346,89 73,74 1 004 972,57 355,59 82,44 1 214 799,54 364,29 91,14 1 455 700,88 372,99 99,84 1 730 705,29 381,68 108,53 2 043 093,69 390,38 117,23 2 396 441,74 399,08 125,93 2 794 668,02 407,78 134,63 3 242 088,19 416,47 143,32 3 743 475,85 425,17 152,02 4 304 100
Point critique	4 322 kPa [6], 151,85 °C [3]
Thermochimie
Cp	équation[5] : ${\displaystyle C_{P}=(128860)+(-323.10)\times T+(1.0150)\times T^{2}+(3.2000E-5)\times T^{3}}$ Capacité thermique du liquide en J·kmol-1·K-1 et température en kelvins, de 165 à 350 K. Valeurs calculées : 123,603 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 165 −108,15 103 330 1 910 177 −96,15 103 648 1 916 183 −90,15 103 920 1 921 189 −84,15 104 267 1 928 195 −78,15 104 688 1 935 202 −71,15 105 274 1 946 208 −65,15 105 856 1 957 214 −59,15 106 513 1 969 220 −53,15 107 245 1 983 226 −47,15 108 051 1 998 232 −41,15 108 932 2 014 239 −34,15 110 054 2 035 245 −28,15 111 096 2 054 251 −22,15 112 214 2 075 257 −16,15 113 406 2 097 T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 263 −10,15 114 673 2 120 269 −4,15 116 015 2 145 276 2,85 117 676 2 175 282 8,85 119 180 2 203 288 14,85 120 760 2 232 294 20,85 122 414 2 263 300 26,85 124 144 2 295 306 32,85 125 949 2 328 313 39,85 128 149 2 369 319 45,85 130 117 2 405 325 51,85 132 160 2 443 331 57,85 134 279 2 482 337 63,85 136 473 2 523 343 69,85 138 742 2 565 350 76,85 141 480 2 616 équation[7] : ${\displaystyle C_{P}=(18.835)+(2.0473E-1)\times T+(6.2485E-5)\times T^{2}+(-1.7148E-7)\times T^{3}+(6.0858E-11)\times T^{4}}$ Capacité thermique du gaz en J·mol-1·K-1 et température en kelvins, de 100 à 1 500 K. Valeurs calculées : 81,366 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 100 −173,15 39 767 735 193 −80,15 59 527 1 100 240 −33,15 69 401 1 283 286 12,85 78 894 1 459 333 59,85 88 355 1 633 380 106,85 97 515 1 803 426 152,85 106 137 1 962 473 199,85 114 552 2 118 520 246,85 122 529 2 265 566 292,85 129 882 2 401 613 339,85 136 908 2 531 660 386,85 143 423 2 651 706 432,85 149 296 2 760 753 479,85 154 777 2 861 800 526,85 159 739 2 953 T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 846 572,85 164 102 3 034 893 619,85 168 074 3 107 940 666,85 171 579 3 172 986 712,85 174 589 3 228 1 033 759,85 177 273 3 277 1 080 806,85 179 607 3 320 1 126 852,85 181 604 3 357 1 173 899,85 183 411 3 391 1 220 946,85 185 047 3 421 1 266 992,85 186 557 3 449 1 313 1 039,85 188 085 3 477 1 360 1 086,85 189 686 3 507 1 406 1 132,85 191 417 3 539 1 453 1 179,85 193 453 3 576 1 500 1 226,85 195 870 3 621
PCS	2 541,5 kJ·mol-1 (25 °C, gaz)[8]
Propriétés électroniques
1re énergie d'ionisation	9,082 ± 0,004 eV (gaz)[9]
Précautions
SGH[10]
Danger H220, H340 et H350 H220 : Gaz extrêmement inflammable H340 : Peut induire des anomalies génétiques (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) H350 : Peut provoquer le cancer (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger)
SIMDUT[11]
A, B1, D2A, F, A : Gaz comprimé tension de vapeur absolue à 40 °C =434,35 kPa B1 : Gaz inflammable limite inférieure d'inflammabilité = 2 % D2A : Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques cancérogénicité : CIRC groupe 2B, ACGIH A2; mutagénicité chez l'animal. F : Matière dangereusement réactive sujet à une réaction violente de polymérisation Divulgation à 0,1 % selon la liste de divulgation des ingrédients
NFPA 704
4 2 2
Transport
239    1010    Code Kemler : 239 : gaz inflammable, pouvant produire spontanément une réaction violente Numéro ONU : 1010 : BUTADIÈNES STABILISÉS Classe : 2.1 Étiquette : 2.1 : Gaz inflammables (correspond aux groupes désignés par un F majuscule); [12]
Classification du CIRC
Groupe 1 : Cancérogène pour l'homme[13]
Écotoxicologie
LogP	1,99[1]
Seuil de l’odorat	bas : 0,09 ppm haut : 76 ppm[14]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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C'est l'isomère le plus courant du butadiène, raison pour laquelle il est souvent simplement appelé butadiène. C'est un important réactif utilisé dans la synthèse de nombreux polymères.

C'est le diène conjugué le plus simple. Il se liquéfie par refroidissement jusqu'à −4,4 °C ou par compression à 2,8 atm à 25 °C.
Il est soluble dans les solvants organiques apolaires tels le chloroforme et le benzène. Les réactions d'addition et de cyclisation sont les plus importantes.

Utilisations

Il est principalement utilisé dans la fabrication de caoutchouc synthétique, de vernis, du nylon et des peintures au latex.
En raison de sa grande réactivité, le butadiène est utilisé en synthèse, en particulier dans les réactions de polymérisation. Un grand nombre de pneus de voiture sont fabriqués avec du caoutchouc Buna-S, copolymère du butadiène et du styrène (SBR).

Le butadiène est le principal réactif pour la synthèse du chloroprène par chloration suivie d'un isomérisation et d'une déshydrochlorination. Ce diène est également utilisé pour produire l'adiponitrile et l'hexaméthylènediamine par réaction avec l'acide cyanhydrique. Plusieurs procédés utilisent le butadiène pour produire le butan-1,4-diol. Le butadiène est un excellent réactif pour la réaction de Diels-Alder et permet la synthèse du 4-vinylcyclohexène (réactif pour la production du styrène), du 1,5-cyclooctadiène et 1,5,9-cyclodécatriène.

Production et synthèse

Il n'existe pas à l'état naturel car sa réactivité est trop grande, mais est présent lors du craquage des hydrocarbures (5 % de butadiène est produit dans le craquage des essences légères). Il est ensuite séparé du mélange par distillation dans les fractions C4.
L'obtention du butadiène pur n'est pas possible par simple distillation de cette fraction, car le butane et le butadiène forment un azéotrope. Une séparation par extraction liquide-liquide ou par distillation extractive est nécessaire.

Le butadiène commercial est également synthétisé par déshydrogénation du butane, ou de mélanges de butène et de butane.
La voie de synthèse la plus connue est le procédé de Houdry Catadiène en une étape^[15]. À partir de n-butane ou de mélanges de n-butènes, une déshydrogénation catalysée par un mélange d'alumine et d'oxyde de chrome permet d'obtenir un flux de produits contenant 15-18 % de butadiène à une température de 600-700 °C et une pression de 10–70 kPa. Ce procédé a un rendement de 50 %.
La déshydrogénation n'est toutefois pas la voie de synthèse la plus utilisée et sert principalement quand la différence de prix entre les réactifs et le butadiène est élevée.

À l'origine, le diène était produit à partir de l'acétylène^[15]. Deux procédés ont utilisé ce réactif, notamment le procédé Reppe encore utilisé de nos jours pour produire le tétrahydrofurane et le butan-1,4-diol.

Le butadiène peut également être synthétisé à partir de l'éthanol en utilisant un catalyseur d'alumine et d'oxyde de magnésium ou d'oxyde de silicium.

Un nouveau procédé permet de produire du butadiène à partir de biomasse (plutôt que de ressources fossiles telles que pétrole ou gaz naturel). Le butadiène renouvelable est produit via trois étapes : des sucres extraits de la biomasse servent à produire du furfural ; lequel est traité pour fabriquer un composé cyclique, le tétrahydrofurane (THF) ; puis via un procédé catalysé à haut rendement (plus de 95 %) ce THF est transformé en butadiène directement utilisable par l'industrie du caoutchouc et du plastique^[16].

Notes et références

1. 1, 3 - BUTADIENE, Fiches internationales de sécurité chimique
2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
3. (en) Iwona Owczarek et Krystyna Blazej, « Recommended Critical Temperatures. Part I. Aliphatic Hydrocarbons », J. Phys. Chem. Ref. Data, vol. 32, n^o 4,‎ 4 août 2003, p. 1411 (DOI 10.1063/1.1556431)
4. (en) James E. Mark, Physical Properties of Polymer Handbook, Springer, 2007, 2^e éd., 1076 p. (ISBN 978-0-387-69002-5 et 0-387-69002-6, lire en ligne), p. 294
5. (en) Robert H. Perry et Donald W. Green, Perry's Chemical Engineers' Handbook, USA, McGraw-Hill, 1997, 7^e éd., 2400 p. (ISBN 978-0-07-049841-9), p. 2-50
6. (en) Iwona Owczarek et Krystyna Blazej, « Recommended Critical Pressures. Part I. Aliphatic Hydrocarbons », J. Phys. Chem. Ref. Data, vol. 35, n^o 4,‎ 18 septembre 2006, p. 1461 (DOI 10.1063/1.2201061)
7. (en) Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams, vol. 1, Huston, Texas, Gulf Pub. Co., 1996 (ISBN 978-0-88415-857-8)
8. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press, 18 juin 2002, 83^e éd., 2664 p. (ISBN 0849304830, présentation en ligne), p. 5-89
9. (en) David R. Lide, Handbook of chemistry and physics, Boca Raton, CRC, 2008, 89^e éd., 2736 p. (ISBN 978-1-4200-6679-1), p. 10-205
10. Numéro index 601-013-00-X dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
11. « Butadiène-1,3 » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
12. Entrée du numéro CAS « 106-99-0 » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 18 novembre 2008 (JavaScript nécessaire)
13. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 1 : Cancérogènes pour l'homme »^{(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?)}, sur monographs.iarc.fr, CIRC, 16 janvier 2009 (consulté le 22 août 2009).
14. « 1,3-Butadiene », sur hazmap.nlm.nih.gov (consulté le 14 novembre 2009).
15. Joachim Grub et Eckhard Löser, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Butadiene, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, 2002
16. Des chercheurs inventent un procédé pour fabriquer du caoutchouc et des plastiques durables, consulté le 07 nov 2017

• ARC, Monographie : vol. 97 (2008) 1,3-Butadiene, Ethylene Oxide and Vinyl Halides (Vinyl Fluoride, Vinyl Chloride and Vinyl Bromide)

Articles connexes

• Chimie organique
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• Diène
• Styrène-butadiène
• Polybutadiène
• Acrylonitrile butadiène styrène
• Polystyrène choc
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