Katalitikus hidrogénezési jellemzők, típusok és mechanizmus



az katalitikus hidrogénezés az a reakció, amellyel a molekuláris hidrogént nagyobb sebességgel adjuk a vegyülethez. A H molekula2 nemcsak a kovalens kötést kell először megszakítania, hanem azért is, mert olyan kicsi, hogy hatékonyabb ütközések vannak közöttük és a hozzáadott vegyület között kevésbé valószínű..

A hidrogén receptor vegyület lehet szerves vagy szervetlen. A szerves vegyületekben a katalitikus hidrogénezésre több példa található; különösen azok, amelyek farmakológiai hatást fejtenek ki, vagy amelyekbe a fémeket beépítették (szerves fémvegyületek).

Mi történik, ha H hozzáadódik2 egy szén-tartalmú szerkezethez? Csökkenti a telítetlenségét, vagyis a szén eléri az egyszerű kötések maximális mértékét.

Ezért a H2 hozzáadódik a kettős (C = C) és háromszoros (C≡C) kötésekhez; bár karbonilcsoportokhoz is hozzáadható (C = O).

Így az alkéneket és az alkinokat katalitikus hidrogénezéssel reagáltatjuk. Bármely szerkezet felszíni elemzésével megjósolható, hogy hozzáad-e H-t2 csak kettős és hármas kapcsolatok észlelésével.

index

  • 1 A katalitikus hidrogénezés jellemzői
    • 1.1 A hidrogénkötés megszakadása
    • 1.2 Kísérleti
  • 2 típus
    • 2.1 Homogén
    • 2.2 Heterogén
  • 3 Mechanizmus
  • 4 Referenciák

A katalitikus hidrogénezés jellemzői

Ennek a reakciónak a mechanizmusa látható a képen. Szükséges azonban néhány elméleti szempont kezelése annak leírása előtt.

A szürkés gömbök felszínei olyan fém atomokat jelentenek, amelyek, mint látható, a kiváló hidrogénezés katalizátorai..

A hidrogénkötés megszakad

Kezdők esetében a hidrogénezés exoterm reakció, azaz alacsonyabb energiájú vegyületek képződése következtében hőt szabadít fel..

Ez magyarázható a kialakult C-H kötések stabilitásával, amelyek további energiát igényelnek a későbbi szakadáshoz képest, mint amit a molekuláris hidrogén H-H kötése szükséges..

Másrészt a hidrogénezés mindig magában foglalja a H-H kötés megszakítását. Ez a szakadás homolitikus lehet, mivel sok esetben:

H-H => H + + H

Vagy heterolitika, amely előfordulhat például akkor, ha a cink-oxid hidrogénezett, ZnO:

H-H = H+ + H-

Megjegyezzük, hogy a két törés közötti különbség abban rejlik, hogy a kötésben lévő elektronok hogyan oszlanak meg. Ha egyenletesen (kovalensen) oszlanak el, mindegyik H egy elektron megőrzésével végződik; mivel ha az eloszlás ionikus, az egyik vége elektron nélkül, H+, és a másik teljesen nyeri őket, H-.

Mindkét törés lehetséges a katalitikus hidrogénezésben, bár a homolitikus lehetővé teszi ennek logikai mechanizmusának kialakítását.

kísérleti

A hidrogén egy gáz, ezért meg kell buborékolni és garantálni kell, hogy csak a folyadék felszínén uralkodik..

Másrészt a hidrogénezendő vegyületet közegben, vízben, alkoholban, éterben, észterekben vagy folyékony aminban kell oldani; egyébként a hidrogénezés nagyon lassan megy át.

Ha a hidrogénezendő vegyületet feloldjuk, akkor a reakcióközegben is katalizátort kell alkalmazni. Ez felelős a reakció sebességének felgyorsításáért.

A katalitikus hidrogénezés során általában nikkel, palládium, platina vagy ródium finom eloszlású fémeket használnak, amelyek szinte minden szerves oldószerben oldhatatlanok. Ezért két fázis lesz: egy folyékony fázis az oldott vegyülettel és hidrogénnel, és szilárd fázis, a katalizátor fázisa.

Ezek a fémek hozzájárulnak a felszínükhöz úgy, hogy a hidrogén és a vegyület reagáljon oly módon, hogy a kötések megszakadjanak.

Hasonlóképpen, csökkentik a faj diffúziós terét, növelve a hatékony molekuláris ütközések számát. Nem csak ez, de még a reakció a fém pórusaiban történik.

típus

homogén

A homogén katalitikus hidrogénezésről beszélünk, ha a reakcióközeg egyetlen fázisból áll. Itt nincs hely a fémek tiszta állapotukban való felhasználására, mivel oldhatatlanok.

Ehelyett ezeknek a fémeknek a szerves fémvegyületeit alkalmazzuk, amelyek oldhatóak és nagy hozammal rendelkeznek..

Ezen szerves fémvegyületek közül az egyik a Wilkinson-katalizátor: trisz (trifenil-foszfin) ródium-klorid, [(C6H5)3P]3RHCl. Ezek a vegyületek komplexet képeznek H-vel2, az alkénnel vagy alkinnel való későbbi addíciós reakciójával aktiváljuk.

A homogén hidrogénezés sokkal több alternatívát mutat, mint a heterogén. Miért? Mivel a kémia a szerves fémvegyületek bőséges: elegendő a fém (Pt, Pd, Rh, Ni) és a ligandumok (a fémközponthoz kapcsolódó szerves vagy szervetlen molekulák) megváltoztatása új katalizátor előállításához..

heterogén

A heterogén katalitikus hidrogénezésnek, amint azt már említettük, két fázisa van: egy folyadék és egy szilárd anyag.

A fémkatalizátorokon kívül vannak olyanok is, amelyek szilárd keverékből állnak; például a Lindlar-katalizátor, amely platinából, kalcium-karbonátból, ólom-acetátból és kinolinból áll.

A Lindlar-katalizátornak az a sajátossága, hogy hiányos az alkének hidrogénezésében; ez azonban nagyon hasznos a részleges hidrogénezésnél, azaz kiválóan működik az alkinokon:

RC≡CR + H2 => RHC = CHR

mechanizmus

A kép a katalitikus hidrogénezés mechanizmusát mutatja porított fém katalizátorként.

A szürkés gömbök megfelelnek a platina fém felületének. A H molekula2 (lila szín) megközelíti a fémfelületet, mint a tetra-szubsztituált alkén, R2C = CR2.

A H2 kölcsönhatásba lép a fém atomokon áthaladó elektronokkal, és megtörténik a szünet, és egy ideiglenes kötés H-M-et képez, ahol M a fém. Ez a folyamat ismert kemiszorpcióját; azaz a kémiai erők által történő adszorpció.

Az Alkene hasonló módon kölcsönhatásba lép, de a kapcsolat kettős kötéssel (pontozott vonal) képezi. A H-H kötés már disszociált, és minden hidrogénatom a fémhez kapcsolódik; ugyanúgy, mint a fém-fém katalizátorok fémközpontjaival, és egy közbenső H-M-H komplexet képez.

Ezután egy H-t a kettős kötéshez viszonyítunk, és megnyílik a kötéssel a fémhez. Ezután a fennmaradó H csatlakozik az eredeti kettős kötés másik szénéhez, és az előállított alkánt végül felszabadítjuk, R2HC-CHR2.

Ezt a mechanizmust szükség szerint többször megismételjük mindaddig, amíg az összes H2 teljesen reagáltak.

referenciák

  1. Graham Solomons T. W., Craig B. Fryhle. (2011). Szerves kémia. Aminok. (10th kiadás.). Wiley Plus.
  2. Carey F. (2008). Szerves kémia (Hatodik kiadás). Mc Graw-hegy.
  3. Shiver & Atkins. (2008). Szervetlen kémia (Negyedik kiadás). Mc Graw-hegy.
  4. Lew J. (s.f.). Alkének katalitikus hidrogénezése. Kémia LibreTexts. Lap forrása: chem.libretexts.org
  5. Jones D. (2018). Mi az a katalitikus hidrogénezés? - Mechanizmus és reakció. Tanulmány. Visszaváltva: study.com