- A katalitikus hidrogénezés jellemzői
- A hidrogénkötés megszakad
- Kísérleti
- típusai
- Homogén
- heterogén
- Gépezet
- Irodalom
A katalitikus hidrogénezés az a reakció, amelynek során a molekuláris hidrogént nagyobb sebességgel adják a vegyülethez. Nemcsak az H 2 molekula első szünet a kovalens kötés, hanem, hogy olyan kicsi, hatékony közötti ütközések, és a vegyület, amelyhez hozzá kell adni kevésbé valószínű.
A hidrogénreceptor vegyület lehet szerves vagy szervetlen. A katalitikus hidrogénezésre példa a szerves vegyületekben; különösen azok, amelyek farmakológiai hatást mutatnak, vagy amelyek szerkezetében fémek vannak (fémorganikus vegyületek).
Forrás: Gabriel Bolívar
Mi történik, ha H 2 hozzáadjuk a szén-csomagolt szerkezet? Telítetlensége csökken, vagyis a szén eléri az egyszerű kötések maximális mértékét, amelyet képes létrehozni.
Ezért, H 2 adunk kettős (C = C) és hármas (C = C) kötvények; bár hozzáadható karbonilcsoportokhoz (C = O).
Így a hozzáadott alkének és alkinek katalitikus hidrogénezéssel reagálnak. Bármely struktúra felületes elemzésével meg lehet becsülni, hogy hozzáadódik-e H 2, csupán kettős és hármas kötések kimutatásával.
A katalitikus hidrogénezés jellemzői
A kép ennek a reakciónak a mechanizmusát mutatja. Mielőtt azonban leírná, meg kell vizsgálni néhány elméleti szempontot.
A szürkés gömbök felülete a fém atomokat képviseli, amelyek - amint látni fogjuk - a kiválóság szempontjából hidrogénezés katalizátorai.
A hidrogénkötés megszakad
Először is, a hidrogénezés exoterm reakció, azaz hőt szabadít fel alacsonyabb energiájú vegyületek képződése eredményeként.
Ezt a kialakult CH-kötések stabilitása magyarázza, amelyek későbbi megszakításukhoz több energiára van szükség, mint amennyire a molekuláris hidrogén HH-kötéséhez szükség van.
Másrészt a hidrogénezés mindig magában foglalja a HH-kötés megszakítását. Ez a törés homolitikus lehet, mivel sok esetben előfordul:
HH => H ∙ + ∙ H
Vagy heterolitikus, amely akkor fordulhat elő, ha a cink-oxidot (ZnO) hidrogénezik:
HH => H + + H -
Vegye figyelembe, hogy a két törés közötti különbség abban rejlik, hogy a kötésben lévő elektronok hogyan oszlanak meg. Ha egyenletesen (kovalensen) oszlanak el, akkor mindegyik H egy elektron megtakarítását végzi; míg ha az eloszlás ionos, akkor az egyik elektronok nélkül végződik, H +, a másik pedig teljes mértékben megkapja őket, H -.
A katalitikus hidrogénezésben mindkét törés lehetséges, bár a homolitikus lehetővé teszi, hogy helyet adjon ennek logikai mechanizmusának kialakításához.
Kísérleti
A hidrogén gáz, ezért buborékolni kell, és ellenőrizni kell, hogy csak a folyadék felületén domináljon.
Másrészt a hidrogénezendő vegyületet közegben, például vízben, alkoholban, éterben, észterekben vagy folyékony aminban oldjuk; különben a hidrogénezés nagyon lassan zajlik.
Amint a hidrogénezendő vegyület feloldódik, a reakcióközegben katalizátornak is kell lennie. Ez felel a reakció sebességének felgyorsításáért.
A katalitikus hidrogénezés során gyakran használnak finoman eloszlatott nikkel-, palládium-, platina- vagy ródiumfémeket, amelyek szinte minden szerves oldószerben nem oldódnak. Ezért két fázis lesz: egy folyékony fázis, ahol a vegyület és a hidrogén oldódik, és egy szilárd fázis, mint a katalizátor.
Ezek a fémek biztosítják a felületüket, hogy a hidrogén és a vegyület reagáljon, oly módon, hogy felgyorsuljon a kötések eltörése.
Hasonlóképpen, csökkentik a fajok diffúziós térét, növelve a hatékony molekuláris ütközések számát. Nem csak ez, hanem a reakció is zajlik a fém pórusaiban.
típusai
Homogén
Homogén katalitikus hidrogénezésről beszélünk, amikor a reakcióközeg egy fázisból áll. A fémek tiszta állapotban történő felhasználása nem tartozik ide, mivel oldhatatlanok.
Ehelyett ezeknek a fémeknek a fémorganikus vegyületeit használják, amelyek oldódnak, és amelyekről kimutatták, hogy magas hozamúak.
Ezen szerves fémvegyületek egyike a Wilkinson katalizátora: trisz (trifenil-foszfin) ródium-klorid, 3 RhCl. Ezek a vegyületek komplexet képeznek H 2, aktiválás annak utólagos hozzáadásával reakció alkén vagy alkin.
A homogén hidrogénezés sokkal több alternatívát kínál, mint a heterogén. Miért? Mivel a kémia a fémorganikus vegyületek, bőséges: elegendő a fém (Pt, Pd, Rh, Ni) és a ligandumok (a fém központhoz kapcsolódó szerves vagy szervetlen molekulák) cseréje egy új katalizátor előállításához.
heterogén
A heterogén katalitikus hidrogénezésnek, amint azt az imént említettem, két fázisa van: egy folyadék és egy szilárd.
A fémkatalizátorokon kívül vannak olyanok is, amelyek szilárd keverékből állnak; például a Lindlar katalizátora, amely platinából, kalcium-karbonátból, ólom-acetátból és kinolinból áll.
A Lindlar katalizátornak az a sajátossága, hogy hiányos az alkének hidrogénezéséhez; A részleges hidrogénezésnél azonban nagyon hasznos, azaz kiválóan működik az alkinokon:
RC≡CR + H 2 => RHC = CHR
Gépezet
A képen a porított fém katalizátorként történő katalitikus hidrogénezésének mechanizmusa látható.
A szürkés gömbök megfelelnek például a platina fémes felületének. A H 2 -molekula (lila színű) megközelíti a fém felületén csakúgy, mint a tetra szubsztituált álként, R 2 C = CR 2.
A H 2 kölcsönhatásban van az elektronok haladnak át az atomok a fém, és a törés és kialakulását egy ideiglenes HM kötés nem fordul elő, ahol M a fémet. Ezt a folyamatot kemiszorpciónak nevezik; vagyis egy kémiai erők általi adszorpció.
Az alkén hasonló módon kölcsönhatásba lép, de a kötést kettős kötés képezi (szaggatott vonal). A HH-kötés már disszociálódott, és minden hidrogénatom kapcsolódik a fémhez; ugyanez történik a fémcentrumokkal a fémorganikus katalizátorokban, közbenső HMH komplexet képezve.
Ezután egy H migráció következik be a kettős kötés felé, és ez megnyílik, és kötés alakul ki a fémmel. A maradék H azután kötődik a másik szénatomot az eredeti kettős kötés, és az előállított alkán, R 2 HC-CHR 2, végül megjelent.
Ez a mechanizmus lehet ismételni, ahányszor szükséges, amíg az összes H 2 teljesen reagált.
Irodalom
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Szerves kémia. Aminok. (10 th kiadás.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Szerves kémia. (Hatodik kiadás). Mc Graw Hill.
- Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
- Lew J. (második). Az alkének katalitikus hidrogénezése. Kémia LibreTexts. Helyreállítva: chem.libretexts.org
- Jones D. (2018). Mi a katalitikus hidrogénezés? - Mechanizmus és reakció. Tanulmány. Helyreállítva: study.com