Katalytiske hydrogeneringsegenskaper, typer og mekanisme



den katalytisk hydrogenering er reaksjonen ved hvilken molekylært hydrogen blir tilsatt til en forbindelse ved høyere hastigheter. H molekylet2 Ikke bare må den først bryte sin kovalente binding, men også fordi det er så lite, er det mindre sannsynlig at effektive kollisjoner mellom den og forbindelsen som den blir lagt til, er mindre..

Hydrogenreseptorforbindelsen kan være organisk eller uorganisk. I organiske forbindelser finnes det flere eksempler på katalytisk hydrogenering; spesielt de som presenterer farmakologisk aktivitet, eller som har innarbeidet metaller i deres strukturer (organometalliske forbindelser).

Hva skjer når H er lagt til2 til en struktur full av karbon? Det reduserer umettelsen, det vil si at karbon når den maksimale grad av enkle bindinger som kan danne.

Derfor er H2 den legges til dobler (C = C) og tripler (C≡C) bindinger; selv om det også kan tilsettes karbonylgruppene (C = 0).

Alkener og alkyner blir således omsatt ved katalytisk hydrogenering. Ved overfladisk analyse av hvilken som helst struktur, kan det forutsettes om det vil legge til H2 med bare å oppdage dobbelt- og trippelkoblinger.

index

  • 1 Kjennetegn ved katalytisk hydrogenering
    • 1.1 Ruptures av hydrogenbinding
    • 1.2 Eksperimentell
  • 2 typer
    • 2.1 Homogen
    • 2.2 Heterogen
  • 3 Mekanisme
  • 4 referanser

Kjennetegn ved katalytisk hydrogenering

Mekanismen for denne reaksjonen er vist i bildet. Det er imidlertid nødvendig å ta opp noen teoretiske aspekter før det beskrives.

Overflatene av de grå kulene representerer metallatomer, som, som beskrevet, er hydrogeneringskatalysatorer typiske.

Hydrogenbindingsbrudd

For det første er hydrogenering en eksoterm reaksjon, det vil si at det frigjør varme som et resultat av dannelsen av lavere energiforbindelser.

Dette forklares av stabiliteten av de dannede C-H bindingene, som krever mer energi for dens etterfølgende brudd enn det som kreves av H-H bindingen av molekylært hydrogen..

På den annen side involverer hydrogenering alltid brudd på H-H-bindingen først. Denne brudd kan være homolytisk, som i mange tilfeller:

H-H => H ∙ + ∙ H

Eller heterolítica, som kan forekomme, for eksempel når sinkoksid hydrogeneres, ZnO:

H-H => H+ + H-

Merk at forskjellen mellom de to bruddene ligger i hvordan elektronene i obligasjonen fordeles. Hvis de fordeles like (kovalent), slutter hver H opp med å bevare et elektron; mens om fordelingen er ionisk, slutter en uten elektroner, H+, og den andre vinder dem helt, H-.

Begge bruddene er mulige ved katalytisk hydrogenering, selv om homolytisk tillater utvikling av en logisk mekanisme for dette.

eksperimentell

Hydrogen er en gass, og derfor må det bobles og garanteres at det bare dominerer på overflaten av væsken.

På den annen side må forbindelsen som skal hydrogeneres, bli solubilisert i et medium, det være seg vann, alkohol, eter, estere eller en flytende amin; ellers ville hydrogeneringen passere veldig sakte.

Når forbindelsen som skal hydrogeneres, oppløses, må det også være en katalysator i reaksjonsmediet. Dette vil være ansvarlig for å akselerere reaksjonshastigheten.

I den katalytiske hydrogenering er det vanligvis finfordelte metaller av nikkel, palladium, platina eller rhodium, som er uoppløselig i nesten alle organiske oppløsningsmidler som anvendes. Derfor vil det være to faser: en flytende fase med den oppløste forbindelsen og hydrogen, og en fast fase, den for katalysatoren.

Disse metaller bidrar til overflaten slik at hydrogen og forbindelsen reagerer, slik at brytene av bindinger blir agilisert.

På samme måte reduserer de diffusjonen av arten, og øker antallet effektive molekylære kollisjoner. Ikke bare det, men selv reaksjonen finner sted i porene i metallet.

typen

homogen

Det er tale om homogen katalytisk hydrogenering når reaksjonsmediet består av en enkelt fase. Her er det ikke rom for bruk av metaller i sine rene stater, da de er uoppløselige.

I stedet brukes organometalliske forbindelser av disse metaller som er oppløselige og har vist seg å ha høye utbytter..

En av disse metallorganiske forbindelsene er Wilkinsons katalysator: tris (trifenylfosfin) rhodium, [(C-6H5)3P]3RhCI. Disse forbindelsene danner et kompleks med H2, aktiverer den for sin påfølgende addisjonreaksjon på alken eller alkyn.

Den homogene hydrogeneringen presenterer mange flere alternativer enn den heterogene. Hvorfor? Fordi kjemi er de organometalliske forbindelsene er rikelig: bare endre metall (Pt, Pd, Rh, Ni) og liganden (organiske eller uorganiske molekyler bundet til metallsenteret) for en ny katalysator.

heterogen

Den heterogene katalytiske hydrogeneringen, som nettopp nevnt, har to faser: en væske og et fast stoff.

I tillegg til metallkatalysatorer finnes det andre som består av en fast blanding; for eksempel Lindlar-katalysatoren, som består av platina, kalsiumkarbonat, blyacetat og kinolin.

Lindlar-katalysatoren har den spesielle egenskapen at den er mangelfull for hydrogeneringen av alkenene; Det er imidlertid svært nyttig for partielle hydrogeneringer, det vil si, det virker utmerket på alkynene:

RC = CR + H2 => RHC = CHR

mekanisme

Bildet viser mekanismen for katalytisk hydrogenering ved å bruke et pulverisert metall som katalysator.

De gråaktige kulene samsvarer med metalloverflaten av, for eksempel platina. Molekylet H2 (lilla farge) nærmer seg metalloverflaten som tetra-substituert alken, R2C = CR2.

H2 interagerer med elektronene som går gjennom metallatomer, og det oppstår en pause, og en midlertidig binding danner H-M, hvor M er metallet. Denne prosessen er kjent som chemisorption; det vil si en adsorpsjon av kjemiske krefter.

Alken interagerer på en lignende måte, men koblingen danner den med dobbeltbindingen (prikket linje). H-H-bindingen er allerede blitt dissosiert og hvert hydrogenatom forblir bundet til metallet; på samme måte som med metallsentrene i de organometalliske katalysatorene, og danner et mellomkompleks H-M-H.

Deretter skjer en migrering av en H til dobbeltbindingen, og den åpner opp for å danne en binding med metallet. Deretter kommer de resterende H sammen med det andre karbon i det opprinnelige dobbeltbinding, og den fremstilte alkan blir endelig frigjort, R2HC-CHR2.

Denne mekanismen vil bli gjentatt så mange ganger som nødvendig, til alle H2 har reagert fullstendig.

referanser

  1. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organisk kjemi. Aminer. (10th utgaven.). Wiley Plus.
  2. Carey F. (2008). Organisk kjemi (Sjette utgave). Mc Graw Hill.
  3. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
  4. Lew J. (s.f.). Katalytisk hydrogenering av alkener. Kjemi LibreTexts. Hentet fra: chem.libretexts.org
  5. Jones D. (2018). Hva er katalytisk hydrogenering? - Mekanisme og reaksjon. Study. Hentet fra: study.com