De katalytisk hydrogenering Det er reaksjonen som molekylært hydrogen blir tilsatt til en forbindelse i høyere hastigheter. H-molekyletto Ikke bare må den først bryte sin kovalente binding, men det er også mindre sannsynlig å være så små, effektive kollisjoner mellom den og forbindelsen som den vil bli tilsatt..
Hydrogenreseptorforbindelsen kan enten være organisk eller uorganisk. I organiske forbindelser er der de fleste eksempler på katalytisk hydrogenering er funnet; spesielt de som har farmakologisk aktivitet, eller som har metaller innlemmet i strukturene (organometalliske forbindelser).
Hva skjer når H tilsettesto til en struktur full av karbon? Umettingen avtar, det vil si at karbon når den maksimale graden av enkle bindinger som den kan danne.
Derfor er Hto den blir lagt til de dobbelte (C = C) og tredobbelte (C≡C) bindinger; selv om det også kan tilsettes karbonylgrupper (C = O).
Således reagerer alkenene og alkynene ved katalytisk hydrogenering. Ved overflatisk å analysere en hvilken som helst struktur, kan det forutsies om den vil legge til Hto bare ved å oppdage dobbelt- og trippelbindinger.
Artikkelindeks
Bildet viser mekanismen for denne reaksjonen. Det er imidlertid nødvendig å ta opp noen teoretiske aspekter før du beskriver det.
Overflatene til de grå kulene representerer metallatomer som, som det vil sees, er katalysatorene for hydrogenering..
Til å begynne med er hydrogenering en eksoterm reaksjon, det vil si at den frigjør varme som et resultat av dannelsen av forbindelser med lavere energi..
Dette forklares av stabiliteten til dannede CH-bindinger, som krever mer energi for deres påfølgende brudd enn det som kreves av H-H-bindingen av molekylært hydrogen..
På den annen side innebærer hydrogenering alltid å bryte H-H-bindingen først. Dette bruddet kan være homolytisk, slik det skjer i mange tilfeller:
H-H => H ∙ + ∙ H
Eller heterolytisk, som for eksempel kan oppstå når sinkoksid, ZnO, er hydrogenert:
H-H => H+ + H-
Merk at forskjellen mellom de to bruddene ligger i hvordan elektronene i båndet fordeles. Hvis de fordeles jevnt (kovalent), ender hvert H opp med å bevare ett elektron; mens partisjonen er ionisk, ender man opp uten elektroner, H+, og den andre vinner dem helt, H-.
Begge bruddene er mulige i katalytisk hydrogenering, selv om homolytisk gjør det mulig å vike for utviklingen av en logisk mekanisme for dette..
Hydrogen er en gass, og derfor må den bobles og det må sikres at bare den dominerer på overflaten av væsken..
På den annen side må forbindelsen som skal hydrogeneres solubiliseres i et medium, det være seg vann, alkohol, eter, estere eller et flytende amin; ellers ville hydrogenering gå veldig sakte.
Oppløst forbindelsen som skal hydrogeneres, det må også være en katalysator i reaksjonsmediet. Dette vil være ansvarlig for å øke hastigheten på reaksjonen.
Ved katalytisk hydrogenering brukes ofte findelte metaller av nikkel, palladium, platina eller rodium, som er uoppløselige i nesten alle organiske løsningsmidler. Derfor vil det være to faser: en flytende, med forbindelsen og hydrogen oppløst, og en fast, den til katalysatoren..
Disse metallene gir overflaten til at hydrogenet og forbindelsen reagerer, på en slik måte at bindingen brytes raskere..
På samme måte reduserer de diffusjonsområdet til arten, og øker antallet effektive molekylære kollisjoner. Ikke bare det, men selv reaksjonen finner sted inne i metallets porene..
Vi snakker om homogen katalytisk hydrogenering når reaksjonsmediet består av en enkelt fase. Her er det ikke noe sted for bruk av metaller i deres rene tilstand, siden de er uoppløselige.
I stedet brukes organometalliske forbindelser av disse metallene som er oppløselige og har vist seg å ha høye utbytter..
En av disse organometalliske forbindelsene er Wilkinsons katalysator: tris (trifenylfosfin) rodiumklorid, [(C6H5)3P]3RhCl. Disse forbindelsene danner et kompleks med Hto, aktivere den for den etterfølgende tilsetningsreaksjonen til alken eller alkyn.
Homogen hydrogenering har mange flere alternativer enn heterogen. Hvorfor? Fordi kjemi er de organometalliske forbindelsene er det rikelig: det er nok å endre metallet (Pt, Pd, Rh, Ni) og ligandene (de organiske eller uorganiske molekylene knyttet til metallsenteret) for å oppnå en ny katalysator.
Heterogen katalytisk hydrogenering har, som nettopp nevnt, to faser: den ene væske og den andre faste..
I tillegg til metalliske katalysatorer er det andre som består av en fast blanding; for eksempel Lindlars katalysator, som består av platina, kalsiumkarbonat, blyacetat og kinolin.
Lindlar-katalysatoren har det spesielle at den er mangelfull for hydrogenering av alkener; Imidlertid er det veldig nyttig for delvise hydrogeneringer, det vil si at det fungerer utmerket på alkyner:
RC≡CR + Hto => RHC = CHR
Bildet viser mekanismen for katalytisk hydrogenering ved bruk av pulverisert metall som katalysator.
De gråaktig kulene tilsvarer den metalliske overflaten av for eksempel platina. Molekylet Hto (lilla farge) tilnærmer metalloverflaten, det samme gjør tetrasubstituert alken, RtoC = CRto.
Hto den samhandler med elektronene som beveger seg gjennom atomene i metallet, og et brudd og dannelse av en midlertidig H-M-binding oppstår, hvor M er metallet. Denne prosessen er kjent som kjemisorpsjon; altså en adsorpsjon av kjemiske krefter.
Alkene samhandler på en lignende måte, men bindingen dannes av sin dobbeltbinding (stiplet linje). H-H-bindingen har allerede dissosiert og hvert hydrogenatom forblir bundet til metallet; på samme måte som det gjør med metallsentrene i de organometalliske katalysatorene, og danner et mellomkompleks H-M-H.
Deretter er det en migrasjon av et H mot dobbeltbindingen, og dette åpner og danner en binding med metallet. Den gjenværende H binder seg deretter til det andre karbonet i den opprinnelige dobbeltbindingen, og den produserte alkanen, R, frigjøres til slutt.toHC-CHRto.
Denne mekanismen vil bli gjentatt så mange ganger som nødvendig, til alle Hto har reagert fullt ut.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.