Katalüütilised hüdrogeenimise omadused, tüübid ja mehhanism

The katalüütiline hüdrogeenimine on reaktsioon, mille abil lisatakse ühendile suurema kiirusega molekulaarne vesinik. H molekul₂ mitte ainult peab see kõigepealt katkestama oma kovalentse sideme, vaid ka seetõttu, et see on nii väike, et selle ja selle ühendi vahel on tõhusad kokkupõrked vähem tõenäolised..

Vesiniku retseptori ühend võib olla orgaaniline või anorgaaniline. Orgaanilistes ühendites on rohkem katalüütilise hüdrogeenimise näiteid; eriti need, mis esitavad farmakoloogilist aktiivsust või on lisanud metalle oma struktuuridesse (organometallühendid).

Mis juhtub, kui H on lisatud₂ süsinikuga täisstruktuuri? See vähendab selle küllastamatust, see tähendab, et süsinik saavutab lihtsa sideme maksimaalse taseme.

Seega, H₂ see lisatakse kahekordsetele (C = C) ja kolmik (C bondsC) võlakirjadele; seda võib lisada ka karbonüülrühmadele (C = O).

Seega reageerivad alkeenid ja alkünid katalüütilise hüdrogeenimisega. Iga struktuuri pealiskaudsel analüüsimisel võib ennustada, kas see lisab H-i või mitte₂ ainult kahe- ja kolmekordse lingiga.

Indeks

• 1 Katalüütilise hüdrogeenimise karakteristikud
  • 1.1 Vesiniksideme purunemine
  • 1.2 Eksperimentaalne
• 2 tüüpi
  • 2.1 Homogeenne
  • 2.2 Heterogeenne
• 3 Mehhanism
• 4 Viited

Katalüütilise hüdrogeenimise karakteristikud

Selle reaktsiooni mehhanism on kujutatud pildil. Siiski tuleb enne selle kirjeldamist käsitleda mõningaid teoreetilisi aspekte.

Hariliku sfääri pinnad esindavad metallilisi aatomeid, mis, nagu näha, on hüdrogeenimise katalüsaatorid par excellence.

Vesiniku sideme purunemine

Starterite puhul on hüdrogeenimine eksotermiline reaktsioon, st see vabastab soojust madalamate energiaühendite moodustumise tulemusena..

Selle põhjuseks on moodustunud C-H sidemete stabiilsus, mis vajavad järgneva purunemise jaoks rohkem energiat kui molekulaarse vesiniku H-H sidemega..

Teisest küljest tähendab hüdrogeenimine alati H-H sideme katkestamist. See rebend võib olla homolüütiline, sest paljudel juhtudel:

H-H => H + + H

Või heterolítica, mis võib esineda näiteks tsinkoksiidi hüdrogeenimisel, ZnO:

H-H => H⁺ + H^-

Pange tähele, et erinevus kahe purunemise vahel seisneb selles, kuidas sidemed sidemed on jaotatud. Kui nad jagunevad võrdselt (kovalentselt), jõuab iga H elektroni säilitamiseni; arvestades, et kui jaotus on iooniliselt, lõpeb üks ilma elektronideta, H⁺, ja teine ​​võidab need täielikult, H^-.

Mõlemad purunemised on võimalik katalüütilises hüdrogeenimises, kuigi homolüütiline võimaldab selle jaoks loogilise mehhanismi väljatöötamist.

Eksperimentaalne

Vesinik on gaas, mistõttu tuleb seda puhastada ja tagada, et ainult vedeliku pinnal domineerib see.

Teisest küljest tuleb hüdrogeenitav ühend lahustuda keskkonnas, olgu see siis vesi, alkohol, eeter, estrid või vedel amiin; vastasel juhul läbib hüdrogeenimine väga aeglaselt.

Kui hüdrogeenitav ühend on lahustunud, peab reaktsioonikeskkonnas olema ka katalüsaator. See vastutab reaktsiooni kiiruse kiirendamise eest.

Katalüütilises hüdrogeenimises kasutatakse tavaliselt peenestatud metalle niklist, pallaadiumist, plaatiinist või roodiumist, mis ei lahustu peaaegu kõigis orgaanilistes lahustites. Seetõttu on kaks faasi: vedel faas koos lahustunud ühendiga ja vesinikuga ning tahke faas, katalüsaatori faas.

Need metallid annavad oma pinna nii, et vesinik ja ühend reageerivad nii, et sidemete katkemised on agileerunud.

Samuti vähendavad nad liigi difusiooni ruumi, suurendades efektiivsete molekulaarsete kokkupõrgete arvu. Mitte ainult seda, vaid isegi reaktsioon toimub metalli poorides.

Tüübid

Homogeenne

Rääkitakse homogeensest katalüütilisest hüdrogeenimisest, kui reaktsioonikeskkond koosneb ühest faasist. Siin ei ole ruumi metallide kasutamiseks nende puhtates oludes, kuna need on lahustumatud.

Selle asemel kasutatakse nende metallide metallorgaanilisi ühendeid, mis on lahustuvad ja millel on tõestatud kõrge saagis..

Üks neist metallorgaanilistest ühenditest on Wilkinsoni katalüsaator: tris (trifenüülfosfiin) roodiumkloriid, [(C₆H₅)₃P]₃RhCl. Need ühendid moodustavad H-ga kompleksi₂, selle aktiveerimine selle järgnevaks reaktsiooniks alkeeni või alküüniga.

Homogeensel hüdrogeenimisel on palju rohkem alternatiive kui heterogeenne. Miks? Kuna keemia on metallorgaanilised ühendid, on uue katalüsaatori saamiseks piisav metalli (Pt, Pd, Rh, Ni) ja ligandide (metallikeskusega seotud orgaanilised või anorgaanilised molekulid) vahetamiseks..

Heterogeenne

Heterogeensel katalüütilisel hüdrogeenimisel, nagu mainiti, on kaks faasi: üks vedelik ja üks tahke aine.

Lisaks metallkatalüsaatoritele on ka teisi, mis koosnevad tahketest segudest; näiteks Lindlar-katalüsaator, mis koosneb plaatiinist, kaltsiumkarbonaadist, pliiatsetaadist ja kinoliinist.

Lindlari katalüsaatoril on eripära, et see on alkeenide hüdrogeenimiseks puudulik; siiski on see osaliselt hüdrogeenimisel väga kasulik, st see töötab suurepäraselt alküünidel:

RC≡CR + H₂ => RHC = CHR

Mehhanism

Pilt näitab katalüütilise hüdrogeenimise mehhanismi, kasutades katalüsaatorina pulbristatud metalli.

Hallikas sfäärid vastavad plaatina metallilisele pinnale. Molekul H₂ (lilla värv) läheneb metallpinnale nagu tetra-asendatud alkeen, R₂C = CR₂.

H₂ interakteerub metallide aatomeid läbivate elektronidega ja tekib murd ja ajutine side moodustab H-M, kus M on metall. Seda protsessi tuntakse kui chemisorption; see tähendab adsorptsiooni keemiliste jõudude poolt.

Alkeen interakteerub sarnaselt, kuid link moodustab selle kaksiksidemega (punktiirjoon). H-H side on juba dissotsieerunud ja iga vesinikuaatom on seotud metalliga; samamoodi nagu metallmetallkatalüsaatorite metallikeskustega, moodustades vahepealse kompleksi H-M-H.

Seejärel toimub H-i migratsioon kaksiksidemega ja see avaneb sideme moodustamiseks metalliga. Seejärel ühendab ülejäänud H algse kaksiksideme teise süsiniku ja vabaneb lõpuks saadud alkaan, R₂HC-CHR₂.

Seda mehhanismi korratakse nii palju kordi kui vaja, kuni kogu H₂ reageerinud täielikult.

Viited

1. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Orgaaniline keemia. Amiinid (10)^th väljaanne.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Orgaaniline keemia (Kuues väljaanne). Mc Grawi mägi.
3. Shiver & Atkins. (2008). Anorgaaniline keemia (Neljas väljaanne). Mc Grawi mägi.
4. Lew J. (s.f.). Alkeenide katalüütiline hüdrogeenimine. Keemia LibreTexts. Välja otsitud andmebaasist: chem.libretexts.org
5. Jones D. (2018). Mis on katalüütiline hüdrogeenimine? - mehhanism ja reaktsioon. Uuring. Välja otsitud: study.com