КАТАЛИТИЧКА ХИДРОГЕНАЦИЈА: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ВРСТЕ И МЕХАНИЗАМ - ХЕМИЈА - 2025

Каталитичком хидрогенизацијом је реакција којим се додаје молекуларни водоник у једињење при већим брзинама. Не само да морају Х ₂ молекул прва пишу своје ковалентну везу, али и бити тако мали, ефикасне сукоби њега и једињења на које ће бити додат је мање вероватно.

Једињење рецептора водоника може бити било органско или неорганско. Примери каталитичке хидрогенације најчешће се налазе у органским једињењима; нарочито оне који показују фармаколошку активност или који у своје структуре садрже уграђене метале (органометална једињења).

Извор: Габриел Боливар

Шта се дешава када Х ₂ се додаје у структуру угљеника пакује? Његова засићеност се смањује, то јест, угљеник достиже максималан степен једноставних веза које може да формира.

Стога, Х ₂ додаје се двоструком (Ц = Ц) и трипле (Ц = Ц) везе; иако се такође може додати карбонилним групама (Ц = О).

Тако, додани алкени и алкини реагирају каталитичким хидрогенирањем. Би површно Анализом било који објекат, може се предвидети да ли ће се додати Х ₂ управо детекцијом двоструке и троструке везе.

Карактеристике каталитичког хидрогенирања

На слици је приказан механизам ове реакције. Међутим, прије описивања потребно је позабавити се неким теоријским аспектима.

Површине сивкастих сфера представљају металне атоме који су, као што ћемо видети, катализатори хидрогенизације пар екцелленце.

Прекида веза водоника

За почетак, хидрогенација је егзотермна реакција, односно ослобађа се топлоте као резултат стварања једињења са нижом енергијом.

То се објашњава стабилношћу формираних ЦХ веза, којима је потребно више енергије за њихово касније разбијање него што то захтијева ХХ веза молекуларног водоника.

Са друге стране, хидрогенација увек прво укључује прекид ХХ везе. Ова руптура може бити хомолитна, као што се дешава у многим случајевима:

ХХ => Х ∙ + ∙ Х

Или хетеролитички, који се могу јавити, на пример, када се хидрогенише цинков оксид, ЗнО:

ХХ => Х ⁺ + Х ^-

Имајте на уму да разлика између два прекида лежи у томе како се електрони у вези дистрибуирају. Ако су распоређени равномерно (ковалентно), сваки Х завршава очувањем једног електрона; док је дистрибуција јонска, један завршава без електрона, Х ⁺ , а други их добија у потпуности, Х ^- .

Оба прекида могућа су у каталитичкој хидрогенацији, иако хомолитичка омогућава да се уступи место развоју логичког механизма за то.

Експериментално

Водоник је гас, па се стога мора удирати и мора се осигурати да само он преовлађује на површини течности.

Са друге стране, једињење које треба хидрогенизовати мора да се раствори у медијуму, било да се ради о води, алкохолу, етру, естерима или течном амину; иначе би се хидрогенизација одвијала врло споро.

Једном када се једињење које се хидрогенише раствара, мора да постоји и катализатор у реакционом медијуму. Ово ће бити одговорно за убрзање брзине реакције.

У каталитичком хидрогенирању често се користе фино подељени метали никла, паладија, платине или родијума, који су нерастворљиви у готово свим органским растварачима. Због тога ће постојати две фазе: течна фаза са раствореним једињењем и водоником и чврста фаза, катализатора.

Ови метали обезбеђују површину за водоник и једињење да реагују, на начин да се прекида веза убрзава.

Исто тако, смањују дифузијски простор врсте, повећавајући број ефикасних молекулских судара. И не само то, већ се чак и реакција одвија унутар пора метала.

Врсте

Хомоген

Говоримо о хомогеној каталитичкој хидрогенацији када се реакциони медијум састоји од једне фазе. Употреба метала у њиховом чистом стању се овде не уклапа, јер су нерастворљиви.

Уместо тога, користе се органометална једињења ових метала који су растворљиви и за које се показало да имају високе приносе.

Једно од ових металометалних једињења је Вилкинсон-ов катализатор: трис (трифенилфосфин) родијум хлорид, ₃ РхЦл. Ова једињења формира комплекс са Х ₂ , активирања за накнадно додавање реакција на алкена или алкина.

Хомогена хидрогенација представља много више алтернатива него хетерогена. Зашто? Пошто је хемија органометална једињења у изобиљу: довољно је да промените метал (Пт, Пд, Рх, Ни) и лиганде (органске или неорганске молекуле повезане са металним центром) да бисте добили нови катализатор.

Хетерогена

Хетерогена каталитичка хидрогенација, као што је већ поменуто, има две фазе: једну течну и једну чврсту.

Поред металних катализатора, постоје и други који се састоје од чврсте смеше; на пример, Линдларов катализатор, који се састоји од платине, калцијумовог карбоната, оловног ацетата и кинолина.

Линдлар катализатор има особину да има недостатак за хидрогенацију алкена; Међутим, веома је користан за делимичне хидрогенације, односно одлично делује на алкине:

РЦ≡ЦР + Х ₂ => РХЦ = ЦХР

Механизам

На слици је приказан механизам каталитичке хидрогенације коришћењем метала у праху као катализатора.

Сивкасте сфере одговарају металној површини, рецимо, платине. Х ₂ молекул (љубичаста боја) приближава металну површину као што то чини алкен тетра супституисани, Р ₂ Ц = ЦР ₂ .

Тхе Х ₂ интерагује са електрона који пролазе кроз атома метала, а руптуре и формирање привремене везе ХМ догоди, где М представља метал. Овај процес је познат као хемисорпција; то јест, адсорпција хемијских сила.

Алкене интерактивно дјелује на сличан начин, али веза је формирана његовом двоструком везом (испрекидана линија). ХХ веза се већ дисоцирала и сваки атом водоника остаје везан за метал; то чини исто са металним центрима у органометалним катализаторима, формирајући међупредметни ХМХ комплекс.

Тада долази до миграције Х према двострукој вези, а то се отвара формирајући везу са металом. Преостали Х затим везује за другог угљена првобитног двоструке везе, а произведене алкана, Р ₂ ХЦ-ЦХР ₂ , коначно објављен .

Овај механизам ће се понављати онолико пута колико је потребно, све док Х ₂ у потпуности реаговао.

Референце

1. Грахам Соломонс ТВ, Цраиг Б. Фрихле. (2011). Органска хемија. Амини. (10 ^Тх издање.). Вилеи Плус.
2. Цареи Ф. (2008). Органска хемија. (Шесто издање). Мц Грав Хилл.
3. Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија. (Четврто издање). Мц Грав Хилл.
4. Лев Ј. (други). Каталитичка хидрогенација Алкена. Цхемистри ЛибреТектс. Опоравак од: цхем.либретектс.орг
5. Јонес Д. (2018). Шта је каталитичка хидрогенација? - Механизам и реакција. Студи. Опоравак од: студи.цом