Det katalytisk hydrogenering Det er reaktionen, hvormed molekylært brint tilsættes til en forbindelse i højere hastigheder. H-molekyletto Ikke kun skal det først bryde sin kovalente binding, men det er også mindre sandsynligt at være så små, effektive kollisioner mellem det og forbindelsen, hvortil det vil blive tilsat..
Hydrogenreceptorforbindelsen kan enten være organisk eller uorganisk. I organiske forbindelser findes de fleste eksempler på katalytisk hydrogenering; især dem, der har farmakologisk aktivitet, eller som har metaller inkorporeret i deres strukturer (organometalliske forbindelser).
Hvad sker der, når H tilføjesto til en struktur fuld af kulstof? Dens umætning falder, det vil sige kulstof når den maksimale grad af enkle bindinger, som det kan danne.
Derfor er Hto det føjes til de dobbelte (C = C) og tredobbelte (C≡C) bindinger; skønt det også kan sættes til carbonylgrupper (C = O).
Således reagerer de tilsatte alkener og alkyner ved katalytisk hydrogenering. Ved overfladisk at analysere enhver struktur kan det forudsiges, om det vil tilføje H eller ejto bare ved at opdage dobbelt- og tredobbeltbindinger.
Artikelindeks
Billedet viser mekanismen for denne reaktion. Det er dog nødvendigt at behandle nogle teoretiske aspekter, før vi beskriver det.
Overfladerne på de gråkugler repræsenterer de metalliske atomer, som, som det ses, er katalysatorer for hydrogenering par excellence..
Til at begynde med er hydrogenering en eksoterm reaktion, dvs. frigiver varme som et resultat af dannelsen af forbindelser med lavere energi..
Dette forklares med stabiliteten af dannede CH-bindinger, som kræver mere energi for deres efterfølgende brud end den, der kræves af H-H-bindingen af molekylært brint..
På den anden side involverer hydrogenering altid at bryde H-H-bindingen først. Dette brud kan være homolytisk, som det sker i mange tilfælde:
H-H => H ∙ + ∙ H
Eller heterolytisk, som f.eks. Kan forekomme, når zinkoxid, ZnO, er hydrogeneret:
H-H => H+ + H-
Bemærk, at forskellen mellem de to brud ligger i, hvordan elektronerne i båndet fordeles. Hvis de fordeles jævnt (kovalent), ender hvert H med at bevare en elektron; hvorimod hvis partitionen er ionisk, ender man uden elektroner, H+, og den anden vinder dem fuldstændigt, H-.
Begge brud er mulige i katalytisk hydrogenering, skønt homolytisk tillader at give plads til udviklingen af en logisk mekanisme til dette..
Brint er en gas, og derfor skal det bobles, og det skal sikres, at kun det dominerer på væskeoverfladen..
På den anden side skal forbindelsen, der skal hydrogeneres, opløses i et medium, det være sig vand, alkohol, ether, estere eller en flydende amin; ellers ville hydrogenering gå meget langsomt.
Opløst forbindelsen, der skal hydrogeneres, skal der også være en katalysator i reaktionsmediet. Dette er ansvarligt for at accelerere reaktionshastigheden.
Ved katalytisk hydrogenering anvendes ofte findelte metaller af nikkel, palladium, platin eller rhodium, som er uopløselige i næsten alle organiske opløsningsmidler. Derfor vil der være to faser: en flydende fase med forbindelsen og hydrogen opløst og en fast, den af katalysatoren..
Disse metaller giver deres overflade, så brintet og forbindelsen reagerer på en sådan måde, at brydningen af bindinger fremskyndes..
På samme måde mindsker de artens diffusionsrum og øger antallet af effektive molekylære kollisioner. Ikke kun det, men selv reaktionen finder sted inde i metalets porer..
Vi taler om homogen katalytisk hydrogenering, når reaktionsmediet består af en enkelt fase. Her er der ikke noget sted at bruge metaller i deres rene tilstand, da de er uopløselige.
I stedet anvendes organometalliske forbindelser af disse metaller, som er opløselige og har vist sig at have høje udbytter..
En af disse organometalliske forbindelser er Wilkinson's katalysator: tris (triphenylphosphin) rhodiumchlorid, [(C2H2)6H5)3P]3RhCl. Disse forbindelser danner et kompleks med Hto, aktivering af den til dens efterfølgende additionsreaktion til alken eller alkyn.
Homogen hydrogenering har mange flere alternativer end heterogen. Hvorfor? Fordi kemi er, er de organometalliske forbindelser rigelige: det er nok at ændre metallet (Pt, Pd, Rh, Ni) og liganderne (de organiske eller uorganiske molekyler bundet til metalcentret) for at opnå en ny katalysator.
Heterogen katalytisk hydrogenering har som netop nævnt to faser: den ene væske og den anden faste..
Ud over metalliske katalysatorer er der andre, der består af en fast blanding; for eksempel Lindlars katalysator, der består af platin, calciumcarbonat, blyacetat og quinolin.
Lindlar-katalysatoren har det særlige, at den er mangelfuld til hydrogenering af alkener; Det er dog meget nyttigt til delvise hydrogeneringer, det vil sige det fungerer fremragende på alkyner:
RC≡CR + Hto => RHC = CHR
Billedet viser mekanismen til katalytisk hydrogenering ved hjælp af pulveriseret metal som katalysator.
De grålige kugler svarer til den metalliske overflade af f.eks. Platin. Molekylet Hto (lilla farve) tilnærmer metaloverfladen, ligesom tetrasubstitueret alken, RtoC = CRto.
Hto det interagerer med de elektroner, der bevæger sig gennem metallets atomer, og der opstår et brud og dannelse af en midlertidig H-M-binding, hvor M er metallet. Denne proces er kendt som kemisorption; dvs. adsorption af kemiske kræfter.
Alken interagerer på en lignende måde, men bindingen er dannet af dens dobbeltbinding (stiplet linje). H-H-bindingen er allerede adskilt, og hvert hydrogenatom forbliver bundet til metallet; på samme måde som det gør det med de metalliske centre i de organometalliske katalysatorer, der danner et mellemkompleks H-M-H.
Derefter er der en migration af et H mod dobbeltbindingen, og dette åbner og danner en binding med metallet. Den resterende H binder derefter til det andet carbon i den oprindelige dobbeltbinding, og den producerede alkan, R, frigives endelig.toHC-CHRto.
Denne mekanisme gentages så mange gange som nødvendigt, indtil al Hto har reageret fuldt ud.
Endnu ingen kommentarer