Katalytiska hydreringsegenskaper, typer och mekanism



den katalytisk hydrogenering är reaktionen genom vilken molekylärt väte sättes till en förening vid högre hastigheter. H molekylen2 inte bara måste den först bryta sin kovalenta bindning, men också, eftersom det är så litet, är det mindre troligt att effektiva kollisioner mellan den och den förening som den kommer att läggas till är mindre..

Vätereceptorföreningen kan vara organisk eller oorganisk. I organiska föreningar finns mer exempel på katalytisk hydrogenering; speciellt de som presenterar farmakologisk aktivitet eller som har införlivat metaller i deras strukturer (organometalliska föreningar).

Vad händer när H läggs till2 till en struktur full av kol? Det minskar dess omättnad, det vill säga kol når maximalt antal enkla bindningar som kan bildas.

Därför är H2 den läggs till dubbleringar (C = C) och tripplar (C≡C) bindningar; fastän det också kan sättas till karbonylgrupperna (C = 0).

Sålunda omsattes alkener och alkyner genom katalytisk hydrogenering. Genom att ytligt analysera vilken struktur som helst kan det förutsägas huruvida det kommer att lägga till H2 med endast detektering av dubbla och tredubbla länkar.

index

  • 1 Karakteristik av katalytisk hydrogenering
    • 1.1 Ruptures av vätebindningen
    • 1.2 Experimentellt
  • 2 typer
    • 2.1 homogen
    • 2,2 Heterogen
  • 3 mekanism
  • 4 referenser

Kännetecken för katalytisk hydrogenering

Mekanismen för denna reaktion visas i bilden. Det är emellertid nödvändigt att ta itu med några teoretiska aspekter innan de beskrivs.

De gråkolans ytor representerar metallatomerna som, som det kommer att ses, är katalysatorerna för hydrogeneringen av högsta kvalitet.

Bränslebindningsbrott

Till att börja med är hydrogenering en exoterm reaktion, det vill säga det släpper ut värme som ett resultat av bildandet av lägre energiförbindelser.

Detta förklaras av stabiliteten hos de bildade C-H-bindningarna, vilket kräver mer energi för dess efterföljande brott än vad som krävs av H-H-bindningen av molekylärt väte..

Å andra sidan involverar hydrogenering alltid först brytningen av H-H-bindningen. Detta brott kan vara homolytiskt, som i många fall:

H-H => H ∙ + ∙ H

Eller heterolítica, som kan uppstå, till exempel när zinkoxid hydreras, ZnO:

H-H => H+ + H-

Observera att skillnaden mellan de två sprickorna ligger i hur elektronerna i obligationen fördelas. Om de fördelas lika (kovalent), slutar varje H upp och bevarar en elektron; medan om fördelningen är joniskt slutar en utan elektroner, H+, och den andra vinner dem helt, H-.

Båda bristerna är möjliga vid katalytisk hydrogenering, även om homolytisk möjliggör utveckling av en logisk mekanism för detta.

experimentell

Väte är en gas, och därför måste den bubblas och garanteras att den bara överväger på vätskans yta.

Å andra sidan måste föreningen som skall hydreras solubiliseras i ett medium, vare sig det är vatten, alkohol, eter, estrar eller en flytande amin; annars skulle hydrogeneringen passera mycket långsamt.

När väl föreningen som skall hydreras upplöses, måste det också finnas en katalysator i reaktionsmediet. Detta kommer att vara ansvarigt för att accelerera reaktionshastigheten.

Vid katalytisk hydrogenering används vanligtvis finfördelade metaller av nickel, palladium, platina eller rodium, vilka är olösliga i nästan alla organiska lösningsmedel. Därför kommer det att finnas två faser: en vätskefas med den upplösta föreningen och väte, och en fast fas, den hos katalysatorn.

Dessa metaller bidrar med sin yta så att väte och förening reagerar, så att brytningarna av bindemedel agiliseras.

På samma sätt minskar de diffusionsrummet hos arten, vilket ökar antalet effektiva molekylära kollisioner. Inte bara det, men även reaktionen sker inom metallens porer.

Typ

homogen

Det finns tal om homogen katalytisk hydrogenering när reaktionsmediet består av en enda fas. Här finns inget utrymme för användning av metaller i sina rena tillstånd, eftersom de är olösliga.

I stället används organometalliska föreningar av dessa metaller, vilka är lösliga och har visat sig ha höga utbyten..

En av dessa organometalliska föreningar är Wilkinsons katalysator: tris (trifenylfosfin) rodiumklorid, [(C6H5)3P]3RhCI. Dessa föreningar bildar ett komplex med H2, aktiverar den för dess efterföljande tillsatsreaktion på alken eller alkyn.

Den homogena hydrogeneringen presenterar många fler alternativ än den heterogena. Varför? Eftersom kemi är de metallorganiska föreningarna är rikligt: ​​enkelt ändra metall (Pt, Pd, Rh, Ni) och liganden (organiska eller oorganiska molekyler bundna till metallcentrumet), för en ny katalysator.

heterogena

Den heterogena katalytiska hydrogeneringen, som just nämnts, har två faser: en vätska och en fast substans.

Förutom metallkatalysatorer finns det andra som består av en fast blandning; till exempel, Lindlar-katalysatorn, som består av platina, kalciumkarbonat, blyacetat och kinolin.

Lindlar-katalysatorn har speciteten att den är bristfällig för alkenernas hydrering; Det är dock mycket användbart för partiella hydrogeneringar, det vill säga det fungerar utmärkt på alkynerna:

RC = CR + H2 => RHC = CHR

mekanism

Bilden visar mekanismen för katalytisk hydrogenering med användning av en pulveriserad metall som en katalysator.

De gråa kulorna motsvarar den metalliska ytan av t.ex. platina. Molekylen H2 (lila färg) närmar sig metallytan som den tetrasubstituerade alkenen, R2C = CR2.

H2 interagerar med elektronerna som löper genom metallatomerna, och en paus uppträder och ett temporärt bindemedel bildar H-M, där M är metallen. Denna process är känd som kemisorption; det vill säga en adsorption av kemiska krafter.

Alken interagerar på ett liknande sätt, men länken bildar den med dubbelbindning (streckad linje). H-H-bindningen har redan dissocierats och varje väteatom förbli bunden till metallen; på samma sätt som med metallcentralerna i de organometalliska katalysatorerna, vilket bildar ett intermediärt komplex H-M-H.

Därefter sker en migrering av en H till dubbelbindningen, och den öppnar upp att bilda en bindning med metallen. Därefter sammanfogar den återstående H det andra kolet i den ursprungliga dubbelbindningen, och den framställda alkanen frigörs slutligen, R2HC-CHR2.

Denna mekanism kommer att upprepas så många gånger som nödvändigt tills alla H2 har reagerat fullständigt.

referenser

  1. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organisk kemi. Aminer. (10th upplagan.). Wiley Plus.
  2. Carey F. (2008). Organisk kemi (Sjätte upplagan). Mc Graw Hill.
  3. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
  4. Lew J. (s.f.). Katalytisk hydrogenering av alkener. Kemi LibreTexts. Hämtad från: chem.libretexts.org
  5. Jones D. (2018). Vad är katalytisk hydrogenering? - Mekanism och reaktion. Study. Hämtad från: study.com