Каталитичке карактеристике хидрогенације, типови и механизми



Тхе каталитичко хидрогеновање је реакција којом се молекулски водоник додаје једињењу при већим брзинама. Молекул Х2 не само да прво мора да разбије своју ковалентну везу, већ такође, зато што је тако мала, ефикаснији судари између ње и једињења на које ће бити додани су мање вероватни..

Једињење рецептора водоника може бити органско или неорганско. У органским једињењима су тамо где је пронађено више примера каталитичке хидрогенације; посебно оне које представљају фармаколошку активност, или које имају уграђене метале у своје структуре (органометална једињења).

Шта се дешава када се дода Х2 на структуру пуну угљеника? Он смањује његову незасићеност, тј. Угљеник достиже максимални степен једноставних веза које се могу формирати.

Дакле, Х2 додаје се у парове (Ц = Ц) и троструке (Ц = Ц) везе; иако се такође може додати карбонилним групама (Ц = О).

Тако, алкен и алкини реагују каталитичком хидрогенацијом. Површински анализирајући било коју структуру, може се предвидети да ли ће додати Х2 само детектују двоструке и троструке везе.

Индек

  • 1 Карактеристике каталитичке хидрогенације
    • 1.1 Отпаци водоничне везе
    • 1.2 Експериментално
  • 2 Типови
    • 2.1 Хомогена
    • 2.2 Хетерогена
  • 3 Механизам
  • 4 Референце

Карактеристике каталитичке хидрогенације

Механизам ове реакције је приказан на слици. Међутим, неопходно је пре описивања неких теоријских аспеката.

Површине сивкастих сфера представљају металне атоме који су, као што ће се видети, катализатори хидрогенације пар екцелленце.

Пукнућа водоничне везе

За почетак, хидрогенација је егзотермна реакција, тј. Ослобађа топлоту као резултат формирања нижих енергетских једињења..

Ово се објашњава стабилношћу формираних Ц-Х веза, које захтевају више енергије за њено накнадно пуцање од оног које захтева Х-Х веза молекуларног водоника..

С друге стране, хидрогенација увек укључује прво разбијање Х-Х везе. Ова руптура може бити хомолитична, као у многим случајевима:

Х-Х => Х + + Х

Или хетеролитица, која се може појавити, на пример, када се цинков оксид хидрогенизује, ЗнО:

Х-Х => Х+ + Х-

Имајте на уму да разлика између ова два пукотина лежи у томе како су електрони у вези распоређени. Ако су једнако распоређени (ковалентно), сваки Х завршава са очувањем електрона; док је дистрибуција ионски, један завршава без електрона, Х+, а други их у потпуности осваја, Х-.

Оба руптура су могућа у каталитичкој хидрогенацији, мада хомолитик дозвољава развој логичког механизма за то.

Експериментално

Водоник је гас, и због тога мора да се пропушта и гарантује да само он доминира на површини течности.

С друге стране, једињење које ће бити хидрогенизовано мора да буде растворено у медијуму, било да је то вода, алкохол, етар, естри или течни амин; у супротном, хидрогенација ће проћи веома споро.

Једном када се једињење које се хидрогенира раствори, мора такође да постоји катализатор у реакционом медијуму. Ово ће бити одговорно за убрзавање брзине реакције.

У каталитичкој хидрогенацији се обично користе фино уситњени метали никла, паладијума, платине или родијума, који су нерастворљиви у скоро свим органским растварачима. Због тога ће постојати две фазе: течна фаза са раствореним једињењем и водоник, и чврста фаза, она катализатора.

Ови метали доприносе њиховој површини тако да водоник и једињење реагују на такав начин да се разбије везе.

Исто тако, они умањују простор дифузије врста, повећавајући број ефективних молекуларних судара. Не само то, већ се и реакција одвија унутар пора метала.

Типови

Хомогене

Говори се о хомогеној каталитичкој хидрогенацији када се реакциони медијум састоји од једне фазе. Овде нема места за употребу метала у њиховим чистим стањима, јер су они нерастворљиви.

Уместо тога, користе се органометална једињења ових метала, која су растворљива, и показало се да имају високе приносе..

Једно од ових органометалних једињења је Вилкинсонов катализатор: трис (трифенилфосфин) родијум хлорид, [(Ц6Х5)3П]3РхЦл. Ова једињења формирају комплекс са Х2, активирање за каснију реакцију додавања алкена или алкина.

Хомогена хидрогенација представља много више алтернатива од хетерогене. Зашто? Пошто је хемија органометална једињења у изобиљу: довољно је променити метал (Пт, Пд, Рх, Ни) и лиганде (органске или неорганске молекуле везане за метални центар), да би се добио нови катализатор..

Хетерогене

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

Поред металних катализатора, постоје и други који се састоје од чврсте мешавине; на пример, Линдлар-ов катализатор, који се састоји од платине, калцијум-карбоната, оловног ацетата и кинолина.

Линдлар-ов катализатор има специфичност да је недовољан за хидрогенацију алкена; међутим, веома је корисно за парцијална хидрогенација, то јест, одлично ради на алкинима:

РЦ≡ЦР + Х2 => РХЦ = ЦХР

Механизам

На слици је приказан механизам каталитичке хидрогенације употребом прашкастог метала као катализатора.

Сиве сфере одговарају металној површини, рецимо, платине. Молекул Х2 (љубичаста боја) приближава се површини метала као тетра супституисани алкен, Р2Ц = ЦР2.

Тхе Х2 интеракција са електронима који пролазе кроз атоме метала, и долази до прекида и привремене везе формира Х-М, где је М метал. Овај процес је познат као хемисорпција; то јест, адсорпција хемијских сила.

Алкен интерагује на сличан начин, али га веза формира двоструком везом (испрекиданом линијом). Х-Х веза је већ дисоцирана и сваки атом водоника остаје везан за метал; на исти начин као са металним центрима у органометалним катализаторима, формирајући интермедијарни комплекс Х-М-Х.

Тада долази до миграције Х у двоструку везу и отвара се формирањем везе са металом. Затим, преостали Х спаја други угљеник оригиналне двоструке везе, а произведени алкан се коначно ослобађа, Р2ХЦ-ЦХР2.

Овај механизам ће се понављати онолико пута колико је потребно, све док сви Х2 реаговали у потпуности.

Референце

  1. Грахам Соломонс Т.В., Цраиг Б. Фрихле. (2011). Органиц Цхемистри. Аминес (10тх едитион.). Вилеи Плус.
  2. Цареи Ф. (2008). Органиц Цхемистри (Шесто издање). Мц Грав Хилл.
  3. Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија (Четврто издање). Мц Грав Хилл.
  4. Лев Ј. (с.ф.). Каталитичка хидрогенација алкена. Цхемистри ЛибреТектс. Преузето са: цхем.либретектс.орг
  5. Јонес Д. (2018). Шта је каталитичка хидрогенација? - Механизам и реакција. Студија. Преузето са: студи.цом