hidrogenare catalitică Este reacția prin care se adaugă hidrogen molecular la un compus la viteze mai mari. Molecula HDouă Nu numai că trebuie mai întâi să-și rupă legătura covalentă, dar și, fiind atât de mici, coliziuni eficiente între acesta și compusul la care va fi adăugat sunt mai puțin probabile..
Compusul receptorului de hidrogen poate fi fie organic, fie anorganic. În compușii organici se găsesc cele mai multe exemple de hidrogenare catalitică; în special cele care au activitate farmacologică sau care au metale încorporate în structurile lor (compuși organometalici).
Ce se întâmplă când se adaugă HDouă la o structură plină de carbon? Nesaturarea sa scade, adică carbonul atinge gradul maxim de legături simple pe care le poate forma.
Prin urmare, HDouă se adaugă la legăturile duble (C = C) și triple (C≡C); deși poate fi adăugat și la grupările carbonil (C = O).
Astfel, alchenele și alchinele adăugate reacționează prin hidrogenare catalitică. Analizând superficial orice structură, se poate prezice dacă va adăuga sau nu HDouă doar prin detectarea legăturilor duble și triple.
Indice articol
Imaginea prezintă mecanismul acestei reacții. Cu toate acestea, este necesar să abordăm unele aspecte teoretice înainte de a le descrie.
Suprafețele sferelor cenușii reprezintă atomii metalici care, după cum se va vedea, sunt catalizatorii de hidrogenare prin excelență..
Pentru început, hidrogenarea este o reacție exotermă, adică eliberează căldură ca urmare a formării compușilor cu energie mai mică..
Acest lucru se explică prin stabilitatea legăturilor C-H formate, care necesită mai multă energie pentru ruperea lor ulterioară decât cea cerută de legătura H-H a hidrogenului molecular..
Pe de altă parte, hidrogenarea implică întotdeauna ruperea legăturii H-H mai întâi. Această ruptură poate fi omolitică, așa cum se întâmplă în multe cazuri:
H-H => H ∙ + ∙ H
Sau heterolitic, care poate apărea, de exemplu, atunci când oxidul de zinc, ZnO, este hidrogenat:
H-H => H+ + H-
Rețineți că diferența dintre cele două pauze constă în modul în care sunt distribuiți electronii din legătură. Dacă sunt distribuite uniform (covalent), fiecare H ajunge să păstreze un electron; întrucât dacă partiția este ionică, se ajunge fără electroni, H+, iar celălalt îi câștigă complet, H-.
Ambele rupturi sunt posibile în hidrogenarea catalitică, deși homoliticul permite să cedeze locul dezvoltării unui mecanism logic pentru aceasta..
Hidrogenul este un gaz și, prin urmare, trebuie barbotat și trebuie să se asigure că numai el predomină pe suprafața lichidului..
Pe de altă parte, compusul care trebuie hidrogenat trebuie solubilizat într-un mediu, fie el apă, alcool, eter, esteri sau o amină lichidă; altfel hidrogenarea ar continua foarte încet.
Dizolvat compusul care urmează să fie hidrogenat, trebuie să existe și un catalizator în mediul de reacție. Acesta va fi responsabil pentru accelerarea vitezei de reacție.
În hidrogenarea catalitică, se folosesc adesea metale fin divizate de nichel, paladiu, platină sau rodiu, care sunt insolubile în aproape toți solvenții organici. Prin urmare, vor exista două faze: una lichidă cu compusul și hidrogenul dizolvați și una solidă, cea a catalizatorului..
Aceste metale asigură suprafața lor pentru a reacționa hidrogenul și compusul, astfel încât ruperea legăturilor să fie accelerată..
La fel, acestea scad spațiul de difuzie al speciei, crescând numărul de coliziuni moleculare eficiente. Nu numai asta, dar chiar și reacția are loc în interiorul porilor metalului..
Vorbim de hidrogenare catalitică omogenă atunci când mediul de reacție constă dintr-o singură fază. Aici nu există loc pentru utilizarea metalelor în starea lor pură, deoarece acestea sunt insolubile.
În schimb, se utilizează compuși organometalici ai acestor metale, care sunt solubili și s-a demonstrat că au randamente mari..
Unul dintre acești compuși organometalici este catalizatorul Wilkinson: clorură de tris (trifenilfosfină) rodiu, [(C6H5)3P]3RhCl. Acești compuși formează un complex cu HDouă, activându-l pentru reacția de adăugare ulterioară la alchenă sau alchină.
Hidrogenarea omogenă are mult mai multe alternative decât eterogene. De ce? Deoarece chimia este compușii organometalici este abundentă: este suficient să schimbați metalul (Pt, Pd, Rh, Ni) și liganzii (moleculele organice sau anorganice legate de centrul metalic), pentru a obține un nou catalizator.
Hidrogenarea catalitică heterogenă, după cum am menționat, are două faze: una lichidă și cealaltă solidă..
Pe lângă catalizatorii metalici, există și alții care constau dintr-un amestec solid; de exemplu, catalizatorul Lindlar, care este alcătuit din platină, carbonat de calciu, acetat de plumb și chinolină.
Catalizatorul Lindlar are particularitatea că este deficitar pentru hidrogenarea alchenelor; Cu toate acestea, este foarte util pentru hidrogenări parțiale, adică funcționează excelent pe alchine:
RC≡CR + HDouă => RHC = CHR
Imaginea prezintă mecanismul de hidrogenare catalitică folosind metalul praf ca catalizator.
Sferele cenușii corespund suprafeței metalice a, să zicem, platină. Molecula HDouă (culoarea violet) aproximează suprafața metalică la fel ca alchena tetra substituită, RDouăC = CRDouă.
HDouă interacționează cu electronii care călătoresc prin atomii metalului și are loc o ruptură și formarea unei legături temporare H-M, unde M este metalul. Acest proces este cunoscut sub numele de chemisorbție; adică o adsorbție de către forțe chimice.
Alchena interacționează într-un mod similar, dar legătura este formată din dubla sa legătură (linia punctată). Legătura H-H s-a disociat deja și fiecare atom de hidrogen rămâne legat de metal; în același mod o face cu centrele metalice din catalizatorii organometalici, formând un complex intermediar H-M-H.
Apoi, există o migrație a unui H către dubla legătură, iar aceasta se deschide formând o legătură cu metalul. H rămas se leagă apoi de celălalt carbon al dublei legături originale și alcanul produs, R, este eliberat în cele din urmă.DouăHC-CHRDouă.
Acest mecanism va fi repetat de câte ori este necesar, până la toate HDouă au reacționat pe deplin.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.