De katalytische hydrogenering Het is de reactie waarbij moleculaire waterstof met hogere snelheden aan een verbinding wordt toegevoegd. Het H-molecuultwee Niet alleen moet het eerst zijn covalente binding verbreken, maar ook, omdat het zo klein is, zijn efficiënte botsingen tussen het en de verbinding waaraan het zal worden toegevoegd minder waarschijnlijk..
De waterstofreceptorverbinding kan organisch of anorganisch zijn. In organische verbindingen zijn de meeste voorbeelden van katalytische hydrogenering te vinden; vooral degenen die farmacologische activiteit hebben, of die metalen in hun structuren hebben opgenomen (organometaalverbindingen).
Wat gebeurt er als H wordt toegevoegdtwee naar een structuur vol koolstof? De onverzadiging ervan neemt af, dat wil zeggen dat koolstof de maximale graad van eenvoudige bindingen bereikt die het kan vormen.
Daarom is de H.twee het wordt toegevoegd aan de dubbele (C = C) en drievoudige (C≡C) bindingen; hoewel het ook kan worden toegevoegd aan carbonylgroepen (C = O).
De toegevoegde alkenen en alkynen reageren dus door katalytische hydrogenering. Door elke structuur oppervlakkig te analyseren, kan worden voorspeld of deze H zal toevoegen of niettwee gewoon door dubbele en drievoudige bindingen te detecteren.
Artikel index
De afbeelding toont het mechanisme van deze reactie. Het is echter noodzakelijk om enkele theoretische aspecten te bespreken alvorens deze te beschrijven.
De oppervlakken van de grijsachtige bollen stellen de metaalatomen voor die, zoals we zullen zien, bij uitstek de katalysatoren van de hydrogenering zijn..
Om te beginnen is hydrogenering een exotherme reactie, dat wil zeggen dat er warmte vrijkomt als gevolg van de vorming van verbindingen met lagere energie..
Dit wordt verklaard door de stabiliteit van de gevormde C-H-bindingen, die meer energie nodig hebben voor hun daaropvolgende verbreking dan vereist is voor de H-H-binding van moleculaire waterstof..
Aan de andere kant houdt hydrogenering altijd eerst het verbreken van de H-H-binding in. Deze breuk kan homolytisch zijn, zoals in veel gevallen gebeurt:
H-H => H ∙ + ∙ H
Of heterolytisch, wat bijvoorbeeld kan voorkomen wanneer zinkoxide, ZnO, wordt gehydrogeneerd:
H-H => H+ + H.-
Merk op dat het verschil tussen de twee breuken ligt in hoe de elektronen in de binding worden verdeeld. Als ze gelijkmatig (covalent) zijn verdeeld, behoudt elke H uiteindelijk één elektron; terwijl als de partitie ionisch is, er geen elektronen meer zijn, H.+, en de andere wint ze volledig, H-.
Beide breuken zijn mogelijk bij katalytische hydrogenering, hoewel homolytisch ruimte laat voor de ontwikkeling van een logisch mechanisme hiervoor..
Waterstof is een gas en daarom moet het worden geborreld en moet ervoor worden gezorgd dat alleen het overheerst op het oppervlak van de vloeistof..
Aan de andere kant moet de te hydrogeneren verbinding worden opgelost in een medium, of het nu water, alcohol, ether, esters of een vloeibaar amine is; anders zou de hydrogenering zeer langzaam verlopen.
Als de te hydrogeneren verbinding is opgelost, moet er ook een katalysator in het reactiemedium zitten. Dit zal verantwoordelijk zijn voor het versnellen van de reactiesnelheid.
Bij katalytische hydrogenering worden vaak fijn verdeelde metalen van nikkel, palladium, platina of rhodium gebruikt, die in bijna alle organische oplosmiddelen onoplosbaar zijn. Daarom zullen er twee fasen zijn: een vloeibare met de verbinding en waterstof opgelost, en een vaste, die van de katalysator..
Deze metalen zorgen voor hun oppervlak waarop de waterstof en de verbinding kunnen reageren, zodanig dat het verbreken van bindingen wordt versneld..
Evenzo verkleinen ze de diffusieruimte van de soort, waardoor het aantal effectieve moleculaire botsingen toeneemt. Niet alleen dat, maar zelfs de reactie vindt plaats in de poriën van het metaal..
We spreken van homogene katalytische hydrogenering als het reactiemedium uit een enkele fase bestaat. Hier is geen plaats voor het gebruik van metalen in hun pure staat, omdat ze onoplosbaar zijn.
In plaats daarvan worden organometaalverbindingen van deze metalen gebruikt, die oplosbaar zijn en waarvan is aangetoond dat ze hoge opbrengsten hebben..
Een van deze organometaalverbindingen is de katalysator van Wilkinson: tris (trifenylfosfine) rhodiumchloride, [(C6H.53P]3RhCl. Deze verbindingen vormen een complex met Htwee, het activeren voor de daaropvolgende toevoegingsreactie aan alkeen of alkyn.
Homogene hydrogenering heeft veel meer alternatieven dan heterogene. Waarom? Omdat chemie de organometaalverbindingen overvloedig is: het volstaat om het metaal (Pt, Pd, Rh, Ni) en de liganden (de organische of anorganische moleculen die aan het metaalcentrum zijn gekoppeld) te veranderen om een nieuwe katalysator te verkrijgen.
Heterogene katalytische hydrogenering kent, zoals zojuist vermeld, twee fasen: de ene vloeistof en de andere vaste stof..
Naast metallische katalysatoren zijn er andere die uit een vast mengsel bestaan; bijvoorbeeld Lindlar's katalysator, die bestaat uit platina, calciumcarbonaat, loodacetaat en chinoline.
De Lindlar-katalysator heeft de bijzonderheid dat hij tekortschiet voor de hydrogenering van alkenen; Het is echter erg handig voor gedeeltelijke hydrogeneringen, dat wil zeggen dat het uitstekend werkt op alkynen:
RC≡CR + Htwee => RHC = CHR
De afbeelding toont het mechanisme van katalytische hydrogenering met poedervormig metaal als katalysator.
De grijsachtige bollen komen overeen met het metalen oppervlak van bijvoorbeeld platina. Het molecuul Htwee (paarse kleur) benadert het metalen oppervlak evenals tetra-gesubstitueerd alkeen, RtweeC = CRtwee.
De Htwee het interageert met de elektronen die door de atomen van het metaal reizen, en er treedt een breuk en vorming van een tijdelijke H-M-binding op, waarbij M het metaal is. Dit proces staat bekend als chemisorptiondat wil zeggen een adsorptie door chemische krachten.
Alkene werkt op een vergelijkbare manier samen, maar de binding wordt gevormd door zijn dubbele binding (stippellijn). De H-H-binding is al gedissocieerd en elk waterstofatoom blijft aan het metaal gebonden; op dezelfde manier doet het het met de metaalcentra in de organometaalkatalysatoren, waardoor een tussenliggend complex H-M-H wordt gevormd.
Dan is er een migratie van een H naar de dubbele binding, en deze opent en vormt een binding met het metaal. De resterende H bindt zich vervolgens aan de andere koolstof van de oorspronkelijke dubbele binding en het geproduceerde alkaan, R, wordt uiteindelijk vrijgegeven.tweeHC-CHRtwee.
Dit mechanisme wordt zo vaak als nodig herhaald, totdat alle Htwee hebben volledig gereageerd.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.