- Katalītiskās hidrogenēšanas raksturojums
- Sadalās ūdeņraža saite
- Eksperimentāls
- Veidi
- Viendabīgs
- Heterogēns
- Mehānisms
- Atsauces
Katalītiskā hidrogenēšana, ir reakcija, ar kuru molekulārā ūdeņraža atoms ir pievienots savienojuma ar lielāku ātrumu. Ne tikai jābūt paaugstinātam H 2 molekulas vispirms salauzt savu kovalento saiti, bet arī, kas ir tik mazas, efektīvas sadursmes starp to un savienojumam ar kuru tas tiks pievienots, ir mazāk ticams.
Ūdeņraža receptoru savienojums var būt gan organisks, gan neorganisks. Katalītiskās hidrogenēšanas piemēri visbiežāk ir organiskos savienojumos; jo īpaši tie, kuriem ir farmakoloģiska aktivitāte vai kuru konstrukcijās ir metāli (organometālu savienojumi).
Avots: Gabriel Bolívar
Kas notiek, kad oglekļa iesaiņotai struktūrai pievieno H 2 ? Tā nepiesātinātība samazinās, tas ir, ogleklis sasniedz maksimālo vienkāršo saišu pakāpi, ko tas var veidot.
Tāpēc H 2 pievieno divkāršajām (C = C) un trīskāršajām (C≡C) saitēm; lai gan to var pievienot arī karbonilgrupām (C = O).
Tādējādi pievienotie alkēni un alkīni reaģē, katalītiski hidrogenējot. Virspusēji analizējot jebkuru struktūru, var paredzēt, vai tas pievienos H 2, tikai atklājot divkāršās un trīskāršās saites.
Katalītiskās hidrogenēšanas raksturojums
Attēlā parādīts šīs reakcijas mehānisms. Tomēr pirms tā aprakstīšanas ir jāpievēršas dažiem teorētiskiem aspektiem.
Pelēcīgi sfērisko virsmu attēlo metāliskie atomi, kas, kā redzēsim, ir hidrogenēšanas katalizatori par excellence.
Sadalās ūdeņraža saite
Sākumā hidrogenēšana ir eksotermiska reakcija, tas ir, tā izdala siltumu, veidojoties savienojumiem ar zemāku enerģiju.
Tas izskaidrojams ar izveidoto CH saišu stabilitāti, kurām to turpmākai pārrāvšanai ir vajadzīgs vairāk enerģijas, nekā prasa molekulārā ūdeņraža HH saite.
No otras puses, hidrogenēšana vienmēr vispirms nozīmē HH saites saraušanu. Šis plīsums var būt homolītisks, jo tas notiek daudzos gadījumos:
HH => H ∙ + ∙ H
Vai arī heterolītiski, kas var rasties, piemēram, cinka oksīda (ZnO) hidrogenēšanas gadījumā:
HH => H + + H -
Ņemiet vērā, ka atšķirība starp abiem pārtraukumiem slēpjas elektronā sadalījumā. Ja tie ir sadalīti vienmērīgi (kovalenti), katrs H galu galā saglabā vienu elektronu; savukārt, ja sadalījums ir jonisks, viens nonāk bez elektroniem, H + , un otrs tos iegūst pilnībā, H - .
Aktīvie katalītiskajā hidrogenēšanā ir iespējami abi pārtraukumi, lai gan homolītiskais ļauj veikt loģiska mehānisma attīstību.
Eksperimentāls
Ūdeņradis ir gāze, tāpēc tam jābūt burbuļotam un ir jāpārliecinās, ka tikai šķidruma virsmā ir šķidrums.
No otras puses, hidrogenējamais savienojums ir jāizšķīdina vidē, vai tas būtu ūdens, spirts, ēteris, esteri vai šķidrs amīns; pretējā gadījumā hidrogenēšana noritētu ļoti lēni.
Kad hidrogenējamais savienojums ir izšķīdis, reakcijas vidē jābūt arī katalizatoram. Tas būs atbildīgs par reakcijas ātruma paātrināšanu.
Katalītiskajā hidrogenēšanā parasti izmanto smalki sadalītus niķeļa, pallādija, platīna vai rodija metālus, kas nešķīst gandrīz visos organiskajos šķīdinātājos. Tāpēc būs divas fāzes: šķidrā fāze, kurā savienojums un ūdeņradis ir izšķīdis, un cietā fāze, kas ir katalizatora fāze.
Šie metāli nodrošina to virsmu, lai ūdeņradis un savienojums reaģētu tādā veidā, ka paātrinās saišu sabrukšana.
Tāpat tie samazina sugas difūzijas telpu, palielinot efektīvo molekulu sadursmju skaitu. Ne tikai tas, bet arī reakcija notiek metāla porās.
Veidi
Viendabīgs
Mēs runājam par viendabīgu katalītisko hidrogenēšanu, kad reakcijas vide sastāv no vienas fāzes. Šeit neietilpst metālu izmantošana tīrā stāvoklī, jo tie nešķīst.
Tā vietā tiek izmantoti šo metālu organiskie metālu savienojumi, kuri šķīst un ir pierādīts, ka tiem ir augsta raža.
Viens no šiem organisko metālu savienojumiem ir Vilkinsona katalizators: tris (trifenilfosfīns) rodija hlorīds, 3 RhCl. Šie savienojumi veido kompleksu ar H 2 , aktivējot to tālāka tās aditīva reakcija uz alkānu vai alkīngrupām.
Viendabīga hidrogenēšana piedāvā daudz vairāk alternatīvu nekā neviendabīga. Kāpēc? Tā kā ķīmija ir metālorganisko savienojumu klāsts, bagātīgi: lai iegūtu jaunu katalizatoru, pietiek ar metāla (Pt, Pd, Rh, Ni) un ligandu (organisko vai neorganisko molekulu, kas saistīti ar metāla centru) nomaiņu.
Heterogēns
Heterogēnai katalītiskajai hidrogenēšanai, kā tikko minēts, ir divas fāzes: viens šķidrums un otra cieta.
Papildus metāliskajiem katalizatoriem ir arī citi, kas sastāv no cieta maisījuma; piemēram, Lindlar katalizators, kas sastāv no platīna, kalcija karbonāta, svina acetāta un hinolīna.
Lindlar katalizatoram ir tāda īpatnība, ka tam trūkst alkēnu hidrogenēšanas; Tomēr tas ir ļoti noderīgs daļējai hidrogenēšanai, tas ir, tas lieliski darbojas uz alkīniem:
RC≡CR + H 2 => RHC = CHR
Mehānisms
Attēlā parādīts katalītiskās hidrogenēšanas mehānisms, par katalizatoru izmantojot pulverveida metālu.
Pelēcīgās sfēras atbilst, teiksim, platīna metāliskajai virsmai. H 2 molekula (purpura krāsa) tuvojas metāla virsmu kā to dara tetra aizvietota alkēngrupas, R 2 C = CR 2 .
H 2 mijiedarbojas ar elektroniem, kas iet caur metāla atomiem, un notiek īslaicīgas saites HM plīsums un veidošanās, kur M ir metāls. Šis process ir pazīstams kā ķemmisorbcija; tas ir, adsorbcija ar ķīmisku spēku palīdzību.
Alkens mijiedarbojas līdzīgi, bet saiti veido tā dubultā saite (punktēta līnija). HH saite jau ir atdalījusies, un katrs ūdeņraža atoms paliek piesaistīts metālam; tas pats notiek ar metāla centriem metālorganisko katalizatoros, veidojot starpposma HMH kompleksu.
Pēc tam notiek H migrācija uz divkāršo saiti, un tā tiek atvērta, veidojot saiti ar metālu. Atlikušo H tad saistās ar citu oglekļa sākotnējā dubultsaiti, un ražotais alkānu, R 2 HC-CHR 2 , tas ir pilnībā atbrīvots .
Šo mehānismu atkārtos tik reižu, cik nepieciešams, līdz visi H 2 būs pilnībā reaģējuši.
Atsauces
- Grehems Solomons TW, Kreigs B. Frīls. (2011). Organiskā ķīmija. Amīni. (10 th izdevums.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Organiskā ķīmija. (Sestais izdevums). Mc Graw Hill.
- Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. (Ceturtais izdevums). Mc Graw Hill.
- Lew J. (nd). Alkenu katalītiskā hidrogenēšana. Ķīmija LibreTexts. Atgūts no: chem.libretexts.org
- Džounss D. (2018). Kas ir katalītiskā hidrogenēšana? - Mehānisms un reakcija. Pētījums. Atgūts no: study.com