Katalizinio hidrinimo charakteristikos, tipai ir mechanizmas



The katalizinis hidrinimas yra reakcija, kuria molekulinis vandenilis pridedamas prie junginio didesniu greičiu. H molekulė2 ji turi ne tik nutraukti savo kovalentinę jungtį, bet ir todėl, kad ji yra tokia maža, kad efektyvesni susidūrimai tarp jo ir junginio, prie kurio jis bus pridėtas, yra mažiau tikėtini..

Vandenilio receptoriaus junginys gali būti organinis arba neorganinis. Organiniuose junginiuose yra daugiau katalizinio hidrinimo pavyzdžių; ypač tiems, kurie turi farmakologinį aktyvumą arba kurie savo metalų junginiuose yra metalų junginiai.

Kas atsitinka, kai pridėta H2 į struktūrą, pilną anglies? Jis sumažina jo nesotumą, ty anglis pasiekia maksimalų paprastų obligacijų, kurios gali susidaryti, laipsnį.

Todėl H2 jis pridedamas prie dvigubų (C = C) ir trijų (C≡C) obligacijų; nors ji taip pat gali būti pridėta prie karbonilo grupių (C = O).

Taigi alkenai ir alkinai reaguoja kataliziniu hidrinimu. Analizuojant bet kokią struktūrą, galima prognozuoti, ar ji pridės H2 tik aptikus dvigubas ir trigubas nuorodas.

Indeksas

  • 1 Katalizinio hidrinimo savybės
    • 1.1 Vandenilio jungties plyšimai
    • 1.2 Eksperimentinis
  • 2 tipai
    • 2.1 Homogeniškas
    • 2.2 Heterogeninė
  • 3 Mechanizmas
  • 4 Nuorodos

Katalizinio hidrinimo charakteristikos

Šios reakcijos mechanizmas parodytas paveikslėlyje. Vis dėlto prieš aprašant jį būtina spręsti kai kuriuos teorinius aspektus.

Pilkų rutulių paviršiai žymi metalinius atomus, kurie, kaip bus matyti, yra hidrogeninimo katalizatoriai..

Vandenilio jungties plyšimas

Pradedantiesiems, hidrinimas yra egzoterminė reakcija, tai yra, ji išskiria šilumą dėl mažesnių energijos junginių susidarymo..

Tai paaiškinama susidariusių C-H jungčių stabilumu, kuriam reikalingas didesnis energijos kiekis tolesniam plyšimui nei reikalauja H-H jungtis molekuliniu vandeniliu..

Kita vertus, hidrinimas visada apima H-H jungties lūžimą. Šis plyšimas gali būti homolizinis, nes daugeliu atvejų:

H-H => H ∙ + ∙ H

Arba heterolitika, kuri gali įvykti, pavyzdžiui, kai cinko oksidas yra hidrintas, ZnO:

H-H => H+ + H-

Atkreipkite dėmesį, kad skirtumas tarp dviejų plyšimų yra toje, kaip paskirstomi ryšiai elektronuose. Jei jie paskirstomi vienodai (kovalentiškai), kiekvienas H baigiasi elektrono išsaugojimu; kadangi jei pasiskirstymas yra joniškai, vienas baigiasi be elektronų, H+, ir kitas laimėjo juos visiškai, H-.

Abu plyšimai yra įmanomi katalizinio hidrinimo metu, nors homolitinis leidžia sukurti loginį mechanizmą.

Eksperimentinis

Vandenilis yra dujos, todėl reikia burbuliuoti ir užtikrinti, kad tik skysčio paviršiuje vyrauja jis..

Kita vertus, hidrinamas junginys turi būti tirpinamas terpėje, ty vandenyje, alkoholyje, eteryje, esteriuose arba skystame amine; kitaip hidrinimas būtų labai lėtas.

Kai hidrinamasis junginys yra ištirpintas, reakcijos terpėje taip pat turi būti katalizatorius. Tai bus atsakinga už reakcijos greičio pagreitinimą.

Katalizinio hidrinimo metu paprastai naudojami smulkiai suskaldyti metalai iš nikelio, paladžio, platinos arba rodio, kurie yra netirpūs beveik visuose organiniuose tirpikliuose. Todėl bus dvi fazės: skysta fazė su ištirpusiu junginiu ir vandeniliu ir kieta fazė - katalizatoriaus fazė.

Šie metalai prisideda prie jų paviršiaus taip, kad vandenilis ir junginys reaguotų taip, kad susilpnėtų obligacijos.

Jie taip pat mažina rūšių difuzijos erdvę, didindami efektyvių molekulinių susidūrimų skaičių. Ne tik tai, bet ir reakcija vyksta metalo porose.

Tipai

Homogeniškas

Kalbama apie homogeninį katalizinį hidrinimą, kai reakcijos terpė susideda iš vienos fazės. Čia nėra vietos metalo naudojimui jų grynose būsenose, nes jos yra netirpios.

Vietoj to naudojami šių metalų organiniai junginiai, kurie yra tirpūs ir pasižymi dideliu derliu..

Vienas iš šių organinių junginių yra Wilkinsono katalizatorius: tris (trifenilfosfinas) rodio chloridas, [(C6H5)3P]3RhCl. Šie junginiai sudaro kompleksą su H2, aktyvuoti jį tolimesnei reakcijai į alkeną arba alkiną.

Homogeninis hidrinimas suteikia daug daugiau alternatyvų nei heterogeninė. Kodėl? Kadangi chemija yra organiniai junginiai yra gausūs: pakanka pakeisti metalą (Pt, Pd, Rh, Ni) ir ligandus (organines ar neorganines molekules, susijusias su metaliniu centru), kad gautumėte naują katalizatorių..

Heterogeninė

Heterogeninė katalizinė hidrinimo sistema, kaip minėta, turi dvi fazes: vieną skystį ir vieną kietą.

Be metalo katalizatorių yra ir kitų, kurie susideda iš kieto mišinio; pavyzdžiui, Lindlar katalizatorius, sudarytas iš platinos, kalcio karbonato, švino acetato ir chinolino.

Lindlar katalizatorius turi ypatingą savybę, kad jis yra nepakankamas alkenų hidrinimui; tačiau tai labai naudinga daliniam hidrinimui, ty jis puikiai veikia alkynuose:

RC≡CR + H2 => RHC = CHR

Mechanizmas

Vaizde parodomas katalizinio hidrinimo mechanizmas, naudojant katalizatorių kaip milteliai.

Pilkštos sferos atitinka metalo paviršių, pvz., Platiną. H molekulė2 (violetinė spalva) artėja prie metalinio paviršiaus, kaip antai tetra pakeistas alkenas, R2C = CR2.

H2 sąveikauja su elektronais, kurie eina per metalo atomus, ir atsiranda pertrauka, o laikinas ryšys sudaro H-M, kur M yra metalas. Šis procesas yra žinomas kaip chemisorbcija; tai yra cheminių jėgų adsorbcija.

Alkenas sąveikauja panašiai, tačiau jungtis suformuoja ją su dviguba jungtimi (punktyrine linija). H-H ryšys jau buvo susiskaldytas ir kiekvienas vandenilio atomas lieka prijungtas prie metalo; taip pat, kaip ir metalų centruose organiniuose katalizatoriuose, sudarant tarpinį kompleksą H-M-H.

Tada atsiranda H perėjimas į dvigubą jungtį ir atsidaro formuojant ryšį su metalu. Tada likusieji H prisijungia prie kitos pirminės dvigubos jungties anglies, o pagamintas alkanas galutinai atpalaiduoja, R2HC-CHR2.

Šis mechanizmas bus kartojamas tiek kartų, kiek reikia, kol bus įvykdytas visas H2 visiškai reagavo.

Nuorodos

  1. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organinė chemija. Aminai (10)th leidimas.). Wiley Plus.
  2. Carey F. (2008). Organinė chemija (Šeštasis leidimas). Mc Graw kalnas.
  3. Shiver & Atkins. (2008). Neorganinė chemija (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw kalnas.
  4. Lew J. (s.f.). Alkenų katalizinis hidrinimas. Chemija LibreTexts. Gauta iš: chem.libretexts.org
  5. Jones D. (2018). Kas yra katalizinis hidrinimas? - Mechanizmas ir reakcija. Tyrimas. Gauta iš: study.com