Ciri-ciri, jenis dan mekanisme hidrogenasi katalitik

The hidrogenasi pemangkin adalah tindak balas yang mana hidrogen molekul ditambah kepada sebatian pada kelajuan yang lebih tinggi. Molekul H₂ bukan sahaja ia mesti memecahkan ikatan kovalennya terlebih dahulu, tetapi juga, kerana ia adalah sangat kecil, perlanggaran yang berkesan di antaranya dan sebatian yang akan ditambah itu berkemungkinan kecil..

Kompaun reseptor hidrogen mungkin organik atau tidak organik. Dalam sebatian organik adalah di mana lebih banyak contoh hidrogenasi pemangkin dijumpai; terutamanya, mereka yang menunjukkan aktiviti farmakologi, atau yang telah memasukkan logam dalam struktur mereka (sebatian organometik).

Apa yang berlaku apabila H ditambah₂ kepada struktur penuh karbon? Ia mengurangkan ketidakseimbangannya, iaitu, karbon mencapai tahap maksimum bon mudah yang boleh terbentuk.

Oleh itu, H₂ ia ditambah kepada dua kali ganda (C = C) dan tiga kali ganda (C≡C) bon; walaupun ia juga boleh ditambah kepada kumpulan karbonil (C = O).

Oleh itu, alkena dan alkena direaksikan oleh penghidrogenan pemangkin. Dengan menganalisis apa-apa struktur dengan ketara, boleh diramalkan sama ada ia akan menambah H₂ dengan hanya mengesan pautan dua kali dan tiga kali ganda.

Indeks

• 1 Ciri-ciri hidrogenasi pemangkin
  • 1.1 Rupanya ikatan hidrogen
  • 1.2 Eksperimen
• 2 Jenis
  • 2.1 Homogen
  • 2.2 Heterogen
• 3 Mekanisme
• 4 Rujukan

Ciri-ciri penghidrogenan katalitik

Mekanisme tindak balas ini ditunjukkan dalam imej. Walau bagaimanapun, adalah perlu untuk menangani beberapa aspek teori sebelum menerangkannya.

Permukaan sfera abu-abu mewakili atom-atom logam yang, seperti yang akan dilihat, adalah pemangkin keunggulan penghidrogenan.

Pecahan ikatan hidrogen

Sebagai permulaan, hidrogenasi adalah reaksi eksotermik, iaitu, ia melepaskan haba sebagai hasil daripada pembentukan sebatian tenaga yang lebih rendah.

Ini dijelaskan oleh kestabilan ikatan C-H yang dibentuk, yang memerlukan lebih banyak tenaga untuk pecah berikutnya daripada yang diperlukan oleh ikatan hidrogen molekul H-H..

Sebaliknya, hidrogenasi sentiasa melibatkan pemecahan ikatan H-H pertama. Pecah ini boleh menjadi homolitik, seperti dalam banyak kes:

H-H => H ∙ + ∙ H

Atau heterolítica, yang boleh berlaku, misalnya, apabila zink oksida hidrogenasi, ZnO:

H-H => H⁺ + H^-

Perhatikan bahawa perbezaan antara kedua-dua ruptur terletak pada bagaimana elektron dalam ikatannya diagihkan. Sekiranya mereka diagihkan secara sama rata (kovalen), setiap H akan menstabilkan elektron; sedangkan jika pengedarannya secara ionis, satu berakhir tanpa elektron, H⁺, dan yang lain menang dengan sepenuhnya, H^-.

Kedua-dua pecah mungkin dalam penghidrogenan pemangkin, walaupun homolitik membolehkan pembangunan mekanisme logik untuk ini.

Eksperimen

Hidrogen adalah gas, dan oleh itu, mesti bubbled dan dijamin bahawa ia hanya mendominasi permukaan cecair.

Sebaliknya, sebatian yang harus dihidrogenasi harus diselesaikan dalam medium, sama ada air, alkohol, eter, ester atau amina cair; jika tidak, hidrogenasi akan lulus dengan perlahan.

Sebaik sahaja sebatian yang terhidrogenasi dibubarkan, mesti ada juga pemangkin dalam medium reaksi. Ini akan bertanggungjawab untuk mempercepatkan tindak balas.

Dalam hidrogenasi pemangkin, ia biasanya digunakan dengan logam halus, nikel, paladium, platinum atau rhodium, yang tidak larut dalam hampir semua pelarut organik. Oleh itu, akan ada dua fasa: fasa cair dengan sebatian dan hidrogen yang terbubar, dan fasa pepejal, iaitu pemangkin.

Logam-logam ini menyumbangkan permukaannya supaya hidrogen dan sebatian bertindak balas, sedemikian rupa sehingga pecahan ikatan digali.

Begitu juga, mereka mengurangkan ruang penyebaran spesies, meningkatkan bilangan pelanggaran molekul yang berkesan. Bukan itu sahaja, malah reaksi berlaku dalam liang logam.

Jenis

Homogen

Terdapat ceramah mengenai hidrogenasi pemangkin homogen apabila medium reaksi terdiri daripada fasa tunggal. Di sini tidak ada ruang bagi penggunaan logam di negeri tulen mereka, kerana mereka tidak larut.

Sebaliknya, sebatian organometal logam ini digunakan, yang larut, dan telah terbukti mempunyai hasil yang tinggi..

Salah satu sebatian organometal ini adalah pemangkin Wilkinson: tris (triphenylphosphine) rhodium chloride, [(C₆H₅)₃P]₃RhCl. Sebatian ini membentuk kompleks dengan H₂, mengaktifkannya untuk tindak balas tambahannya kepada alkena atau alkyne.

Penghidrogenan homogen memberikan lebih banyak alternatif berbanding dengan heterogen. Mengapa? Kerana kimia adalah sebatian organometal adalah banyak: ia cukup untuk mengubah logam (Pt, Pd, Rh, Ni) dan ligan (molekul organik atau bukan organik yang dikaitkan dengan pusat logam), untuk mendapatkan pemangkin baru.

Heterogen

Penghidrogenan pemangkin heterogen, seperti yang telah disebutkan, mempunyai dua fasa: satu cecair dan satu pepejal.

Sebagai tambahan kepada pemangkin logam, ada yang lain yang terdiri daripada campuran padat; sebagai contoh, pemangkin Lindlar, yang terdiri daripada platinum, kalsium karbonat, asetat plumbum, dan quinoline.

Pemangkin Lindlar mempunyai kekhususan yang kekurangan hidrogenasi alkena; Walau bagaimanapun, ia sangat berguna untuk hidrogenasi separa, iaitu, ia berfungsi dengan baik pada alkena:

RC≡CR + H₂ => RHC = CHR

Mekanisme

Imej menunjukkan mekanisme hidrogenasi pemangkin menggunakan logam yang dihancurkan sebagai pemangkin.

Lingkaran kelabu sesuai dengan permukaan metalik, katakan, platinum. Molekul H₂ (warna ungu) menghampiri permukaan logam seperti alkena tetra yang digantikan, R₂C = CR₂.

The H₂ berinteraksi dengan elektron-elektron yang berjalan melalui atom-atom logam, dan pecahan terjadi dan bentuk ikatan sementara H-M, di mana M adalah logam. Proses ini dikenali sebagai chemisorption; iaitu, penjerapan oleh kuasa kimia.

Alkene berinteraksi dengan cara yang sama, tetapi pautan membentuknya dengan ikatan berganda (garis putus-putusnya). Ikatan H-H telah dipisahkan dan setiap atom hidrogen tetap terikat dengan logam; dengan cara yang sama dengan pusat-pusat logam dalam pemangkin organometali, membentuk kompleks perantaraan H-M-H.

Kemudian penghijrahan H ke ikatan berganda berlaku, dan ia membuka membentuk ikatan dengan logam. Kemudian, baki H menyertai karbon lain dari ikatan berganda asal, dan alkane yang dihasilkan akhirnya dibebaskan, R₂HC-CHR₂.

Mekanisme ini akan diulang sebanyak yang diperlukan, sehingga semua H₂ telah bertindak balas sepenuhnya.

Rujukan

1. Graham Solomons T.W, Craig B. Fryhle. (2011). Kimia Organik. Amines (10^th edisi.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Kimia Organik (Edisi keenam). Mc Graw Hill.
3. Shiver & Atkins. (2008). Kimia anorganik (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
4. Lew J. (ms.). Hidrogenasi Alkenes Catalytic. Chemistry FreeTexts. Diperolehi daripada: chem.libretexts.org
5. Jones D. (2018). Apakah Hydrogenation Catalytic? - Mekanisme & Reaksi. Kajian. Diperolehi daripada: study.com