מאפייני הידרוגנציה קטליטיים, סוגים ומנגנונים

ה הידרוגנציה קטליטי היא התגובה שבה מימן מולקולרי מתווסף למתחם במהירויות גבוהות יותר. המולקולה של H₂ לא רק עליו לשבור תחילה את הקשר הקובליסטי שלו, אלא גם, כי זה כל כך קטן, התנגשויות יעיל בינה לבין המתחם אליו הוא יתווסף פחות סביר..

מתחם הקולטן מימן עשוי להיות אורגני או לא אורגני. ב תרכובות אורגניות הם שם דוגמאות נוספות של הידרוגנציה קטליטי נמצאים; במיוחד אלה המופיעים בפעילות תרופתית, או ששילבו מתכות במבנים שלהם (תרכובות אורגנו-מתכתיות).

מה קורה כאשר H נוסף₂ למבנה מלא פחמן? זה מקטין את חוסר ההבשלה שלה, כלומר, פחמן מגיע לרמה המקסימלית של קשרים פשוטים שיכולים להיווצר.

לכן, H₂ הוא הוסיף לזוגות (C = C) ו משולשים (C≡C) אג"ח; אם כי ניתן גם להוסיף את הקבוצות carbonyl (C = O).

לפיכך, alkenes ו alkynes מגיבים על ידי הידרוגנציה קטליטי. על ידי ניתוח שטחי של כל מבנה, ניתן לחזות האם הוא יוסיף או לא₂ עם רק גילוי קישורים כפולים ו משולשים.

אינדקס

• 1 תכונות של הידרוגנציה קטליטי
  • 1.1 קרעים של הקשר מימן
  • 1.2 ניסויי
• 2 סוגים
  • 2.1 הומוגנית
  • 2.2 הטרוגניות
• 3 מנגנון
• 4 הפניות

מאפיינים של הידרוגנציה קטליטי

המנגנון של תגובה זו מוצג בתמונה. עם זאת, יש צורך להתייחס כמה היבטים תיאורטיים לפני לתאר את זה.

משטחי התחומים האפורים מייצגים את האטומים המתכתיים, כפי שנראה, הם הזרזים של הידרוגנציה של מצוינות.

קשר מימן בקרע

בתור התחלה, הידרוגנציה היא תגובה אקסותרמית, כלומר, היא משחררת חום כתוצאה מהיווצרות של תרכובות אנרגיה נמוכות יותר.

זה מוסבר על ידי יציבות של C-H אג"ח יצרו, אשר דורשים יותר אנרגיה עבור הקרע שלה לאחר מכן נדרש על ידי H-H הקשר של מימן מולקולרי..

מצד שני, הידרוגנציה תמיד כרוכה שבירת הקשר H-H הראשון. קרע זה יכול להיות homolytic, כמו במקרים רבים:

H-H => H ∙ + ∙ H

או heterolítica, אשר יכול להתרחש, למשל, כאשר תחמוצת אבץ הוא hydrogenated, ZnO:

H-H => H⁺ + ח^-

שימו לב כי ההבדל בין שני הקרעים טמון באופן שבו האלקטרונים באג"ח מופצים. אם הם מופצים באופן שווה (קוולנטי), כל H בסופו של דבר שימור אלקטרון; ואילו אם ההפצה היא יונית, אחד מסתיים ללא אלקטרונים, ח⁺, והשני מנצח אותם לחלוטין, ח^-.

שני קרעים אפשריים הידרוגנציה קטליטי, אם כי homolytic מאפשר פיתוח של מנגנון לוגי עבור זה.

ניסיוני

מימן הוא גז, ולכן, חייב להיות מבעבע מובטחת כי רק היא שולטת על פני השטח של הנוזל.

מצד שני, המתחם להיות hydrogenated צריך להיות solubilized במדיום, יהיה זה מים, אלכוהול, אתר, אסטרים או אמינים נוזלי; אחרת, הידרוגנציה תעבור באיטיות רבה.

לאחר המתחם להיות hydrogenated הוא מומס, חייב להיות גם זרז במדיום התגובה. זה יהיה אחראי להאיץ את מהירות התגובה.

בשנות ה הידרוגנציה קטליטית זה בדרך כלל מחולק דק מתכות של ניקל, פלדיום, פלטינה או רודיום, אשר אינם מסיסים כמעט בכל בממסים אורגניים המשמשים. לכן יהיו שני שלבים: שלב נוזלי עם המסה מומס ומימן, ואת שלב מוצק, זה של זרז.

מתכות אלה לתרום את פני השטח שלהם, כך המימן ואת המתחם להגיב, באופן כזה כי הפסקות של אג"ח הם agilized.

כמו כן, הם להפחית את שטח של דיפוזיה של המין, הגדלת מספר התנגשויות מולקולריות יעיל. לא רק זה, אבל אפילו התגובה מתרחשת בתוך הנקבוביות של המתכת.

סוגים

הומוגנית

יש מדברים על הידרוגנציה קטליטי הומוגני כאשר המדיום התגובה מורכב שלב אחד. כאן אין מקום לשימוש במתכות במצבים הטהורים שלהם, שכן הם אינם מסיסים.

במקום זאת, תרכובות organometallic של מתכות אלה משמשים, אשר מסיסים, וכן הוכחו יש תשואות גבוהות..

אחד התרכובות האורגנו-מטאליות הללו הוא הזרז של וילקינסון: tris (triphenylphosphine) רודיום כלורי, [(C₆ח₅)₃P]₃RhCl. תרכובות אלה יוצרים מורכבת עם H₂, הפעלת אותו עבור התגובה שלה לאחר מכן תגובה אלקן או alkyne.

ההידרוגנציה ההומוגנית מציבה חלופות רבות יותר מזו של ההטרוגניות. למה? בגלל הכימיה היא תרכובות אורגנו-הוא שופע: פשוט לשנות את המתכת (Pt, Pd, Rh, Ni) ואת ליגנד (מולקולות אורגניות או אורגניים כבול למרכז מתכת), עבור זרז חדש.

הטרוגנית

ההידרוגנציה הקטליטית ההטרוגנית, כאמור, כוללת שני שלבים: נוזל אחד ואחד מוצק.

בנוסף זרזים מתכת, ישנם אחרים הכוללים תערובת מוצק; למשל, הזרז Lindlar, המורכב פלטינה, סידן פחמתי, עופרת להוביל, קווינולין.

הזרז Lindlar יש את הפרטיות כי הוא חסר עבור הידרוגנציה של alkenes; עם זאת, זה מאוד שימושי עבור hydrogenations חלקית, כלומר, זה עובד מצוין על alkynes:

RC≡CR + H₂ => RHC = CHR

מנגנון

התמונה מראה את מנגנון הידרוגנציה קטליטי באמצעות מתכת כתוש כזרז.

התחומים האפורים תואמים את המשטח המתכתי של, למשל, פלטינה. המולקולה H₂ (צבע סגול) מתקרבת למשטח המתכת כמו אלקטרה tetra להחליף, R₂C = CR₂.

ח₂ אינטראקציה עם אלקטרונים לרוץ דרך אטומי המתכת, הפסקה מתרחשת טפסים אג"ח זמני H-M, שם M הוא המתכת. תהליך זה ידוע בשם chemisorption; כלומר, ספיחה על ידי כוחות כימיים.

Alkene אינטראקציה באופן דומה, אבל הקישור יוצר אותו עם הקשר הכפול שלה (קו מקווקו). הקשר H- H כבר ניתק כל אטום מימן נשאר מלוכדות המתכת; באותו אופן זה עושה עם מרכזי מתכת ב זרזים organometallic, ויצרו מורכב בינוני H-M-H.

ואז מתרחשת העברה של H אל הקשר הכפול, והיא נפתחת ליצירת קשר עם המתכת. לאחר מכן, ה- H הנותר מצטרף לפחמן השני של הקשר הכפול המקורי, והאלקן המיוצר משוחרר לבסוף, R₂HC-CHR₂.

מנגנון זה יחזור על עצמו פעמים רבות ככל שיידרש, עד שכל ה- H₂ הגיבו לחלוטין.

הפניות

1. גרהם סולומונס ט. וו. קרייג ב. פרייהל. (2011). כימיה אורגנית. Amines (10)^ה מהדורה). ויילי פלוס.
2. קארי פ. (2008). כימיה אורגנית (מהדורה ששית). מק גרב היל.
3. צמרמורת & אטקינס. (2008). כימיה אנאורגנית (מהדורה רביעית). מק גרב היל.
4. Lew J. (s.f.). הידרוגנציה קטליטית של אלקנים. כימיה. מקור: chem.libretexts.org
5. ג 'ונס ד (2018). מהי הידרוגנציה קטליטית? - מנגנון & תגובה. מחקר. מקור: