KATALITINIS HIDRINIMAS: CHARAKTERISTIKOS, TIPAI IR MECHANIZMAS - CHEMIJA - 2025

Katalizinio hidrinimo yra reakcija, kurios molekulinė vandenilis pridedama į junginį, dideliu greičiu. Turi patikrinti ne tik O ₂ molekulės pirmoji pertrauka savo kovalentinę jungtį, bet taip pat, būdamas mažas, Efektyviausi susidūrimai tarp jo ir junginio, į kurį jis bus pridėta mažiau tikėtina.

Vandenilio receptorių junginys gali būti arba organinis, arba neorganinis. Katalitinio hidrinimo pavyzdžiai dažniausiai randami organiniuose junginiuose; ypač tie, kurie pasižymi farmakologiniu aktyvumu arba kurių struktūroje yra metalų (metalo organinių junginių).

Šaltinis: Gabrielis Bolívaras

Kas atsitinka, kai H ₂ papildomas su anglies-supakuoti struktūros? Jo neprisotinimas mažėja, tai yra, anglis pasiekia maksimalų paprastų ryšių laipsnį, kurį ji gali sudaryti.

Taigi, H ₂ prideda dvigubai (C = C) ir trigubos (CC) jungtimis; nors jis taip pat gali būti dedamas į karbonilo grupes (C = O).

Taigi, pridedami alkenai ir alkinai reaguoja kataliziškai hidrindami. Paviršutiniškai išanalizavus bet kurią struktūrą, galima nuspėti, ar ji pridės H _2, tiesiog aptikusi dvigubus ir trigubus ryšius.

Katalitinio hidrinimo savybės

Paveikslėlis parodo šios reakcijos mechanizmą. Tačiau prieš tai apibūdinant, būtina atkreipti dėmesį į kai kuriuos teorinius aspektus.

Pilkšvų sferų paviršiai vaizduoja metalinius atomus, kurie, kaip bus matyti, yra hidrinimo katalizatoriai, par excellence.

Vandenilio ryšys nutrūksta

Pirmiausia, hidrinimas yra egzoterminė reakcija, tai yra, ji išskiria šilumą, nes susidaro junginiai su mažesne energija.

Tai paaiškinama susiformavusių CH jungčių, kurioms reikalingas daugiau energijos, nei reikia molekulinio vandenilio HH ryšiui, stabilumu.

Kita vertus, hidrinant visada pirmiausia reikia nutraukti HH ryšį. Šis plyšimas gali būti homolitinis, nes tai atsitinka daugeliu atvejų:

HH => H ∙ + ∙ H

Arba heteroliziniai, kurie gali atsirasti, pavyzdžiui, hidrinant cinko oksidą ZnO:

HH => H ⁺ + H ^-

Atkreipkite dėmesį, kad skirtumas tarp dviejų lūžių yra tai, kaip pasiskirsto elektronai, esantys obligacijose. Jei jie pasiskirsto tolygiai (kovalentiškai), kiekvienas H galiausiai išsaugo vieną elektroną; tuo tarpu, jei pasiskirstymas yra joninis, vienas baigiasi be elektronų, H ⁺ , o kitas juos įgyja visiškai, H ^- .

Abi katalizinio hidrinimo metu galimos abi pertraukos, nors homolitinis leidžia atsisakyti loginio mechanizmo to sukūrimui.

Eksperimentinis

Vandenilis yra dujos, todėl jį reikia pūsti ir įsitikinti, kad skysčio paviršiuje vyrauja tik jis.

Kita vertus, hidrogeninamas junginys turi būti tirpinamas terpėje, nesvarbu, ar tai būtų vanduo, alkoholis, eteris, esteriai ar skystas aminas; kitaip hidrinimas vyktų labai lėtai.

Kai hidrinamas junginys ištirps, reakcijos terpėje taip pat turi būti katalizatorius. Tai bus atsakinga už reakcijos greičio padidėjimą.

Katalitiniame hidrinime dažniausiai naudojami smulkiai suskaidyti nikelio, paladžio, platinos ar rodžio metalai, kurie netirpsta beveik visuose organiniuose tirpikliuose. Todėl bus dvi fazės: skysta fazė, kurioje junginys ir vandenilis yra ištirpinta, ir kieta fazė, katalizatoriaus fazė.

Šie metalai suteikia vandeniliui ir junginiui savo paviršių, kad jis galėtų reaguoti taip, kad pagreitėtų ryšių nutrūkimas.

Jie taip pat sumažina rūšių difuzinę erdvę, padidindami efektyvių molekulinių susidūrimų skaičių. Ne tik tai, bet ir reakcija vyksta metalo porose.

Tipai

Homogeninis

Kalbame apie vienalytį katalitinį hidrinimą, kai reakcijos terpę sudaro viena fazė. Čia netinka metalų grynosios būsenos, nes jie yra netirpūs.

Vietoj to naudojami metalų organiniai junginiai, kurie tirpsta ir, kaip nustatyta, turi didelį derlingumą.

Vienas iš šių organinių metalų junginių yra Wilkinsono katalizatorius: tris (trifenilfosfinas) rodžio chloridas, ₃ RhCl. Šie junginiai sudaro kompleksą su H ₂ , įjungiant jį, kad po to reakcijai į alkeno arba alkino.

Homogeninis hidrinimas pateikia daug daugiau alternatyvų nei nevienalytis. Kodėl? Kadangi chemija yra metalo organinių junginių, gausu: norint gauti naują katalizatorių, pakanka pakeisti metalą (Pt, Pd, Rh, Ni) ir ligandus (organines ar neorganines molekules, sujungtas su metalo centru).

Nevienalytis

Heterogeninis katalitinis hidrinimas, kaip ką tik minėta, turi dvi fazes: vieną skystą ir kitą kietą.

Be metalinių katalizatorių, yra ir kitų, kuriuos sudaro kietas mišinys; pavyzdžiui, Lindlar katalizatorius, kurį sudaro platina, kalcio karbonatas, švino acetatas ir chinolinas.

„Lindlar“ katalizatorius pasižymi tuo ypatumu, kad jo trūksta alkenų hidrinimui; Tačiau jis yra labai naudingas daliniam hidrinimui, tai yra, jis puikiai veikia alkinus:

RC≡CR + H ₂ => RHC = CHR

Mechanizmas

Paveikslėlyje parodytas katalitinio hidrinimo mechanizmas, naudojant kaip metalą miltelius.

Pilkšvos sferos atitinka, tarkime, platinos, metalinį paviršių. H ₂ molekulė (purpurinės spalvos) priartėja prie metalo paviršiaus kaip ir tetra pakeistas alkeno, R ₂ , C = CR ₂ .

H ₂ sąveikauja su elektronų, kad teka per metalo atomų, ir plyšimas ir formavimas laikinai jungties HM kyla, kuriame M yra metalas. Šis procesas yra žinomas kaip chemosorbcija; tai yra, adsorbcija cheminių jėgų dėka.

Alkenas sąveikauja panašiai, tačiau jungtį formuoja jo dviguba jungtis (punktyrinė linija). HH ryšys jau išsiskyrė ir kiekvienas vandenilio atomas liko sujungtas su metalu; tą patį daro su metalų centrais metalo organiniuose katalizatoriuose, sudarydami tarpinį HMH kompleksą.

Tada įvyksta H migracija link dvigubos jungties, ir tai atsidaro, sudarydama jungtį su metalu. Likusi O tada prisijungia prie kitos anglies pradinio dviguba jungtimi, ir pagamintos alkanu, R ₂ HC-CHR ₂ , yra galutinai grąžinama .

Šis mechanizmas bus kartojamas tiek kartų, kiek reikia, kol visas H ₂ visiškai reaguoja.

Nuorodos

1. Grahamas Solomonsas TW, Craigas B. Fryhle'as. (2011). Organinė chemija. Aminai. (10 ^-asis leidimas). „Wiley Plus“.
2. Carey F. (2008). Organinė chemija. (Šeštas leidimas). Mc Graw Hill.
3. Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
4. Lew J. (nd). Katalizinis alkenų hidrinimas. Chemija „LibreTexts“. Atkurta iš: chem.libretexts.org
5. Jones D. (2018). Kas yra katalitinis hidrinimas? - Mechanizmas ir reakcija. Tyrimas. Atgauta iš: study.com