Katalyyttiset hydrausominaisuudet, tyypit ja mekanismi

katalyyttinen hydraus on reaktio, jolla molekyyli- vetyä lisätään yhdisteeseen suuremmilla nopeuksilla. H: n molekyyli₂ Ei vain on ensin rikkoa kovalenttinen sidos, mutta on niin pieni ovat vähemmän todennäköisesti tehokas törmäyksiä sen ja yhdisteen lisätään tarvittaessa.

Vety-reseptoriyhdiste voi olla orgaaninen tai epäorgaaninen. Orgaanisissa yhdisteissä on se, missä on enemmän esimerkkejä katalyyttisestä hydrauksesta; erityisesti ne, joilla on farmakologista aktiivisuutta tai jotka ovat liittäneet metalleja rakenteisiinsa (organometalliset yhdisteet).

Mitä tapahtuu, kun H lisätään₂ rakennetta, joka on täynnä hiiltä? Se vähentää sen tyydyttymättömyyttä, ts. Hiili saavuttaa mahdollisimman yksinkertaiset yksinkertaiset sidokset.

Siksi H₂ se lisätään kaksoiskappaleisiin (C = C) ja kolmois- (C≡C) sidoksiin; vaikka se voidaan myös lisätä karbonyyliryhmiin (C = O).

Täten alkeenit ja alkynit saatetaan reagoimaan katalyyttisellä hydrauksella. Analysoimalla pinnaltaan minkä tahansa rakenteen, voidaan ennustaa, lisääkö se H: tä₂ vain kaksois- ja kolminkertaiset linkit.

indeksi

• 1 Katalyyttisen hydrauksen ominaisuudet
  • 1.1 Vetysidoksen rikkoutuminen
  • 1.2 Kokeellinen
• 2 tyyppiä
  • 2.1 Homogeeninen
  • 2.2 Heterogeeninen
• 3 Mekanismi
• 4 Viitteet

Katalyyttisen hydrauksen ominaisuudet

Tämän reaktion mekanismi on esitetty kuvassa. On kuitenkin tarpeen käsitellä joitakin teoreettisia näkökohtia ennen sen kuvaamista.

Harmaiden pallojen pinnat edustavat metallisia atomeja, jotka, kuten nähdään, ovat hydrauksen par excellence katalyyttejä.

Vety- sidoksen rikkoutuminen

Aloittelijoille hydraus on eksoterminen reaktio, eli se vapauttaa lämpöä alhaisempien energiayhdisteiden muodostumisen seurauksena.

Tämä selitetään vakautta C-H-sidoksia muodostuu, jotka vaativat enemmän energiaa myöhemmin tauko kuin on H-H-sidoksen molekulaarisen vedyn.

Toisaalta hydraus sisältää aina H-H-sidoksen rikkomisen. Tämä repeämä voi olla homolyyttinen, kuten monissa tapauksissa:

H-H => H + + H

Tai heterolitica, joka voi tapahtua esimerkiksi, kun sinkkioksidi on hydrattu, ZnO:

H-H => H⁺ + H^-

Huomaa, että näiden kahden murtuman välinen ero on siinä, miten sidoksen elektronit jakautuvat. Jos ne jakautuvat tasaisesti (kovalenttisesti), kukin H päätyy säilyttämään elektronin; jos jakauma on ionisesti, toinen päättyy ilman elektroneja, H⁺, ja toinen voittaa ne kokonaan, H^-.

Molemmat repeytymät ovat mahdollisia katalyyttisessä hydrauksessa, vaikka homolyytti sallii tämän loogisen mekanismin kehittämisen.

kokeellinen

Vety on kaasu, ja siksi sitä on kuplatettava ja taattava, että vain se on nesteen pinnalla..

Toisaalta hydrattu yhdiste on liuotettava väliaineeseen, olipa se sitten vesi, alkoholi, eetteri, esterit tai nestemäinen amiini; muuten hydraus kulkisi hyvin hitaasti.

Kun hydrattu yhdiste on liuennut, reaktioväliaineessa on myös oltava katalyytti. Tämä vastaa reaktion nopeuden nopeuttamisesta.

Että katalyyttinen hydraus on tavallisesti hienojakoinen metallien nikkeli, palladium, platina tai rodium, jotka ovat liukenemattomia lähes kaikissa käytetyissä orgaanisissa liuottimissa. Näin ollen siellä on kaksi vaihetta: neste yhdisteen kanssa ja liuotettiin vety, ja kiinteä katalyytti.

Nämä metallit lisäävät niiden pintaa siten, että vety ja yhdiste reagoivat siten, että sidosten katkeamat agiloituvat.

Samoin ne vähentävät lajin diffuusion tilaa ja lisäävät tehokkaiden molekyylien törmäysten määrää. Ei vain sitä, mutta myös reaktio tapahtuu metallin huokosissa.

tyyppi

homogeeninen

Puhutaan homogeenisesta katalyyttisestä hydrauksesta, kun reaktioväliaine koostuu yhdestä faasista. Täällä ei ole tilaa metallien käytölle puhtaissa tiloissaan, koska ne ovat liukenemattomia.

Sen sijaan käytetään näiden metallien orgaanisia metalliyhdisteitä, jotka ovat liukoisia ja joiden on osoitettu olevan suuria..

Yksi näistä organometallisia yhdisteitä on Wilkinsonin katalyytti: tris (trifenyylifosfiini) rodium, [(C₆H₅)₃P]₃RhCI. Nämä yhdisteet muodostavat kompleksin H: n kanssa₂, aktivoimalla sen myöhemmälle lisäreaktiolle alkeenille tai alkyylille.

Homogeeninen hydraus on paljon enemmän vaihtoehtoja kuin heterogeeninen. Miksi? Koska kemia on organometallisia yhdisteitä on runsaasti: yksinkertaisesti muuttaa metallin (Pt, Pd, Rh, Ni) ja ligandin (orgaanisten tai epäorgaanisten molekyylien on sitoutunut metalliin keskus), uuden katalyytin.

heterogeeninen

Heterogeenisellä katalyyttisellä hydrauksella, kuten juuri mainittiin, on kaksi vaihetta: yksi neste ja yksi kiinteä aine.

Metallikatalyyttien lisäksi on muitakin, jotka koostuvat kiinteästä seoksesta; esimerkiksi Lindlar-katalyytti, joka koostuu platinasta, kalsiumkarbonaatista, lyijyasetaatista ja kinoliinista.

Lindlar-katalyytillä on erityispiirre, että se on puutteellinen alkeenien hydrauksessa; se on kuitenkin erittäin hyödyllinen osittaisissa hydrauksissa, eli se toimii erinomaisesti alkyneillä:

RC≡CR + H₂ => RHC = CHR

mekanismi

Kuvassa on katalyyttisen hydrausmekanismi, jossa käytetään jauhettua metallia katalyyttinä.

Harmaat pallot vastaavat esimerkiksi platinan metallista pintaa. Molekyyli H₂ (violetti väri) lähestyy metallipintaa, kuten tetra-substituoitu alkeeni, R₂C = CR₂.

H₂ vuorovaikuttaa metalliatomien läpi kulkevien elektronien kanssa, ja tapahtuu tauko ja väliaikainen sidos muodostaa H-M: n, jossa M on metalli. Tämä prosessi tunnetaan nimellä kemisorptiota; toisin sanoen kemiallisten voimien adsorptio.

Alkeeni toimii samalla tavalla, mutta linkki muodostaa sen kaksoissidoksella (katkoviiva). H-H-sidos on jo dissosioitu ja kukin vetyatomi on sitoutunut metalliin; samalla tavalla kuin metallimetallien katalyyttien metallikeskuksissa, muodostamalla välikompleksi H-M-H.

Sitten tapahtuu H: n siirtyminen kaksoissidokseen ja se avautuu muodostaen sidoksen metallin kanssa. Sitten jäljellä oleva H liittyy alkuperäisen kaksoissidoksen toiseen hiileen ja tuotettu alkaani vapautuu lopuksi, R₂HC-CHR₂.

Tämä mekanismi toistetaan niin monta kertaa kuin on tarpeen, kunnes kaikki H₂ ovat reagoineet täysin.

viittaukset

1. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Orgaaninen kemia. Amiineja. (10^th painos.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Orgaaninen kemia (Kuudes painos). Mc Graw Hill.
3. Shiver & Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
4. Lew J. (s.f.). Alkeenien katalyyttinen hydraus. Kemia LibreTexts. Haettu osoitteesta: chem.libretexts.org
5. Jones D. (2018). Mikä on katalyyttinen hydraus? - Mekanismi ja reaktio. Tutkimus. Haettu osoitteesta study.com