KATALITIK HIDROJENASYON: ÖZELLIKLERI, TÜRLERI VE MEKANIZMASI - KIMYA - 2025

Katalitik hidrojenasyon, moleküler hidrojen yüksek hızlarda bir bileşiğe ilave edildiği reaksiyondur. Gereken sadece H ₂ molekülü, öncelikle bu ve muhtemelen daha az ilave edilecektir bileşik arasında çok küçük, etkin çarpışmalar olarak, aynı zamanda kovalent bağı kırmak, ancak.

Hidrojen reseptörü bileşiği organik veya inorganik olabilir. Katalitik hidrojenasyon örnekleri çoğunlukla organik bileşiklerde bulunur; özellikle farmakolojik aktivite sergileyenler veya yapılarına metaller eklenmiş olanlar (organometalik bileşikler).

Kaynak: Gabriel Bolívar

H ne olur ₂ ilave edilir bir karbon dolu yapıya? Doymamışlığı azalır, yani karbon oluşturabileceği maksimum basit bağlara ulaşır.

Bu nedenle, H ₂ çift (C = C) ve üçlü (C = C) bağları eklenir; ancak karbonil gruplarına da eklenebilmektedir (C = O).

Böylece eklenen alkenler ve alkinler, katalitik hidrojenasyonla reaksiyona girer. Yüzeysel bir yapı analizi ile, H katacak olup olmadığını tahmin edilebilir ₂ sadece çift ve üçlü bağa saptanarak ölçülür.

Katalitik hidrojenasyonun özellikleri

Resim, bu reaksiyonun mekanizmasını göstermektedir. Ancak, açıklamadan önce bazı teorik hususlara değinmek gerekir.

Grimsi kürelerin yüzeyleri, görülebileceği gibi, hidrojenasyonun mükemmel katalizörleri olan metalik atomları temsil eder.

Hidrojen bağı kopuyor

Öncelikle, hidrojenasyon ekzotermik bir reaksiyondur, yani daha düşük enerjili bileşiklerin oluşumu sonucunda ısı açığa çıkarır.

Bu, daha sonra kırılmaları için moleküler hidrojenin HH bağının gerektirdiğinden daha fazla enerji gerektiren, oluşan CH bağlarının kararlılığıyla açıklanmaktadır.

Öte yandan, hidrojenasyon her zaman önce HH bağının kırılmasını içerir. Bu kopma, birçok durumda olduğu gibi homolitik olabilir:

HH => H ∙ + ∙ H

Veya örneğin çinko oksit, ZnO hidrojene edildiğinde ortaya çıkabilen heterolitik:

HH => H ⁺ + H ^-

İki kopukluk arasındaki farkın, bağdaki elektronların nasıl dağıldığına bağlı olduğuna dikkat edin. Eşit olarak dağıtılırlarsa (kovalent olarak), her H bir elektronu korur; dağılım iyonik ise, biri elektronsuz, H ⁺ ve diğeri onları tamamen, H ^- kazanır .

Her iki kırılma da katalitik hidrojenasyonda mümkündür, ancak homolitik olan bunun için mantıksal bir mekanizmanın geliştirilmesine izin verir.

Deneysel

Hidrojen bir gazdır ve bu nedenle kabarcıklı olması ve sıvı yüzeyinde yalnızca onun baskın olması sağlanmalıdır.

Diğer yandan, hidrojene edilecek bileşiğin, su, alkol, eter, esterler veya sıvı amin gibi bir ortamda çözündürülmesi gerekir; aksi takdirde hidrojenasyon çok yavaş ilerleyecektir.

Hidrojenlenecek bileşik çözüldükten sonra, reaksiyon ortamında bir katalizör de bulunmalıdır. Bu, reaksiyonun hızlanmasından sorumlu olacaktır.

Katalitik hidrojenasyonda, neredeyse tüm organik çözücülerde çözünmeyen ince bölünmüş nikel, paladyum, platin veya rodyum metalleri sıklıkla kullanılır. Bu nedenle iki faz olacaktır: bileşik ve hidrojenin çözüldüğü bir sıvı faz ve bir katı faz, katalizörünki.

Bu metaller, hidrojenin ve bileşiğin, bağların kopmasını hızlandıracak şekilde reaksiyona girmesi için yüzeylerini sağlar.

Aynı şekilde, türlerin difüzyon alanını azaltarak etkili moleküler çarpışmaların sayısını arttırırlar. Sadece bu da değil, reaksiyon bile metalin gözeneklerinde gerçekleşir.

Türleri

Homojen

Reaksiyon ortamı tek bir fazdan oluştuğunda homojen katalitik hidrojenasyondan bahsediyoruz. Metallerin saf hallerinde kullanılması, çözünmez oldukları için buraya uymuyor.

Bunun yerine, çözünür olan ve yüksek verime sahip olduğu gösterilen bu metallerin organometalik bileşikleri kullanılır.

Bu organometalik bileşiklerden biri, Wilkinson'un katalizörüdür: tris (trifenilfosfin) rodyum klorür, ₃ RhCl. Bu bileşikler, H ile bir kompleks oluşturan ₂ alken veya alkini ifade eder bunu takiben katılma reaksiyonu için aktive edici.

Homojen hidrojenasyon, heterojenden çok daha fazla alternatif sunar. Neden? Kimya, organometalik bileşikler olduğu için bol miktarda bulunur: yeni bir katalizör elde etmek için metali (Pt, Pd, Rh, Ni) ve ligandları (metal merkeze bağlı organik veya inorganik moleküller) değiştirmek yeterlidir.

Heterojen

Heterojen katalitik hidrojenasyonun iki fazı vardır: bir sıvı ve bir katı.

Metalik katalizörlere ek olarak, katı bir karışımdan oluşan başkaları da vardır; örneğin platin, kalsiyum karbonat, kurşun asetat ve kinolinden oluşan Lindlar katalizörü.

Lindlar katalizörü, alkenlerin hidrojenasyonu için yetersiz olması özelliğine sahiptir; Bununla birlikte, kısmi hidrojenasyonlar için çok kullanışlıdır, yani alkinler üzerinde mükemmel şekilde çalışır:

RC≡CR + H ₂ => RHC = CHR

mekanizma

Resim, katalizör olarak toz halindeki metalin kullanıldığı katalitik hidrojenasyon mekanizmasını göstermektedir.

Grimsi küreler, örneğin platinin metalik yüzeyine karşılık gelir. H ₂ molekülü , tetra ikameli alken, R 'olduğu gibi (mor renkli), metal yüzeyine yaklaştığında ₂ C = CR ₂ .

H ₂ elektronlu etkileşime metalin atomu üzerinden çalışma ve M, bir metaldir HM oluşan geçici bir bağ, bir kopma ve oluşumu. Bu süreç kemisorpsiyon olarak bilinir; yani kimyasal kuvvetler tarafından adsorpsiyon.

Alken benzer şekilde etkileşir, ancak bağ çift bağından (noktalı çizgi) oluşur. HH bağı zaten ayrışmıştır ve her hidrojen atomu metale bağlı kalır; aynı şeyi organometalik katalizörlerdeki metal merkezlerle yaparak bir ara HMH kompleksi oluşturur.

Daha sonra bir H'nin çift bağa doğru göçü meydana gelir ve bu, metal ile bir bağ oluşturarak açılır. Kalan H ardından gerçek çift bağ ve diğer karbon ve üretilen alkan, R, bağlanan ₂ HC = CHR ₂ , son olarak serbest bırakılır .

Hepsinin H kadar bu mekanizma, gerekli olduğu kadar çok kez tekrarlanır ₂ tam tepki verdi.

Referanslar

1. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organik Kimya. Aminler. (10 ^inci baskı).. Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Organik Kimya. (Altıncı baskı). Mc Graw Hill.
3. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya. (Dördüncü baskı). Mc Graw Hill.
4. Lew J. (nd). Alkenlerin Katalitik Hidrojenlenmesi. Kimya LibreTexts. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı
5. Jones D. (2018). Katalitik Hidrojenasyon nedir? - Mekanizma ve Tepki. Ders çalışma. Study.com'dan kurtarıldı