ลักษณะการเร่งปฏิกิริยาของไฮโดรเจนประเภทและกลไก



ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน คือปฏิกิริยาที่ไฮโดรเจนโมเลกุลถูกเติมเข้าไปในสารประกอบด้วยความเร็วสูงขึ้น โมเลกุลของเอช2 ไม่เพียง แต่จะต้องทำลายพันธะโควาเลนต์ก่อนเท่านั้น แต่ยังเพราะมันมีขนาดเล็กมากการชนที่มีประสิทธิภาพระหว่างมันกับสารประกอบที่จะถูกเพิ่มเข้ามานั้นมีโอกาสน้อยกว่า.

สารประกอบตัวรับไฮโดรเจนอาจเป็นสารอินทรีย์หรืออนินทรีย์ ในสารประกอบอินทรีย์เป็นที่ที่มีตัวอย่างของการเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันมากกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกที่มีฤทธิ์ทางเภสัชวิทยาหรือที่มีการรวมโลหะไว้ในโครงสร้างของพวกเขา (สารประกอบอินทรีย์ที่มีส่วนประกอบ).

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเพิ่ม H2 โครงสร้างที่เต็มไปด้วยคาร์บอน? มันลดความไม่แน่นอนนั่นคือคาร์บอนถึงระดับสูงสุดของพันธะอย่างง่ายที่สามารถก่อตัวได้.

ดังนั้นทาง2 มันถูกเพิ่มไปยังคู่ (C = C) และพันธบัตรสามเท่า (C≡C); แม้ว่าจะสามารถเพิ่มไปยังกลุ่มคาร์บอนิล (C = O).

ดังนั้นอัลคีนและอัลคิเนสจึงทำปฏิกิริยาโดยการเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน โดยการวิเคราะห์โครงสร้างใด ๆ เพียงผิวเผินมันสามารถทำนายได้หรือไม่ว่ามันจะเพิ่ม H2 ด้วยการตรวจจับลิงก์คู่และสามเท่านั้น.

ดัชนี

  • 1 ลักษณะของเครื่องเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน
    • 1.1 การแตกพันธะไฮโดรเจน
    • 1.2 การทดลอง
  • 2 ประเภท
    • 2.1 Homogeneous
    • 2.2 ต่างกัน
  • 3 กลไก
  • 4 อ้างอิง

ลักษณะของตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน

กลไกของปฏิกิริยานี้จะแสดงในภาพ อย่างไรก็ตามมีความจำเป็นที่จะต้องกล่าวถึงแง่มุมทางทฤษฎีก่อนที่จะอธิบาย.

พื้นผิวของทรงกลมสีเทาแสดงถึงอะตอมโลหะที่จะเห็นเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาของความเป็นเลิศไฮโดรจิเนชัน.

การแตกพันธะไฮโดรเจน

สำหรับ starters นั้นปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันคือปฏิกิริยาคายความร้อนนั่นคือมันจะปลดปล่อยความร้อนอันเป็นผลมาจากการก่อตัวของสารประกอบพลังงานที่ต่ำกว่า.

สิ่งนี้อธิบายได้จากความเสถียรของพันธะ C-H ที่ก่อตัวขึ้นซึ่งต้องการพลังงานมากกว่าสำหรับการแตกภายหลังตามที่กำหนดโดยพันธะ H-H ของไฮโดรเจนโมเลกุล.

ในขณะที่การเติมไฮโดรเจนนั้นเกี่ยวข้องกับการทำลายพันธะ H-H ก่อนเสมอ ความร้าวฉานนี้สามารถ homolytic ในหลาย ๆ กรณี:

H-H => H ∙ + ∙ H

หรือheterolíticaซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้เช่นเมื่อซิงค์ออกไซด์เป็นไฮโดรเจน, ZnO:

H-H => H+ + H-

โปรดทราบว่าความแตกต่างระหว่างการแตกทั้งสองนั้นอยู่ที่การกระจายตัวของอิเล็กตรอนในพันธะ หากมีการกระจายอย่างเท่าเทียมกัน (โควาเลนต์) แต่ละ H จะสิ้นสุดการอนุรักษ์อิเล็กตรอน ในขณะที่ถ้าการกระจายตัวเป็นไอออนจะสิ้นสุดลงโดยไม่มีอิเล็กตรอน H+, และอีกอันหนึ่งชนะพวกเขาอย่างสมบูรณ์ H-.

การแตกเป็นไปได้ทั้งสองอย่างเกิดขึ้นได้ในการเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันแม้ว่า homolytic ช่วยให้การพัฒนากลไกเชิงตรรกะสำหรับเรื่องนี้.

การทดลอง

ไฮโดรเจนเป็นก๊าซดังนั้นจึงต้องมีฟองและรับประกันว่าจะมีเฉพาะบนพื้นผิวของของเหลว.

ในทางตรงกันข้ามสารประกอบที่ถูกเติมไฮโดรเจนจะต้องละลายในตัวกลางไม่ว่าจะเป็นน้ำแอลกอฮอล์อีเธอร์เอสเทอร์หรือเอมีนเหลว มิฉะนั้นไฮโดรเจนจะผ่านช้ามาก.

เมื่อสารประกอบที่ถูกเติมไฮโดรเจนถูกละลายแล้วจะต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยาในตัวกลางปฏิกิริยา สิ่งนี้จะรับผิดชอบในการเร่งความเร็วของปฏิกิริยา.

ในเครื่องเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันมักจะใช้โลหะที่มีการแบ่งอย่างละเอียดของนิกเกิล, พาลาเดียม, แพลตตินัมหรือโรเดียมซึ่งไม่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์เกือบทั้งหมด ดังนั้นจะมีสองขั้นตอน: เฟสของเหลวที่มีสารประกอบที่ละลายและไฮโดรเจนและเฟสของแข็งตัวเร่งปฏิกิริยา.

โลหะเหล่านี้มีส่วนร่วมในพื้นผิวของมันเพื่อให้ไฮโดรเจนและสารประกอบเกิดปฏิกิริยาในลักษณะที่ทำให้พันธะแตกหัก.

ในทำนองเดียวกันพวกเขาลดพื้นที่การแพร่กระจายของสายพันธุ์เพิ่มจำนวนการชนโมเลกุลที่มีประสิทธิภาพ ไม่เพียงแค่นั้น แต่ยังเกิดปฏิกิริยาภายในรูขุมขนของโลหะ.

ชนิด

เหมือนกัน

มีการพูดถึงการเร่งปฏิกิริยาด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันเมื่อสื่อปฏิกิริยาประกอบด้วยเฟสเดียว ที่นี่ไม่มีที่ว่างสำหรับการใช้โลหะในสภาวะที่บริสุทธิ์เนื่องจากมันไม่ละลายน้ำ.

แต่จะใช้สารประกอบออร์กาโนเมทัลของโลหะเหล่านี้ซึ่งละลายได้และแสดงว่าให้ผลผลิตสูง.

หนึ่งในสารประกอบออร์แกโนเมทัลลิกเหล่านี้คือตัวเร่งปฏิกิริยาของวิลกินสัน: ทริส (triphenylphosphine) โรเดียมคลอไรด์ [(C)6H5)3P]3RhCl สารประกอบเหล่านี้ก่อตัวซับซ้อนด้วย H2, การเปิดใช้งานสำหรับปฏิกิริยาตอบสนองต่อแอลคีนหรือแอลคีน.

ไฮโดรจิเนชันที่เป็นเนื้อเดียวกันนำเสนอทางเลือกมากมายกว่าไฮโดรจีเนชั่น ทำไม? เนื่องจากเคมีเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีอยู่มากมาย: มันก็เพียงพอที่จะเปลี่ยนโลหะ (Pt, Pd, Rh, Ni) และแกนด์ (โมเลกุลอินทรีย์หรืออนินทรีย์ที่เชื่อมโยงกับศูนย์กลางโลหะ) เพื่อให้ได้ตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่.

ต่างกัน

ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรเจนที่แตกต่างดังที่กล่าวไว้มีสองขั้นตอน: หนึ่งของเหลวและของแข็งหนึ่ง.

นอกจากตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะแล้วยังมีตัวอื่นที่ประกอบด้วยส่วนผสมที่เป็นของแข็ง ตัวอย่างตัวเร่งปฏิกิริยา Lindlar ซึ่งประกอบด้วยทองคำขาวแคลเซียมคาร์บอเนตตะกั่วอะซิเตทและ quinoline.

ตัวเร่งปฏิกิริยา Lindlar มีลักษณะเฉพาะที่ขาดไฮโดรเจนไฮเดรชั่นของอัลคีน อย่างไรก็ตามมันมีประโยชน์มากสำหรับการไฮโดรจิเนชันบางส่วนนั่นคือมันทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมกับอัลไคน์:

RC≡CR + H2 => RHC = CHR

กลไก

ภาพแสดงกลไกการเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันโดยใช้โลหะที่ถูกบดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา.

ทรงกลมสีเทานั้นสอดคล้องกับพื้นผิวโลหะของทองคำขาว โมเลกุลเอช2 (สีม่วง) เข้าใกล้พื้นผิวโลหะเช่นเดียวกับ tetra แทน alkene, R2C = CR2.

The H2 ทำปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนที่วิ่งผ่านอะตอมโลหะและจะเกิดการแตกหักและพันธะชั่วคราวจะก่อตัวเป็น H-M โดยที่ M คือโลหะ กระบวนการนี้เรียกว่า เคมี; นั่นคือการดูดซับโดยกองกำลังทางเคมี.

Alkene มีปฏิกิริยาในลักษณะที่คล้ายกัน แต่การเชื่อมโยงจะสร้างมันด้วยพันธะคู่ (เส้นประ) พันธะ H-H ได้ถูกแยกออกและอะตอมไฮโดรเจนแต่ละอันยังคงยึดติดกับโลหะ ในทำนองเดียวกับที่ทำจากโลหะตรงกลางในตัวเร่งปฏิกิริยาออร์แกโนเมทัลลิกกลายเป็นตัวกลางเชิงซ้อน H-M-H.

จากนั้นจะมีการย้าย H จากพันธะคู่ไปและเกิดการสร้างพันธะขึ้นกับโลหะ จากนั้น H ที่เหลือจะรวมคาร์บอนอื่น ๆ ของพันธะคู่เดิมและอัลเคนที่ผลิตจะถูกปล่อยออกมาในที่สุด R2HC-CHR2.

กลไกนี้จะถูกทำซ้ำหลาย ๆ ครั้งตามความจำเป็นจนกระทั่ง H ทั้งหมด2 มีปฏิกิริยาอย่างสมบูรณ์.

การอ้างอิง

  1. Graham Solomons T.W. , Craig B. Fryhle (2011) เคมีอินทรีย์ เอมีน (10TH ฉบับที่.) ไวลีย์พลัส.
  2. Carey F. (2008) เคมีอินทรีย์ (ฉบับที่หก) Mc Graw Hill.
  3. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์ (ฉบับที่สี่) Mc Graw Hill.
  4. Lew J. (s.f. ) ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรเจนของ Alkenes เคมีเคมี ดึงมาจาก: chem.libretexts.org
  5. Jones D. (2018) ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรเจนคืออะไร? - กลไกและปฏิกิริยา การศึกษา ดึงมาจาก: study.com