Vilkår

• hydrogeneringden kemiske reaktion af hydrogen med et andet stof, især med en umættet organisk forbindelse.
• substratden forbindelse eller det materiale, der skal påvirkes.

Hydrogeneringsreaktioner

hydrogenering refererer til behandling af stoffer med molekylært hydrogen (H2), tilsætning af par hydrogenatomer til forbindelser (generelt umættede forbindelser). Disse kræver normalt en katalysator for reaktionen at forekomme under normale betingelser for temperatur og tryk. De fleste hydrogeneringsreaktioner bruger gasformigt brint som brintkilde, men alternative kilder er blevet udviklet. Det modsatte af hydrogenering, hvor hydrogen fjernes fra forbindelserne, er kendt som dehydrogenering. Hydrogenering adskiller sig fra protonation eller hydridtilsætning, fordi produkterne i hydrogenering har samme ladning som reaktanterne.

Hydrogeneringsreaktioner kræver generelt tre komponenter: substratet, hydrogenkilden og en katalysator. Reaktionen udføres ved forskellige temperaturer og tryk afhængigt af den anvendte katalysator og substrat. Hydrogeneringen af en alken producerer en alkan. Tilsætningen af hydrogen til forbindelser sker på en syn-additionsmode, der tilsættes til den samme overflade af forbindelsen og kommer ind fra den mindst hindrede side. Generelt vil alkener konvertere til alkaner, alkyner til alkener, aldehyder og ketoner til alkoholer, estere til sekundære alkoholer og amider til aminer via hydrogeneringsreaktioner.

Hydrogeneringskatalysatorer

generelt vil hydrogeneringsreaktioner ikke forekomme mellem hydrogen og organiske forbindelser under 480 grader Celsius uden metalkatalysatorer. Katalysatorer er ansvarlige for at binde H2molekylet og lette reaktionen mellem hydrogen og substratet. Platin, palladium, rhodium og ruthenium er kendt for at være aktive katalysatorer, der kan fungere ved lavere temperaturer og tryk. Forskning pågår for at skaffe ikke-ædle metalkatalysatorer, der kan producere lignende aktivitet ved lavere temperaturer og tryk. Nikkelbaserede katalysatorer, såsom Raney nikkel, er blevet udviklet, men kræver stadig høje temperaturer og tryk.

katalysatorer kan opdeles i to kategorier: homogene eller heterogene katalysatorer. Homogene katalysatorer er opløselige i opløsningsmidlet, der indeholder det umættede substrat. Heterogene katalysatorer findes mere almindeligt i industrien og er ikke opløselige i opløsningsmidlet, der indeholder substratet. Ofte er heterogene katalysatorer metalbaserede og er fastgjort til understøtninger baseret på kulstof eller ilt. Valget af støtte til disse materialer er vigtigt, da understøtningerne kan påvirke katalysatorernes aktivitet. Brintgas er den mest almindelige kilde til brint, der anvendes og er kommercielt tilgængelig.

hydrogenering er en eksoterm reaktion, der frigiver omkring 25 kcal/mol i hydrogeneringen af vegetabilske olier og fedtsyrer. For heterogene katalysatorer forklarer horiuti-Polanyi-mekanismen, hvordan hydrogenering opstår. For det første binder den umættede binding til katalysatoren efterfulgt af H2dissociation i atomhydrogen på katalysatoren. Derefter fastgøres et hydrogenatom til substratet i et reversibelt trin efterfulgt af tilsætning af et andet atom, hvilket gør hydrogeneringsprocessen irreversibel. Til homogen katalyse binder metallet sig til hydrogen for at give et dihydridkompleks via iltning. Metallet binder substratet og overfører derefter et af hydrogenatomerne fra metallet til substratet via vandrende indsættelse. Det andet hydrogenatom fra metallet overføres til substratet med samtidig dissociation af den nydannede Alkan via reduktiv eliminering.

industrielle anvendelser af Hydrogeneringsreaktioner

heterogen katalytisk hydrogenering er meget vigtig i industrielle processer. I petrokemiske processer bruges hydrogenering til at mætte alkener og aromater, hvilket gør dem mindre giftige og reaktive. Hydrogenering er også vigtig i behandlingen af vegetabilske olier, fordi de fleste vegetabilske olier stammer fra flerumættede fedtsyrer. Delvis hydrogenering reducerer de fleste, men ikke alle, af kulstof-kulstof dobbeltbindinger, hvilket gør dem bedre til salg og forbrug. Graden af mætning af fedtstoffer ændrer vigtige fysiske egenskaber, såsom oliernes smelteområde; et eksempel på dette er, hvordan flydende vegetabilske olier bliver halvfaste ved forskellige temperaturer.

ufuldstændig hydrogenering af dobbeltbindingerne har sundhedsmæssige konsekvenser; nogle dobbeltbindinger kan isomerisere fra cis til trans-tilstand. Denne isomerisering opstår, fordi trans-konfigurationen har lavere energi end cis-konfigurationen. Trans-isomererne har været impliceret i at bidrage til patologiske blodkredsløbssygdomme (dvs.aterosklerose og hjertesygdom).