termen

• hydrogenering de chemische reactie van waterstof met een andere stof, vooral met een onverzadigde organische verbinding.
• substraat de verbinding of het materiaal waarop moet worden gereageerd.

Hydrogeneringsreacties

hydrogenering verwijst naar de behandeling van stoffen met moleculaire waterstof (H2), waarbij paren waterstofatomen worden toegevoegd aan verbindingen (meestal onverzadigde verbindingen). Deze vereisen gewoonlijk een katalysator voor de reactie om onder normale omstandigheden van temperatuur en druk voor te komen. De meeste hydrogeneringsreacties gebruiken gasvormige waterstof als waterstofbron, maar er zijn alternatieve bronnen ontwikkeld. Het omgekeerde van hydrogenering, waarbij waterstof uit de verbindingen wordt verwijderd, staat bekend als dehydrogenering. Hydrogenering verschilt van protonatie of hydride-additie omdat bij hydrogenering de producten dezelfde lading hebben als de reagentia.

Hydrogeneringsreacties vereisen in het algemeen drie componenten: het substraat, de waterstofbron en een katalysator. De reactie wordt uitgevoerd bij wisselende temperaturen en drukken, afhankelijk van de gebruikte katalysator en het gebruikte substraat. De hydrogenering van een alkeen produceert een alkaan. De toevoeging van waterstof aan samenstellingen gebeurt op een SYN additie manier, toe te voegen aan hetzelfde gezicht van de verbinding en het invoeren van de minst gehinderd kant. Over het algemeen worden alkenen omgezet in alkanen, alkynen in alkenen, aldehyden en ketonen in alcoholen, esters in secundaire alcoholen en amiden in aminen via hydrogeneringsreacties.

Hydrogeneringskatalysatoren

in het algemeen zullen hydrogeneringsreacties niet optreden tussen waterstof en organische verbindingen onder 480 graden Celsius zonder metaalkatalysatoren. Katalysatoren zijn verantwoordelijk voor het binden van de h2molecule en het vergemakkelijken van de reactie tussen de waterstof en het substraat. Platina, palladium, rhodium en ruthenium zijn bekend als actieve katalysatoren die kunnen werken bij lagere temperaturen en druk. Er wordt momenteel onderzoek gedaan naar de aanschaf van niet-edelmetaalkatalysatoren die bij lagere temperaturen en drukken een soortgelijke activiteit kunnen produceren. Op nikkel gebaseerde katalysatoren, zoals Raney nikkel, zijn ontwikkeld, maar vereisen nog steeds hoge temperaturen en drukken.

katalysatoren kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën: homogene of heterogene katalysatoren. Homogene katalysatoren zijn oplosbaar in het oplosmiddel dat het onverzadigde substraat bevat. Heterogene katalysatoren komen vaker voor in de industrie en zijn niet oplosbaar in het oplosmiddel dat het substraat bevat. Vaak, heterogene katalysatoren zijn op basis van metaal en zijn bevestigd aan steunen op basis van koolstof of oxide. De keuze van de steun voor deze materialen is belangrijk, omdat de steun de activiteit van de katalysatoren kan beïnvloeden. Waterstofgas is de meest gebruikte waterstofbron en is in de handel verkrijgbaar.

hydrogenering is een exotherme reactie, waarbij ongeveer 25 kcal/mol vrijkomt bij de hydrogenering van plantaardige oliën en vetzuren. Voor heterogene katalysatoren verklaart het horiuti-Polanyi-mechanisme hoe hydrogenering plaatsvindt. Eerst bindt de onverzadigde binding aan de katalysator, gevolgd door h2dissociatie in atomaire waterstof op de katalysator. Vervolgens hecht een atoom waterstof zich in een omkeerbare stap aan het substraat, gevolgd door de toevoeging van een tweede atoom, waardoor het hydrogenatieproces onomkeerbaar wordt. Voor homogene katalyse bindt het metaal aan waterstof om via oxidatieve toevoeging een dihydride-complex te verkrijgen. Het metaal bindt het substraat en brengt dan één van de waterstofatomen van het metaal aan het substraat via trekkende insertie over. Het tweede waterstofatoom van het metaal wordt overgebracht naar het substraat met gelijktijdige dissociatie van het nieuw gevormde alkaan via reductieve eliminatie.

industrieel gebruik van Hydrogeneringsreacties

heterogene katalytische hydrogenering is zeer belangrijk in industriële processen. In petrochemische processen wordt hydrogenering gebruikt om alkenen en aromaten te verzadigen, waardoor ze minder giftig en reactief zijn. Hydrogenering is ook belangrijk bij de verwerking van plantaardige oliën omdat de meeste plantaardige oliën zijn afgeleid van meervoudig onverzadigde vetzuren. Gedeeltelijke hydrogenering vermindert de meeste, maar niet alle, van de koolstof-koolstof dubbele bindingen, waardoor ze beter voor verkoop en consumptie. De mate van verzadiging van vetten verandert belangrijke fysische eigenschappen zoals het smeltbereik van de oliën; een voorbeeld hiervan is hoe vloeibare plantaardige oliën semi-vast worden bij verschillende temperaturen.

onvolledige hydrogenering van de dubbele bindingen heeft gezondheidsimplicaties; sommige dubbele bindingen kunnen van het cis naar de trans-toestand isomeriseren. Deze isomerisatie komt voor omdat de transconfiguratie lagere energie heeft dan de cisconfiguratie. De trans-isomeren zijn betrokken bij het bijdragen aan pathologische bloedsomloop voorwaarden (d.w.z.,atherosclerose en hart-en vaatziekten).