خصائص الهدرجة الحفزية وأنواعها وآلياتها

ال هدرجة حفزية هو التفاعل الذي يضاف به الهيدروجين الجزيئي إلى مركب بسرعات أعلى. جزيء H₂ ليس فقط يجب أن تكسر الرابطة التساهمية الخاصة بها أولاً ، ولكن أيضًا ، نظرًا لأنها صغيرة جدًا ، فإن الاصطدامات الفعالة بينها وبين المركب الذي ستتم إضافته أقل احتمالًا..

قد يكون مركب مستقبلات الهيدروجين عضويًا أو غير عضوي. في المركبات العضوية توجد حيث توجد المزيد من أمثلة الهدرجة الحفزية ؛ خاصة تلك التي تقدم نشاطًا دوائيًا أو التي أدمجت معادن في هياكلها (المركبات المعدنية العضوية).

ماذا يحدث عند إضافة H₂ لهيكل كامل من الكربون؟ فهو يقلل من عدم التشبع ، أي أن الكربون يصل إلى أقصى درجة من الروابط البسيطة التي يمكن أن تتشكل.

لذلك ، ح₂ يتم إضافته إلى الزوجي (C = C) والسندات الثلاثية (C≡C) ؛ على الرغم من أنه يمكن إضافته أيضًا إلى مجموعات الكربونيل (C = O).

وهكذا ، تتفاعل الألكينات والألكينات عن طريق الهدرجة الحفزية. من خلال تحليل أي بنية بشكل سطحي ، يمكن التنبؤ بما إذا كانت ستضيف H أم لا₂ مع الكشف عن الروابط المزدوجة والثلاثية فقط.

مؤشر

• 1 خصائص الهدرجة الحفزية
  • 1.1 تمزق رابطة الهيدروجين
  • 1.2 التجريبية
• 2 أنواع
  • 2.1 متجانسة
  • 2.2 غير متجانسة
• 3 آلية
• 4 المراجع

خصائص الهدرجة الحفزية

يتم عرض آلية هذا التفاعل في الصورة. ومع ذلك ، من الضروري معالجة بعض الجوانب النظرية قبل وصفها.

تمثل أسطح الكرات الرمادية الذرات المعدنية التي ، كما سنرى ، هي المحفزات للهدرجة بامتياز.

تمزق رابطة الهيدروجين

بالنسبة للمبتدئين ، الهيدروجين هو تفاعل طارد للحرارة ، أي أنه يطلق حرارة نتيجة لتكوين مركبات منخفضة الطاقة.

يفسر هذا استقرار سندات C-H المتكونة ، والتي تتطلب المزيد من الطاقة لتمزقها اللاحق أكثر من تلك التي تتطلبها رابطة H-H للهيدروجين الجزيئي..

من ناحية أخرى ، تتضمن الهدرجة دائمًا كسر رابطة H-H أولاً. يمكن أن يكون هذا التمزق مثليًا ، كما في كثير من الحالات:

H-H => H ∙ + ∙ H

أو heterolítica ، التي يمكن أن تحدث ، على سبيل المثال ، عندما يتم هدرجة أكسيد الزنك ، ZnO:

H-H => H⁺ + H^-

لاحظ أن الفرق بين القطيعين يكمن في كيفية توزيع الإلكترونات الموجودة في الرابطة. إذا تم توزيعها بالتساوي (تساهمي) ، ينتهي كل H بحفظ الإلكترون ؛ بينما إذا كان التوزيع أيونيًا ، ينتهي المرء بدون إلكترونات ، H⁺, والآخر يفوز بها تماما ، H^-.

كلا التمزقتين ممكنان في الهدرجة الحفزية ، على الرغم من أن التواضع يسمح بتطوير آلية منطقية لذلك.

تجريبي

الهيدروجين هو غاز ، وبالتالي ، يجب أن يكون فقاعات ومضمونة أنه فقط هو الغالب على سطح السائل.

من ناحية أخرى ، يجب إذابة المركب المهدرج في وسط ، سواء كان ماء أو كحول أو إثير أو استرات أو أمين سائل ؛ خلاف ذلك ، فإن الهدرجة تمر ببطء شديد.

بمجرد إذابة المركب المهدرج ، يجب أن يكون هناك أيضًا محفز في وسط التفاعل. هذا سيكون مسؤولاً عن تسريع سرعة رد الفعل.

في الهدرجة الحفزية ، يستخدم عادةً معادن مقسمة بدقة من النيكل أو البلاديوم أو البلاتين أو الروديوم ، وهي غير قابلة للذوبان في جميع المذيبات العضوية تقريبًا. لذلك ستكون هناك مرحلتان: طور سائل مع المركب المذاب والهيدروجين ، وطور صلب ، طور المحفز.

تساهم هذه المعادن بسطحها بحيث يتفاعل الهيدروجين والمركب ، بطريقة يتم بها تحطيم تكسر الروابط..

وبالمثل ، فإنها تقلل من مساحة نشر النوع ، مما يزيد من عدد الاصطدامات الجزيئية الفعالة. ليس ذلك فحسب ، بل يحدث التفاعل أيضًا داخل مسام المعدن.

نوع

متجانس

هناك حديث عن الهدرجة الحفزية المتجانسة عندما يتكون وسط التفاعل من مرحلة واحدة. هنا لا يوجد مجال لاستخدام المعادن في حالاتها النقية ، لأنها غير قابلة للذوبان.

بدلاً من ذلك ، يتم استخدام المركبات المعدنية العضوية لهذه المعادن ، والتي قابلة للذوبان ، وقد ثبت أن لها غلات عالية..

واحد من هذه المركبات العضوية المعدنية هو محفز ويلكنسون: ثلاثي كلوريد الروديوم ثلاثي فينيل الفوسفين ، [(C₆H₅)₃P]₃RhCl. هذه المركبات تشكل مجمع مع H₂, تفعيله لرد فعل لاحقة إضافة إلى ألكين أو ألكين.

الهدرجة المتجانسة تقدم بدائل أكثر من البدائل غير المتجانسة. لماذا؟ لأن الكيمياء هي المركبات المعدنية العضوية وفيرة: إنه يكفي لتغيير المعدن (Pt، Pd، Rh، Ni) والروابط (الجزيئات العضوية أو غير العضوية المرتبطة بالمركز المعدني) ، للحصول على محفز جديد.

متنوع

الهدرجة الحفزية غير المتجانسة ، كما ذكرنا للتو ، لها مرحلتان: واحدة سائلة وواحدة صلبة.

بالإضافة إلى المواد الحفازة المعدنية ، هناك عناصر أخرى تتكون من خليط صلب ؛ على سبيل المثال ، محفز Lindlar ، الذي يتكون من البلاتين ، كربونات الكالسيوم ، خلات الرصاص ، والكينولين.

محفز Lindlar لديه خصوصية أنه ناقص في هدرجة الألكين ؛ ومع ذلك ، فهي مفيدة للغاية في الهدرجة الجزئية ، أي أنها تعمل بشكل ممتاز على الألكينات:

RC≡CR + H₂ => RHC = CHR

تقنية

تُظهر الصورة آلية الهدرجة الحفزية باستخدام المعدن المسحوق كمحفز.

تتوافق المجالات الرمادية مع السطح المعدني ، على سبيل المثال ، البلاتين. جزيء H₂ (اللون الأرجواني) يقترب من سطح المعدن مثل ألكين بديل التيترا ، R₂C = CR₂.

ح₂ يتفاعل مع الإلكترونات التي تمر عبر ذرات المعدن ، ويحدث كسر ويتكون رابط مؤقت H-M ، حيث M هو المعدن. هذه العملية معروفة باسم بالكيماويات. وهذا هو ، الامتزاز من قبل القوى الكيميائية.

يتفاعل Alkene بطريقة مماثلة ، لكن الرابط يشكله برباط مزدوج (خط منقط). تم بالفعل فصل رابطة H-H وتبقى كل ذرة هيدروجين مرتبطة بالمعادن ؛ بنفس الطريقة التي تعمل بها مع المراكز المعدنية في المحفزات المعدنية العضوية ، وتشكيل مجمع وسيط H-M-H.

ثم يحدث انتقال من H إلى الرابطة المزدوجة ، ويفتح تشكيل رابطة مع المعدن. ثم ، يربط الـ H المتبقي الكربون الآخر من الرابطة المزدوجة الأصلية ، ويتم أخيرًا إطلاق الألكان المنتج ، R₂HC-CHR₂.

سوف تتكرر هذه الآلية عدة مرات حسب الضرورة ، حتى كل H₂ كان رد فعل تماما.

مراجع

1. غراهام سولومونز تي. دبليو ، كريج بي فرايل. (2011). الكيمياء العضوية. الأمينات. (10^عشر طبعة). وايلي بلس.
2. كاري ف. (2008). الكيمياء العضوية (الطبعة السادسة). مولودية جراو هيل.
3. رعشة واتكينز. (2008). كيمياء غير عضوية (الطبعة الرابعة). مولودية جراو هيل.
4. لو جيه (s.f.). هدرجة تحفيزية للألكينات. كيمياء LibreTexts. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
5. جونز دي (2018). ما هو الهدرجة الحفزية؟ - آلية وردود الفعل. الدراسة. تم الاسترجاع من: study.com