ل هدرجة هي رد فعل من الذي يضاف الهيدروجين الجزيئي للمركب عند السرعات العالية. لا يجب أن يكسر جزيء H 2 الرابطة التساهمية أولاً فقط ، ولكن أيضًا ، نظرًا لكونه صغيرًا جدًا ، فإن الاصطدامات الفعالة بينه وبين المركب الذي سيتم إضافته إليه أقل احتمالًا.
يمكن أن يكون مركب مستقبلات الهيدروجين إما عضويًا أو غير عضوي. غالبًا ما توجد أمثلة على الهدرجة الحفزية في المركبات العضوية ؛ على وجه الخصوص ، تلك التي تقدم نشاطًا دوائيًا ، أو التي تحتوي على معادن مدمجة في هياكلها (مركبات عضوية معدنية).
المصدر: غابرييل بوليفار
ماذا يحدث عند إضافة H 2 إلى هيكل معبأ بالكربون؟ يتناقص عدم تشبعه ، أي أن الكربون يصل إلى أقصى درجة من الروابط البسيطة التي يمكنه تكوينها.
لذلك ، يضاف H 2 إلى روابط مزدوجة (C = C) وثلاثية (C≡C) ؛ على الرغم من أنه يمكن أيضًا إضافته إلى مجموعات الكربونيل (C = O).
وهكذا ، تتفاعل الألكينات والألكينات المضافة عن طريق الهدرجة التحفيزية. من خلال التحليل السطحي لأي بنية ، يمكن التنبؤ بما إذا كانت ستضيف H 2 أم لا فقط عن طريق اكتشاف الروابط المزدوجة والثلاثية.
خصائص الهدرجة الحفزية
توضح الصورة آلية رد الفعل هذا. ومع ذلك ، من الضروري معالجة بعض الجوانب النظرية قبل وصفها.
تمثل أسطح الكرات الرمادية الذرات المعدنية التي ، كما سنرى ، هي محفزات الهدرجة بامتياز.
رابطة الهيدروجين تنكسر
بادئ ذي بدء ، الهدرجة هي تفاعل طارد للحرارة ، أي أنها تطلق حرارة نتيجة تكوين مركبات ذات طاقة أقل.
يفسر ذلك باستقرار روابط CH المتكونة ، والتي تتطلب طاقة أكبر من أجل كسرها اللاحق مما تتطلبه رابطة HH للهيدروجين الجزيئي.
من ناحية أخرى ، تتضمن الهدرجة دائمًا كسر رابطة HH أولاً. يمكن أن يكون هذا التمزق متماثلًا ، كما يحدث في كثير من الحالات:
HH => H ∙ + ∙ H.
أو الحالة غير المتجانسة ، والتي يمكن أن تحدث ، على سبيل المثال ، عند هدرجة أكسيد الزنك ZnO:
HH => H + + H -
لاحظ أن الفرق بين الفواصل يكمن في كيفية توزيع الإلكترونات في الرابطة. إذا تم توزيعها بالتساوي (تساهميًا) ، ينتهي كل H بالحفاظ على إلكترون واحد ؛ بينما إذا كان التوزيع أيونيًا ، ينتهي أحدهما بدون إلكترونات ، H + ، والآخر يكسبها تمامًا ، H -.
كلتا الفواصل ممكنة في الهدرجة التحفيزية ، على الرغم من أن التحلل المتماثل يسمح بإفساح المجال لتطوير آلية منطقية لذلك.
تجريبي
الهيدروجين هو غاز ، وبالتالي ، يجب أن يتم فقاعاته ويجب التأكد من أنه فقط هو السائد على سطح السائل.
من ناحية أخرى ، يجب إذابة المركب المهدرج في وسط ، سواء كان ماء ، أو كحول ، أو إيثر ، أو استرات ، أو أمين سائل ؛ وإلا فإن الهدرجة سوف تستمر ببطء شديد.
بمجرد إذابة المركب المراد هدرجة ، يجب أن يكون هناك أيضًا محفز في وسط التفاعل. سيكون هذا مسؤولاً عن تسريع سرعة التفاعل.
في الهدرجة التحفيزية ، غالبًا ما تستخدم المعادن المقسمة بدقة من النيكل والبلاديوم والبلاتين والروديوم ، وهي غير قابلة للذوبان في جميع المذيبات العضوية تقريبًا. لذلك ستكون هناك مرحلتان: المرحلة السائلة مع ذوبان المركب والهيدروجين ، والمرحلة الصلبة ، مرحلة المحفز.
توفر هذه المعادن سطحها لتفاعل الهيدروجين والمركب ، بطريقة تسرع تكسير الروابط.
وبالمثل ، فإنها تقلل من مساحة انتشار الأنواع ، مما يزيد من عدد الاصطدامات الجزيئية الفعالة. ليس ذلك فحسب ، بل يحدث التفاعل أيضًا داخل مسام المعدن.
أنواع
متجانس
نتحدث عن الهدرجة الحفزية المتجانسة عندما يتكون وسط التفاعل من مرحلة واحدة. لا يتناسب هنا استخدام المعادن في حالتها النقية ، لأنها غير قابلة للذوبان.
بدلاً من ذلك ، يتم استخدام المركبات العضوية المعدنية من هذه المعادن ، وهي قابلة للذوبان ، وقد ثبت أن لها عوائد عالية.
أحد هذه المركبات العضوية المعدنية هو محفز ويلكنسون: tris (triphenylphosphine) rhodium chloride ، 3 RhCl. تشكل هذه المركبات معقدًا مع H 2 ، مما يؤدي إلى تنشيطه لتفاعله الإضافي اللاحق مع الألكين أو الألكين.
تقدم الهدرجة المتجانسة بدائل أكثر بكثير من البدائل غير المتجانسة. لماذا ا؟ لأن الكيمياء هي المركبات العضوية المعدنية وفيرة: يكفي تغيير المعدن (Pt ، Pd ، Rh ، Ni) والروابط (الجزيئات العضوية أو غير العضوية المرتبطة بالمركز المعدني) ، للحصول على محفز جديد.
غير متجانسة
الهدرجة التحفيزية غير المتجانسة ، كما ذكرنا للتو ، لها مرحلتان: الأولى سائلة والأخرى صلبة.
بالإضافة إلى المحفزات المعدنية ، هناك عوامل أخرى تتكون من خليط صلب ؛ على سبيل المثال ، محفز Lindlar ، والذي يتكون من البلاتين وكربونات الكالسيوم وأسيتات الرصاص والكينولين.
يتميز محفز Lindlar بخصوصية أنه يعاني من نقص في هدرجة الألكينات ؛ ومع ذلك ، فهو مفيد جدًا في عمليات الهدرجة الجزئية ، أي أنه يعمل بشكل ممتاز على الألكينات:
RC≡CR + H 2 => RHC = CHR
آلية
توضح الصورة آلية الهدرجة التحفيزية باستخدام مسحوق المعدن كعامل مساعد.
تتوافق الكرات الرمادية مع السطح المعدني للبلاتين ، على سبيل المثال. يقترب جزيء H 2 (اللون الأرجواني) من السطح المعدني كما يفعل الألكين المستبدل الرباعي ، R 2 C = CR 2.
يتفاعل H 2 مع الإلكترونات التي تمر عبر ذرات المعدن ، ويحدث تمزق وتشكيل رابطة مؤقتة HM ، حيث M هو المعدن. تُعرف هذه العملية بالامتصاص الكيميائي ؛ أي الامتزاز بالقوى الكيميائية.
يتفاعل الألكين بطريقة مماثلة ، لكن الرابطة تتكون من الرابطة المزدوجة (الخط المنقط). لقد انفصلت رابطة HH بالفعل وبقيت كل ذرة هيدروجين مرتبطة بالمعدن ؛ وهي تفعل الشيء نفسه مع المراكز المعدنية في المحفزات الفلزية العضوية ، وتشكل مركب HMH وسيط.
ثم يحدث هجرة H نحو الرابطة المزدوجة ، وهذا يفتح تشكيل رابطة مع المعدن. ثم يرتبط المتبقي H بالكربون الآخر للرابطة المزدوجة الأصلية ، ويتم إطلاق الألكان المنتج ، R 2 HC-CHR 2 ، أخيرًا.
سيتم تكرار هذه الآلية عدة مرات حسب الضرورة ، حتى يتفاعل H 2 بالكامل.
المراجع
- غراهام سولومونز تي دبليو ، كريج ب. فريهل. (2011). الكيمياء العضوية. الأمينات. (الطبعة العاشرة). وايلي بلس.
- كاري ف. (2008). الكيمياء العضوية. (الطبعة السادسة). ماك جراو هيل.
- رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
- لو ج. (بدون تاريخ). الهدرجة التحفيزية للألكينات. الكيمياء LibreTexts. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
- جونز د. (2018). ما هي الهدرجة الحفزية؟ - آلية ورد الفعل. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com