Hydrogenace: Porovnání verzí
Smazaný obsah Přidaný obsah
m přidána Kategorie:Homogenní katalýza za použití HotCat |
Doplnění textu, obrázku a referencí. značky: {{Překlad}} s odrážkou editace z Vizuálního editoru odkazy na rozcestníky |
||
Řádek 1:
'''Hydrogenace''' (nebo také adice vodíku) je [[chemická reakce]] mezi molekulárním [[Vodík|vodíkem]] H<sub>2</sub> a další látkou (zpravidla nenasycenou) za přítomnosti [[Katalyzátor|katalyzátoru]]. Mezi nejčastější hydrogenace patří redukce násobných vazeb nebo jiných funkčních skupin v organických sloučeninách. Nejběžnějšími katalyzátory jsou například paladium, nikl nebo platina. Podle typu substrátu a katalyzátoru se hydrogenace provádí za různých teplot a tlaků. Vysoká teplota a tlak vedou k rychlejší [[Adsorpce|adsorpci]] vodíku na povrchu katalyzátoru. Při velmi vysokých [[Teplota|teplotách]] lze hydrogenaci provést i bez katalyzátoru.
Hydrogenace obvykle znamená adici dvou atomů vodíku do molekuly organické látky. Nejběžnější hydrogenací je navázání vodíku na [[Dvojná vazba|dvojné]] a [[Trojná vazba|trojné vazby]] v [[Uhlovodíky|uhlovodících]], tedy na [[alkeny]] a [[alkyny]]<ref>{{Citace monografie
| příjmení = Hudlický
| jméno = Miloš
| titul = Reductions in Organic Chemistry
| url = https://archive.org/details/reductionsinorga0000hudl
| vydavatel = [[American Chemical Society]]
| místo = Washington, D.C.
| strany = [https://archive.org/details/reductionsinorga0000hudl/page/429 429]
| isbn = 0-8412-3344-6
| rok = 1996
| datum = 1996
}}</ref>. Hydrogenace se proto používá k nasycení vazeb organických sloučenin.
Při většině hydrogenačních reakcích se používá [[Plyn|plynný]] vodík (H<sub>2</sub>), některé reakce však využívají alternativní zdroje vodíku (transferová hydrogenace). Hydrogenační reakce, při kterých se po přidání vodíku poruší vazby, se nazývají hydrogenolýza. Jsou to například vazby [[uhlík]]-uhlík a uhlík-[[heteroatom]] ([[kyslík]], [[dusík]], [[Halogeny|halogen]]).
Katalytická hydrogenace byla poprvé provedena v roce 1890 francouzským chemikem [[Paul Sabatier|Paulem Sabatierem]], který za ni obdržel [[Nobelova cena|Nobelovu cenu]]. Na pokusech spolupracoval s Jeanem Baptistem Senderensem.
Obrácené reakci, tedy odstranění vodíku z molekuly, se říká [[dehydrogenace]]. Hydrogenace a dehydrogenace jsou reakce navzájem vratné. Obecně platí, že hydrogenace jsou reakce exotermní, zatímco dehydrogenace endotermní. Hydrogenace se liší od [[protonace]] a od [[Hydridy|hydridové]] adice, neboť při hydrogenaci má produkt stejný [[Elektrický náboj|náboj]] jako [[Reaktant|reaktanty]].
== Princip hydrogenační katalýzy ==
[[Soubor:Hydrogenation_on_catalyst.svg|náhled|313x313pixelů|Princip hydrogenační katalýzy]]
Molekuly vodíku jsou velmi stabilní, neboť pro reakci H<sub>2</sub> → 2H* se disociační [[entalpie]] ''ΔH<sup>0</sup>'' rovná 434 kJ·mol<sup>−1</sup>. Proto je pro hydrogenaci obvykle nutný katalyzátor, nejčastěji kov. Molekula vodíku H<sub>2</sub> se naváže na atom kovu a tím se oslabí vazba mezi atomy vodíku, které jsou pak schopné dále reagovat. Většina hydrogenačních katalyzátorů je schopna molekuly vodíku adsorbovat, [[Disociace|disociovat]] a připravit tak velmi reaktivní atomy vodíku. Například heterogenní hydrogenaci dvojné vazby alkenu (C = C) na povrchu kovového katalyzátoru lze rozdělit do tří kroků:
(1) Reaktanty se adsorbují na povrchu katalyzátoru a H<sub>2</sub> disociuje na dva atomy.
(2) Atom H se váže na jeden atom C. Druhý atom C je stále připojen k povrchu.
(3) Druhý atom C se váže na atom H a molekula opouští povrch.
Tato adice se nazývá syn-adice, neboť atomy vodíků přistupují ke dvojné vazbě ze stejné strany.
Aktivovat vodík mohou prakticky všechny [[přechodné kovy]], které se snaží naplnit své neobsazené [[Atomový orbital|orbitaly]] [[Elektron|elektrony]] od adsorbovaných molekul. Jako hydrogenační katalyzátory se používají tři skupiny látek:
* [[Kovy]] - [[palladium]], [[platina]], [[nikl]], [[cobalt]], [[měď]], [[železo]], jejich hydrogenační aktivita klesá v pořadí Pd > Pt > Ni = Co > Cu > Fe.
* [[Oxidy]] kovů - [[Oxid zinečnatý|ZnO]], [[Oxid chromitý|Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]], [[Oxid molybdenový|MoO<sub>3</sub>]], [[Oxid wolframový|WO<sub>3</sub>]], jejich aktivita je mnohem nižší než u katalyzátorů kovových a přijatelných reakčních rychlostí se dociluje teprve při vysokých teplotách.
* [[Sulfidy]] - WS<sub>2</sub>, MoS<sub>2</sub>, NiS, jejich hydrogenační aktivita je také mnohem nižší než u kovových katalyzátorů.
== Substráty a produkty hydrogenace ==
{| class="wikitable"
|+
!Substrát
!Výrobek
!Komentáře
!Hydrogenační
teplo (kJ/mol)
|-
|R<sub>2</sub>C = CR'<sub>2</sub>
(alken)
|R<sub>2</sub>CHCHR'<sub>2</sub>
(alkan)
|například výroba margarinu
|−90 až −130
|-
|RC≡CR"
(alkyn)
|RCH<sub>2</sub>-CH<sub>2</sub>R"
(alkan)
|semihydrogenace dává ''cis''-RHC=CHR'
|−300
(pro plnou hydrogenaci)
|-
|RCHO
(aldehyd)
|RCH<sub>2</sub>OH
(primární alkohol)
|často využívá transferovou hydrogenaci
|−60 až −65
|-
|R<sub>2</sub>CO
(keton)
|R<sub>2</sub>CHOH
(sekundární alkohol)
|často využívá transferovou hydrogenaci
|−60 až −65
|-
|RCO<sub>2</sub>
R' (ester)
|RCH<sub>2</sub>OH +
R'OH (dva alkoholy)
|například výroba mastných alkoholů
|−25 až −105
|-
|RCO<sub>2</sub>H
(karboxylová kyselina)
|RCH<sub>2</sub>OH
(primární alkohol)
|například výroba mastných alkoholů
|−25 až −75
|-
|RNO<sub>2</sub>
(nitro)
|RNH<sub>2</sub>
(amin)
|hlavní aplikací je anilin
|−550
|}
== Využití hydrogenace ==
Hydrogenace se obvykle využívá k [[Redoxní reakce|redukci]] nebo [[Saturace|saturaci]] (nasycení) [[Organická sloučenina|organických sloučenin]]. Velké využití nachází hydrogenace v [[Petrochemický průmysl|petrochemickém]], [[Farmaceutický průmysl|farmaceutickém]] a [[Potravinářství|potravinářském]] průmyslu.
Velký průmyslový význam mají katalytické hydrogenace [[Mastná kyselina|mastných kyselin]] (kalení [[Tuky|tuků]]) při výrobě [[Margarín|margarínu]]. Hydrogenací [[nenasycené mastné kyseliny|nenasycených mastných kyselin]] se snižuje počet [[Dvojná vazba (chemie)|dvojných vazeb]] v molekule. Tím dochází ke zvyšování bodu tání, tedy ke ztužování. Ilustrativním příkladem takové hydrogenační reakce je přidání vodíku ke [[Kyselina maleinová|kyselině maleinové]], která obsahuje dvojnou vazbu. Adicí vodíku se dvojná vazba zruší a vzniká [[kyselina jantarová]], která se používá jako [[Pigment|barvivo]], [[léčivo]] a ke [[Plastifikátor|změkčování]] [[Plast|plastů]]<ref>''Catalytic Hydrogenation of Maleic Acid at Moderate Pressures A Laboratory Demonstration'' Kwesi Amoa 1948 [[Journal of Chemical Education]] • Vol. 84 No. 12 December '''2007'''</ref>.
[[Soubor:SuccPdH2.png|vlevo|náhled|420x420pixelů|Hydrogenace kyseliny maleinové]]
Některé [[cis izomer|cis]] konfigurace dvojných vazeb se při tom mohou změnit na konfigurace [[trans izomer|trans]], čímž vznikají [[transmastné kyseliny]], které jsou nezdravé. Úplnou hydrogenací se nenasycené mastné kyseliny mění v [[nasycené mastné kyseliny|nasycené]], kdy všechny dvojné vazby mezi atomy uhlíku zaniknou, tedy včetně trans konfigurací. Toho využívá moderní proces částečného ztužování zvaný [[interesterifikace]], při kterém dochází k výměně mastných kyselin mezi molekulami přírodních a zcela nasycených tuků, takže produkci trans izomerů je zabráněno.{{Viz též|Tuky#Transmastné kyseliny}}
== Odkazy ==
<references />
== Literatura ==
* {{Citace periodika
| url = http://members.ift.org/NR/rdonlyres/27B49B9B-EA63-4D73-BAB4-42FEFCD72C68/0/crfsfsv4n1p00220030ms20040577.pdf
| formát = PDF
| autor = Jang ES, Jung MY, Min DB
| titul = Hydrogenation for Low Trans and High Conjugated Fatty Acids
| periodikum = Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety
| ročník = 1
| rok = 2005
| příjmení =
| jméno =
| datum přístupu = 28-08-2009
| url archivu = https://web.archive.org/web/20081217185908/http://members.ift.org/NR/rdonlyres/27B49B9B-EA63-4D73-BAB4-42FEFCD72C68/0/crfsfsv4n1p00220030ms20040577.pdf
| datum archivace = 17-12-2008
| nedostupné = ano
}} {{Wayback|url=http://members.ift.org/NR/rdonlyres/27B49B9B-EA63-4D73-BAB4-42FEFCD72C68/0/crfsfsv4n1p00220030ms20040577.pdf |date=20081217185908 }}
* Starší práce o transferové hydrogenaci: Davies, R. R.; Hodgson, H. H. ''[[J. Chem. Soc.]]'' '''1943''', 281. Leggether, B. E.; Brown, R. K. ''Can. J. Chem.'' '''1960''', ''38'', 2363. Kuhn, L. P. ''[[J. Am. Chem. Soc.]]'' '''1951''', ''73'', 1510.
* {{Citace monografie
| autor = Fred A. Kummerow | titul = Cholesterol Won't Kill You, But Trans Fat Could | vydavatel = | rok = | isbn = 142513808X }} == Reference ==
*{{Překlad|en|Hydrogenation|1065506490}}{{Překlad|de|Hydrierung|218061705}}
== Externí odkazy ==
Řádek 29 ⟶ 150:
* [http://orgsynth.org/orgsyn/pdfs/CV4P0603.pdf Organic Syntheses, Coll. Vol. 3, p.720 (1955).]
* [http://orgsynth.org/orgsyn/pdfs/CV6P0371.pdf Organic Syntheses, Coll. Vol. 6, p.371 (1988).]
{{Chemie}}
{{Autoritní data}} {{Portály|Chemie}}
[[Kategorie:Hydrogenace| ]]
[[Kategorie:Chemické inženýrství]]
| |||