उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रिया है जिसके द्वारा आणविक हाइड्रोजन उच्च गति में एक परिसर में जोड़ा जाता है है। न केवल एच 2 अणु को पहले अपने सहसंयोजक बंधन को तोड़ना चाहिए, बल्कि यह भी कि इसके बीच छोटे, कुशल टकराव और इसे जोड़ा जाने वाला यौगिक होने की संभावना कम है।
हाइड्रोजन रिसेप्टर यौगिक या तो कार्बनिक या अकार्बनिक हो सकता है। उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण के उदाहरण सबसे अधिक बार कार्बनिक यौगिकों में पाए जाते हैं; विशेष रूप से, जो फार्माकोलॉजिकल गतिविधि प्रस्तुत करते हैं, या जिनके पास उनकी संरचनाओं (ऑर्गोनोमेटेलिक यौगिक) में शामिल धातुएं हैं।
स्रोत: गेब्रियल बोलिवर
क्या होता है जब एच 2 को कार्बन-पैक संरचना में जोड़ा जाता है? इसकी अस्थिरता कम हो जाती है, अर्थात, कार्बन सरल बांडों की अधिकतम डिग्री तक पहुंच जाता है जो इसे बना सकते हैं।
इसलिए, H 2 को डबल (C = C) और ट्रिपल (C)C) बॉन्ड में जोड़ा जाता है; हालाँकि इसे कार्बोनिल समूहों (C = O) में भी जोड़ा जा सकता है।
इस प्रकार, अल्केन्स और एल्केनीज ने उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण द्वारा प्रतिक्रिया को जोड़ा। सतही रूप से किसी भी संरचना का विश्लेषण करके, यह भविष्यवाणी की जा सकती है कि क्या यह डबल और ट्रिपल बांड का पता लगाकर एच 2 को जोड़ देगा या नहीं ।
उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण के लक्षण
छवि इस प्रतिक्रिया के तंत्र को दिखाती है। हालांकि, इसका वर्णन करने से पहले कुछ सैद्धांतिक पहलुओं को संबोधित करना आवश्यक है।
ग्रेयश गोले की सतह धातु के परमाणुओं का प्रतिनिधित्व करती हैं, जैसा कि देखा जाएगा, हाइड्रोजनीकरण समता के उत्प्रेरक हैं।
हाइड्रोजन बंधन टूट गया
के साथ शुरू करने के लिए, हाइड्रोजनीकरण एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया है, अर्थात, यह कम ऊर्जा के साथ यौगिकों के गठन के परिणामस्वरूप गर्मी जारी करता है।
यह सीएच बांडों की स्थिरता द्वारा समझाया गया है, जिसे आणविक हाइड्रोजन के एचएच बांड की तुलना में उनके बाद के ब्रेकिंग के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
दूसरी ओर, हाइड्रोजनीकरण में हमेशा एचएच बंधन को तोड़ना शामिल है। यह टूटना होमोलिटिक हो सकता है, क्योंकि यह कई मामलों में होता है:
एचएच => एच ∙ +। एच
या हेटेरोलिटिक, जो हो सकता है, उदाहरण के लिए, जब जस्ता ऑक्साइड, ZnO, हाइड्रोजनीकृत होता है:
एचएच => एच + + एच -
ध्यान दें कि दोनों ब्रेक के बीच अंतर यह है कि बांड में इलेक्ट्रॉनों को कैसे वितरित किया जाता है। यदि वे समान रूप से वितरित किए जाते हैं (सहसंयोजक), प्रत्येक एच एक इलेक्ट्रॉन के संरक्षण को समाप्त करता है; यदि वितरण आयनिक है, तो कोई इलेक्ट्रॉनों के बिना समाप्त होता है, एच + और दूसरा उन्हें पूरी तरह से प्राप्त करता है, एच - ।
उत्प्रेरक विखंडन में दोनों विराम संभव हैं, हालांकि होमोलिटिक एक इसके लिए एक तार्किक तंत्र के विकास को रास्ता देने की अनुमति देता है।
प्रयोगात्मक
हाइड्रोजन एक गैस है, और इसलिए, इसे बुदबुदाया जाना चाहिए और यह सुनिश्चित किया जाना चाहिए कि केवल यह तरल की सतह पर प्रबल होता है।
दूसरी ओर, हाइड्रोजनीकृत होने वाले यौगिक को एक माध्यम में घुलाना पड़ता है, चाहे वह पानी, शराब, ईथर, एस्टर या एक तरल अमाइन हो; अन्यथा हाइड्रोजनीकरण बहुत धीरे-धीरे आगे बढ़ेगा।
एक बार जब हाइड्रोजनीकृत होने वाले यौगिक को भंग कर दिया जाता है, तो प्रतिक्रिया माध्यम में एक उत्प्रेरक भी होना चाहिए। यह प्रतिक्रिया की गति को तेज करने के लिए जिम्मेदार होगा।
उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण में, निकेल, पैलेडियम, प्लैटिनम या रोडियम के बारीक विभाजित धातु का उपयोग अक्सर किया जाता है, जो लगभग सभी कार्बनिक सॉल्वैंट्स में अघुलनशील होते हैं। इसलिए दो चरण होंगे: यौगिक और हाइड्रोजन के साथ एक तरल चरण, और एक ठोस चरण, उत्प्रेरक का।
ये धातुएं प्रतिक्रिया करने के लिए हाइड्रोजन और यौगिक के लिए अपनी सतह प्रदान करती हैं, इस तरह से कि बंधन के टूटने में तेजी आती है।
इसी तरह, वे प्रजातियों के प्रसार स्थान को कम करते हैं, जिससे प्रभावी आणविक टकराव की संख्या बढ़ जाती है। इतना ही नहीं, बल्कि धातु के छिद्रों के अंदर भी प्रतिक्रिया होती है।
प्रकार
सजातीय
जब हम एक ही चरण के होते हैं, तो हम सजातीय उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण की बात करते हैं। अपने शुद्ध राज्यों में धातुओं का उपयोग यहां फिट नहीं है, क्योंकि वे अघुलनशील हैं।
इसके बजाय, इन धातुओं के organometallic यौगिकों का उपयोग किया जाता है, जो घुलनशील हैं, और उच्च पैदावार के लिए दिखाए गए हैं।
इन ऑर्गोनोमेटेलिक यौगिकों में से एक विल्किंसन उत्प्रेरक है: ट्रिस (ट्राइफेनिलफॉस्फ़ीन) रोडियम क्लोराइड, 3 RhCl। ये यौगिक एच 2 के साथ एक जटिल बनाते हैं, इसे एल्केन या एल्केनी के बाद की प्रतिक्रिया के लिए सक्रिय करते हैं।
सजातीय हाइड्रोजनीकरण विषम से कई अधिक विकल्प प्रस्तुत करता है। क्यों? क्योंकि रसायन विज्ञान ऑर्गोनोमेट्रिक यौगिक प्रचुर मात्रा में है: यह एक नया उत्प्रेरक प्राप्त करने के लिए धातु (Pt, Pd, Rh, Ni) और ligands (धातु केंद्र से जुड़े कार्बनिक या अकार्बनिक अणुओं) को बदलने के लिए पर्याप्त है।
विजातीय
विषम उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण, जैसा कि अभी बताया गया है, के दो चरण हैं: एक तरल और एक ठोस।
धातु उत्प्रेरक के अलावा, ऐसे अन्य हैं जो एक ठोस मिश्रण से मिलकर होते हैं; उदाहरण के लिए, लिंडलर के उत्प्रेरक, जो प्लैटिनम, कैल्शियम कार्बोनेट, सीसा एसीटेट और क्विनोलिन से बना है।
लिंडलर उत्प्रेरक की ख़ासियत यह है कि यह अल्केन्स के हाइड्रोजनीकरण के लिए कमी है; हालांकि, यह आंशिक हाइड्रोजनीकरण के लिए बहुत उपयोगी है, अर्थात्, यह एल्केनीज़ पर उत्कृष्ट रूप से काम करता है:
RCCR + H 2 => आरएचसी = सीएचआर
तंत्र
छवि उत्प्रेरक के रूप में पाउडर धातु का उपयोग करके उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण के तंत्र को दिखाती है।
ग्रेविश क्षेत्र, प्लैटिनम की धातु की सतह के अनुरूप है। H 2 अणु (बैंगनी रंग) धातु की सतह पर पहुंचता है जैसा कि टेट्रा द्वारा प्रतिस्थापित एल्केन, R 2 C = 2 2 से होता है ।
एच 2 इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करता है जो धातु के परमाणुओं के माध्यम से चलते हैं, और एक अस्थायी बंधन एचएम का टूटना और गठन होता है, जहां एम धातु है। इस प्रक्रिया को केमिस्ट्रिशन के रूप में जाना जाता है; वह है, रासायनिक बलों द्वारा एक सोखना।
एल्केनेन एक समान तरीके से बातचीत करता है, लेकिन बंधन अपने दोहरे बंधन (बिंदीदार रेखा) द्वारा बनता है। HH बॉन्ड पहले ही अलग हो चुका है और प्रत्येक हाइड्रोजन परमाणु धातु से बंधा हुआ है; यह एक मध्यवर्ती एचएमएच कॉम्प्लेक्स का निर्माण करते हुए, ऑर्गोमेटेलिक उत्प्रेरक में धातु केंद्रों के साथ भी ऐसा ही करता है।
तब दोहरे बंधन की ओर H का प्रवास होता है, और यह धातु के साथ एक बंधन बनाता है। शेष एच फिर मूल दोहरे बंधन के अन्य कार्बन से बांधता है, और उत्पादित एल्केन, आर 2 एचसी-सीएचआर 2, अंततः जारी किया जाता है ।
इस तंत्र को आवश्यकतानुसार कई बार दोहराया जाएगा, जब तक कि सभी एच 2 पूरी तरह से प्रतिक्रिया नहीं करते।
संदर्भ
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