接触水素化は、水素分子をより高い速度で化合物に添加される反応です。H 2分子は最初に共有結合を切断する必要があるだけでなく、非常に小さいため、H 2分子とそれが追加される化合物との間の効率的な衝突が起こりにくくなります。
水素受容体化合物は、有機でも無機でもよい。接触水素化の例は、有機化合物に最もよく見られます。特に、薬理活性を示すもの、または構造に金属が組み込まれているもの（有機金属化合物）。
出典：GabrielBolívar
炭素充填構造にH 2が追加されるとどうなりますか？その不飽和度は減少します。つまり、炭素は、それが形成できる単純な結合の最大度に達します。
したがって、二重結合（C = C）および三重結合（C≡C）にH 2が追加されます。ただし、カルボニル基（C = O）に追加することもできます。
したがって、添加されたアルケンおよびアルキンは、接触水素化によって反応する。表面の構造を解析することで、二重結合や三重結合を検出するだけでH 2が付加されるかどうかを予測できます。
接触水素化の特徴
画像はこの反応のメカニズムを示しています。ただし、説明する前に、いくつかの理論的な側面に対処する必要があります。
灰色がかった球の表面は、金属原子を表します。これは、見てわかるように、卓越した水素化の触媒です。
水素結合の切断
まず、水素化は発熱反応です。つまり、より低いエネルギーの化合物の形成の結果として熱を放出します。
これは、形成されたCH結合の安定性によって説明されます。これは、分子水素のHH結合が必要とするよりも、その後の切断に多くのエネルギーを必要とします。
一方、水素化では常にHH結合が最初に切断されます。この破裂は多くの場合に発生するため、ホモリティックになる可能性があります。
HH => H∙+∙H
または、たとえば酸化亜鉛ZnOが水素化されたときに発生するヘテロリティック：
HH => H + + H -
2つのブレークの違いは、結合の電子がどのように分布するかにあることに注意してください。それらが均等に（共有結合で）分布している場合、各Hは1つの電子を保存することになります。電子無し分布がイオンである場合、一端アップ一方、H +完全に、および他の利益、H - 。
ホモリティックなものはこれのための論理的なメカニズムの開発に道を譲ることができますが、接触水素化では両方の中断が可能です。
実験的
水素は気体であるため、気泡を発生させる必要があり、水素のみが液体の表面を支配するようにする必要があります。
一方、水素化される化合物は、水、アルコール、エーテル、エステル、液体アミンなどの媒体に可溶化する必要があります。そうでなければ、水素化は非常にゆっくりと進行します。
水素化される化合物が溶解すると、反応媒体中に触媒も存在しなければならない。これは反応の速度を加速する責任があります。
接触水素化では、ニッケル、パラジウム、プラチナ、ロジウムなどの細かく分割された金属が一般的に使用され、ほとんどすべての有機溶媒に不溶です。したがって、2つの相があります。化合物と水素が溶解した液相と、触媒の固相です。
これらの金属は、結合の破壊が加速されるように、水素と化合物が反応するための表面を提供します。
同様に、それらは種の拡散空間を減らし、効果的な分子衝突の数を増やします。それだけでなく、反応さえ金属の細孔の中で起こります。
タイプ
同種の
反応媒体が単一相からなる場合の均一接触水素化について説明します。純粋な状態での金属の使用は、不溶性であるため、ここには当てはまりません。
代わりに、これらの金属の有機金属化合物が使用されます。これらは溶解性があり、高収率であることが示されています。
これらの有機金属化合物の1つは、ウィルキンソンの触媒であるトリス（トリフェニルホスフィン）塩化ロジウム、3 RhClです。これらの化合物はH 2と錯体を形成し、アルケンまたはアルキンへのその後の付加反応のためにH 2を活性化します。
均一系水素化は、不均一系よりも多くの選択肢を提供します。どうして？化学は有機金属化合物であるため、金属（Pt、Pd、Rh、Ni）と配位子（金属中心にリンクされた有機分子または無機分子）を変更して新しい触媒を得るだけで十分です。
異機種混在
先に述べたように、不均一接触水素化には2つのフェーズがあります。1つは液体、もう1つは固体です。
金属触媒に加えて、固体混合物からなるものもあります。たとえば、白金、炭酸カルシウム、酢酸鉛、キノリンで構成されるリンドラーの触媒。
リンドラー触媒は、アルケンの水素化に欠けているという特徴があります。ただし、部分水素化には非常に役立ちます。つまり、アルキンに対して優れた効果を発揮します。
RC≡CR+ H 2 => RHC = CHR
機構
画像は粉末金属を触媒とした接触水素化のメカニズムを示しています。
灰色がかった球体は、たとえばプラチナの金属表面に対応しています。H 2分子（紫色）は、四置換アルケンR 2 C = CR 2と同様に金属表面に近づきます。
H 2は金属の原子を通過する電子と相互作用し、一時的な結合HMの破壊と形成が起こります（Mは金属です）。このプロセスは化学吸着として知られています。つまり、化学力による吸着です。
アルケンは同様に相互作用しますが、結合は二重結合（点線）によって形成されます。HH結合は既に解離しており、各水素原子は金属に結合したままです。有機金属触媒の金属中心と同じことを行い、中間のHMH錯体を形成します。
次に、Hの二重結合への移動が発生し、これにより金属との結合が形成されます。残りのHは元の二重結合の他の炭素に結合し、生成されたアルカン、R 2 HC-CHR 2が最終的に放出されます。
このメカニズムは、すべてのH 2が完全に反応するまで、必要な回数繰り返されます。
参考文献
- Graham Solomons TW、Craig B. Fryhle。（2011）。有機化学。アミン。（第 10 版。）Wiley Plus。
- キャリーF.（2008）。有機化学。（第6版）。Mc Graw Hill。
- 震えとアトキンス。（2008）。無機化学。（第4版）。Mc Graw Hill。
- Lew J.（nd）。アルケンの接触水素化。化学LibreTexts。回収元：chem.libretexts.org
- ジョーンズ・D（2018）。接触水素化とは何ですか？ -メカニズムと反応。調査。から回復：study.com