A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
Hydrogenace (nebo také adice vodíku) je chemická reakce mezi molekulárním vodíkem H2 a další látkou (zpravidla nenasycenou) za přítomnosti katalyzátoru. Mezi nejčastější hydrogenace patří redukce násobných vazeb nebo jiných funkčních skupin v organických sloučeninách. Nejběžnějšími katalyzátory jsou například palladium, nikl nebo platina. Podle typu substrátu a katalyzátoru se hydrogenace provádí za různých teplot a tlaků. Vysoká teplota a tlak vedou k rychlejší adsorpci vodíku na povrchu katalyzátoru. Při velmi vysokých teplotách lze hydrogenaci provést i bez katalyzátoru.
Hydrogenace obvykle znamená adici dvou atomů vodíku do molekuly organické látky. Nejběžnější hydrogenací je navázání vodíku na dvojné a trojné vazby v uhlovodících, tedy na alkeny a alkyny[1]. Hydrogenace se proto používá k nasycení vazeb organických sloučenin.
Při většině hydrogenačních reakcích se používá plynný vodík (H2), 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, halogen).
Katalytická hydrogenace byla poprvé provedena v roce 1890 francouzským chemikem Paulem Sabatierem, který za ni obdržel Nobelovu cenu.[2] 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 hydridové adice, neboť při hydrogenaci má produkt stejný náboj jako reaktanty.
Princip hydrogenační katalýzy
Molekuly vodíku jsou velmi stabilní, neboť pro reakci H2 → 2H* se disociační entalpie ΔH0 rovná 434 kJ·mol−1. Proto je pro hydrogenaci obvykle nutný katalyzátor, nejčastěji kov. Molekula vodíku H2 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, 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:
- Reaktanty se adsorbují na povrchu katalyzátoru a H2 disociuje na dva atomy.
- Atom H se váže na jeden atom C. Druhý atom C je stále připojen k povrchu.
- Druhý atom C se váže na atom H a molekula produktu 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 orbitaly elektrony od adsorbovaných molekul. Jako hydrogenační katalyzátory se používají tři skupiny látek:
- Kovy - palladium, platina, nikl, kobalt, měď, železo, jejich hydrogenační aktivita klesá v pořadí Pd > Pt > Ni = Co > Cu > Fe.
- Oxidy kovů - ZnO, Cr2O3, MoO3, WO3, jejich aktivita je mnohem nižší než u katalyzátorů kovových a přijatelných reakčních rychlostí se dociluje teprve při vysokých teplotách.
- Sulfidy - WS2, MoS2, NiS, jejich hydrogenační aktivita je také mnohem nižší než u kovových katalyzátorů.
Substráty a produkty hydrogenace
Substrát | Výrobek | Komentáře | Hydrogenační
teplo (kJ/mol) |
---|---|---|---|
R2C = CR'2
(alken) |
R2CHCHR'2
(alkan) |
například výroba strukturních tuků[3] | −90 až −130 |
RC≡CR"
(alkyn) |
RCH2-CH2R"
(alkan) |
semihydrogenace dává cis-RHC=CHR' | −300
(pro plnou hydrogenaci) |
RCHO
(aldehyd) |
RCH2OH
(primární alkohol) |
často využívá transferovou hydrogenaci | −60 až −65 |
R2CO
(keton) |
R2CHOH
(sekundární alkohol) |
často využívá transferovou hydrogenaci | −60 až −65 |
RCO2
R' (ester) |
RCH2OH +
R'OH (dva alkoholy) |
například výroba mastných alkoholů | −25 až −105 |
RCO2H
(karboxylová kyselina) |
RCH2OH
(primární alkohol) |
například výroba mastných alkoholů | −25 až −75 |
RNO2
(nitro) |
RNH2
(amin) |
hlavní aplikací je anilin | −550 |
Využití hydrogenace
Hydrogenace se obvykle využívá k redukci nebo saturaci (nasycení) organických sloučenin. Velké využití nachází hydrogenace v petrochemickém, farmaceutickém a potravinářském průmyslu.
Velký průmyslový význam mají katalytické hydrogenace mastných kyselin (kalení tuků) při výrobě margarínu. Hydrogenací nenasycených mastných kyselin se snižuje počet dvojných vazeb v molekule. Tím dochází ke zvyšování bodu tání, tedy ke ztužování. Ilustrativním příkladem takové hydrogenační reakce je přidání vodíku ke kyselině maleinové, která obsahuje dvojnou vazbu. Adicí vodíku se dvojná vazba zruší a vzniká kyselina jantarová, která se používá jako barvivo, léčivo a ke změkčování plastů[4].
Některé cis konfigurace dvojných vazeb se při tom mohou změnit na konfigurace trans, čímž vznikají transmastné kyseliny, které jsou nezdravé. Úplnou hydrogenací se nenasycené mastné kyseliny mění v nasycené, kdy všechny dvojné vazby mezi atomy uhlíku zaniknou, tedy včetně trans konfigurací. Vedle úplné hydrogenace existují i další moderní způsoby modifikace tuků: interesterifikace či frakcionace, při kterých transmastné kyseliny nevznikají[3].
Odkazy
Reference
V tomto článku byly použity překlady textů z článků Hydrogenation na anglické Wikipedii a Hydrierung na německé Wikipedii.
- ↑ HUDLICKÝ, Miloš. Reductions in Organic Chemistry. Washington, D.C.: American Chemical Society, 1996. Dostupné online. ISBN 0-8412-3344-6. S. 429.
- ↑ The Nobel Prize in Chemistry 1912. NobelPrize.org . . Dostupné online. (anglicky)
- ↑ a b Modifikace tuků z pohledu potravinářských technologií | Olej nad zlato . . Dostupné online.
- ↑ Catalytic Hydrogenation of Maleic Acid at Moderate Pressures A Laboratory Demonstration Kwesi Amoa 1948 Journal of Chemical Education • Vol. 84 No. 12 December 2007
Literatura
- Jang ES, Jung MY, Min DB. Hydrogenation for Low Trans and High Conjugated Fatty Acids. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2005, roč. 1. Dostupné v archivu pořízeném dne 17-12-2008. Archivováno 17. 12. 2008 na Wayback Machine.
- 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.
- Fred A. Kummerow. Cholesterol Won't Kill You, But Trans Fat Could. : Trafford, 2008. Dostupné online. ISBN 142513808X.
Externí odkazy
- Obrázky, zvuky či videa k tématu hydrogenace na Wikimedia Commons
- Organic Syntheses, Coll. Vol. 7, p.226 (1990).
- Organic Syntheses, Coll. Vol. 8, p.609 (1993).
- Organic Syntheses, Coll. Vol. 5, p.552 (1973).
- Organic Syntheses, Coll. Vol. 3, p.720 (1955).
- Organic Syntheses, Coll. Vol. 6, p.371 (1988).
Text je dostupný za podmienok Creative Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 Unported; prípadne za ďalších podmienok. Podrobnejšie informácie nájdete na stránke Podmienky použitia.
Antény
Chemické zdroje elektriny
Chladenie v elektrotechnike
Elektrická sústava automobilu
Elektrická trakcia
Elektrické prístroje
Elektrické súčiastky
Elektrické spotrebiče
Elektrické stroje
Čítanie (elektrotechnika)
Činný výkon
Štatistická dynamika
Živý vodič
Admitancia
Antiparalelné zapojenie
Asynchrónny motor
Blúdivý prúd
Bočník (elektrotechnika)
Diak (polovodičový prvok)
Displej s kvapalnými kryštálmi
Elektrická inštalácia
Elektrická rezonancia
Elektrická sila
Elektrická vodivosť
Elektrické zariadenie
Elektrický obvod
Elektrický zvonec
Elektroenergetika
Elektromer
Elektrometer
Elektromobil
Elektromotor
Elektromotorické napätie
Elektrotechnický náučný slovník
Elektrotechnika
Elektrotechnológia
Fázor
Faradayova klietka
Frekvencia (fyzika)
Graetzov mostík
Impedancia
Indukčnosť
Induktancia
Istič
Izolácia (elektrotechnika)
Izolant
Jadro vodiča
Jednobran
Jednosmerný prúd
Joulovo teplo
Katóda
Koaxiálny kábel
Kompenzácia účinníka
Konduktometria
Konektor (elektrotechnika)
Korónový výboj
Lanko (elektrotechnika)
Leptanie
Logické hradlo
Magnetická susceptibilita
Magnetizácia (veličina)
Merný elektrický odpor
Mobilné zariadenie
Napájací zdroj
Napäťový chránič
Napäťový násobič
Nortonova veta
Odpínač
Odpojovač
OLED
Olovený akumulátor
Paralelné zapojenie
Peltierov článok
Plošná hustota elektrického prúdu
Poistka (elektrotechnika)
Posuvný prúd
Prúdový chránič
Prenosové médium
Prieletový klystrón
Primárny elektrochemický článok
Reaktancia
Rekuperácia (dopravný prostriedok)
Relé
Reproduktorová výhybka
Rezistancia
Rozhranie (interface)
Sériové zapojenie
Seebeckov jav
Sekundárny elektrochemický článok
Settopbox
Skrat
Sonar
Spínač
Spínaný zdroj
Straty v mikropásikových vedeniach
Striedavý prúd
Stupeň ochrany krytom
Svetelná výbojka
Symetrizačný člen
Technická normalizácia
Tepelné relé
Tepelne vodivostný detektor
Termočlánok
Théveninova veta
Transformátor
Transformátor s fázovou reguláciou
Trojfázová sústava
Tuhá fáza (elektronika)
Tyratrón
Usmerňovač (elektrotechnika)
Uzemnenie
Uzol (vodiče)
Vírivý prúd
Výbojka
Varistor
Ventilátor
Vodič (elektrotechnika)
Voltov stĺp
Vstavaný systém
Zásuvka (elektrotechnika)
Zdroj (elektrotechnika)
Zisk antény
Text je dostupný za podmienok Creative
Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 Unported; prípadne za ďalších
podmienok.
Podrobnejšie informácie nájdete na stránke Podmienky
použitia.
www.astronomia.sk | www.biologia.sk | www.botanika.sk | www.dejiny.sk | www.economy.sk | www.elektrotechnika.sk | www.estetika.sk | www.farmakologia.sk | www.filozofia.sk | Fyzika | www.futurologia.sk | www.genetika.sk | www.chemia.sk | www.lingvistika.sk | www.politologia.sk | www.psychologia.sk | www.sexuologia.sk | www.sociologia.sk | www.veda.sk I www.zoologia.sk