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Redução de Alcenos: Hidrogenação Catalítica

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A hidrogenação de alcenos é um processo de redução em que a adição de hidrogênio molecular quebra a ligação π fraca de um alceno para formar duas ligações C-H σ de um alcano.

Intrinsecamente, a hidrogenação de alcenos possui uma grande barreira energética, tornando a reação desfavorável à temperatura ambiente.

A reação pode ser alterada para fornecer uma via de baixa energia usando um catalisador de metal de transição - geralmente contendo paládio, platina e níquel.

O catalisador é heterogêneo; isto é, sólido finamente dividido disperso na superfície do suporte inerte, como o carvão.

A hidrogenação começa com a adsorção de hidrogênio molecular na superfície do catalisador metálico.

A interação do hidrogênio molecular com o metal cliva a ligação H-H para dar átomos de hidrogênio adsorvidos individualmente.

Em seguida, um alceno adsorve coordenando uma das faces de sua π se liga à superfície do metal.

Isso é seguido pela inserção sequencial de dois átomos de hidrogênio na ligação π, dando o produto reduzido que se libera simultaneamente da superfície do catalisador.

À medida que os hidrogênios são transferidos para a mesma face da ligação π, a hidrogenação tem estereoquímica syn.

Considere a hidrogenação de um alceno gerando dois novos centros quirais.

Embora a quiralidade na molécula revele a possibilidade de quatro estereoisômeros, devido à adição de syn, apenas um par de enantiômeros é predominantemente formado, tornando a reação estereoespecífica.

Além disso, o ambiente estérico em torno da ligação dupla governa sua abordagem em relação ao catalisador.

Por exemplo, a ligação dupla no α-pineno está sob a influência estérica do grupo metil ligado ao anel de quatro membros, inibindo a inserção de hidrogênio do lado estericamente impedido.

Assim, a inserção do hidrogênio na ligação π do α-pineno ocorre exclusivamente a partir de sua face inferior, formando um único produto.

Overview

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$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Os alcenos sofrem redução pela adição de hidrogênio molecular para formar alcanos. Como o processo geralmente ocorre na presença de um catalisador de metal de transição, a reação é chamada de hidrogenação catalítica.

Metais como paládio, platina e níquel são comumente usados em suas formas sólidas – pó fino sobre uma superfície inerte. Como esses catalisadores permanecem insolúveis na mistura reacional, são referidos como catalisadores heterogêneos.

O processo de hidrogenação ocorre na superfície do catalisador metálico. Começa com a adsorção do hidrogênio na superfície do metal, seguida pela clivagem das ligações H-H para formar ligações individuais metal-hidrogênio. O alceno então complexa com a superfície do catalisador usando seus orbitais p para se sobrepor aos orbitais metálicos vazios do catalisador. Os dois átomos de hidrogênio então se inserem na ligação π sequencialmente por meio da adição de sin (adição na mesma face da ligação π) para fornecer o produto reduzido – o alcano. O alcano formado não está mais ligado ao metal e se difunde para longe da superfície do catalisador.

O processo de hidrogenação é exotérmico. O calor liberado é chamado de calor de hidrogenação (ΔH°) e ajuda a prever as estabilidades relativas dos alcenos. Por exemplo, embora a hidrogenação tanto do cis-2-buteno quanto do trans-2-buteno dê o mesmo produto - butano, o trans-2-buteno é mais estável que o cis-2-buteno. Isso pode ser explicado com base no calor de hidrogenação dos dois isômeros. O isômero cis (ΔH° = −28,6 kcal/mol) tem um calor de hidrogenação ligeiramente maior em comparação com o isômero trans (ΔH° = −27,6 kcal/mol). No cis-2-buteno, a repulsão estérica entre os dois grupos metilo situados no mesmo lado da ligação dupla torna-o menos estável, o que se reflete em seu maior calor de hidrogenação.

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A hidrogenação de alcenos é um processo de redução em que a adição de hidrogênio molecular quebra a ligação π fraca de um alceno para formar duas ligações C-H σ de um alcano.

Intrinsecamente, a hidrogenação de alcenos possui uma grande barreira energética, tornando a reação desfavorável à temperatura ambiente.

A reação pode ser alterada para fornecer uma via de baixa energia usando um catalisador de metal de transição - geralmente contendo paládio, platina e níquel.

O catalisador é heterogêneo; isto é, sólido finamente dividido disperso na superfície do suporte inerte, como o carvão.

A hidrogenação começa com a adsorção de hidrogênio molecular na superfície do catalisador metálico.

A interação do hidrogênio molecular com o metal cliva a ligação H-H para dar átomos de hidrogênio adsorvidos individualmente.

Em seguida, um alceno adsorve coordenando uma das faces de sua π se liga à superfície do metal.

Isso é seguido pela inserção sequencial de dois átomos de hidrogênio na ligação π, dando o produto reduzido que se libera simultaneamente da superfície do catalisador.

À medida que os hidrogênios são transferidos para a mesma face da ligação π, a hidrogenação tem estereoquímica syn.

Considere a hidrogenação de um alceno gerando dois novos centros quirais.

Embora a quiralidade na molécula revele a possibilidade de quatro estereoisômeros, devido à adição de syn, apenas um par de enantiômeros é predominantemente formado, tornando a reação estereoespecífica.

Além disso, o ambiente estérico em torno da ligação dupla governa sua abordagem em relação ao catalisador.

Por exemplo, a ligação dupla no α-pineno está sob a influência estérica do grupo metil ligado ao anel de quatro membros, inibindo a inserção de hidrogênio do lado estericamente impedido.

Assim, a inserção do hidrogênio na ligação π do α-pineno ocorre exclusivamente a partir de sua face inferior, formando um único produto.

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