Overview
资料来源: 加州大学欧文分校化学系 Vy 先生和陈先生
本实验将演示氢化酮作为烯烃加氢反应的一个例子 (图 1)。在这个实验中, 钯碳 (Pd/C) 将被用作一个异构催化剂的过程。气球将被用来供应氢气的大气层。
图 1: 显示酮加氢的图为 3-phenylpropiophenone。
Principles
在饱和的单位中加氢称为加氢反应。自1897年被保罗 Sabatier 发现以来, 金属催化氢化的π键, 如烯烃 (图 2), 已经发展成为化学中一个重要的过程。多年来, 新的和更加健壮的催化剂被开发了, 扩大了这个过程的范围并且使 hydrogenations 是不对称的。当使用非均质催化剂时, 所接受的机制 (图 3) 从氢在钯/C 催化剂表面上的吸附开始。接下来, 烯烃的结合发生后, 两个顺序氢化物转移, 提供饱和烷烃。在同质催化剂下, 机理不同;注意, 酮的功能也可以减少。然而, 催化加氢是选择性对烯烃基团。
图 2: 显示一般烯烃加氢反应的图示。
图 3: 显示催化烯烃加氢机理的图解。
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Procedure
- 添加210毫克的酮, 12 毫克的 5% Pd/C, 和8毫升的甲醇到25毫升圆底烧瓶配备了磁性搅拌棒。
- 用橡胶隔膜密封圆底烧瓶, 开始搅拌反应混合物。
- 从氢气瓶中获得氢气气球并预留。
- 用一根针, 对反应混合物应用真空, 直到起泡被观察到。
- 停止真空并插入氢气气球。
- 三十年代后, 取出氢气气球。
- 重复步骤 4-6, 三次。
- 插入氢气气球, 让反应混合物搅拌30分钟。
- 取出氢气球和隔膜。真空过滤反应混合物通过硅藻土垫入 tared 圆底烧瓶。
- 通过旋转蒸发去除溶剂以获得产品 3-phenylpropiophenone 为白色固体。
- 通过熔点和1H NMR 来计算成品率并建立其纯度和身份。
自从它在1897年被 Sabatier, 金属催化氢化的π键, 如烯烃, 已发展成为一个重要的过程中的有机化学。
加氢是一种化学反应, 在有机化合物的非饱和键中添加氢气。
氢化反应的使用延伸到实验室的有机合成之外, 在能源、食品和制药工业中有着重要的应用。
这段视频将说明加氢的原理, 一个氢酮的程序, 以及一些实验室应用。
碳-碳双键的加氢是一种还原反应, 氢分子在双键中增加。通常是一个含有钯、铂或镍的异种催化剂。
反应通常在室温下进行, 不饱和化合物溶解在合适的溶剂中, 如酒精或醋酸。在这个溶液中加入少量的催化剂, 然后在氢气存在的情况下震动和搅动。
氢化是由吸附在金属催化剂表面的氢气引发的。这导致两个氢原子的离解。
其次, 不饱和有机化合物通过其π键附着在催化剂上, 从而允许两个连续的氢化转移到碳对上。最后, 氢化碳-碳单键从催化剂中释放出来, 并重复这一过程, 直到极限反应物耗尽。
现在, 我们已经讨论了氢化的原理, 让我们来看看酮用非均相催化剂加氢。
开始程序, 收集试剂和玻璃器皿, 并把他们带到实验室的长凳。加入210毫克的酮, 12 毫克的10% 钯碳, 1 毫升的乙酸乙酯, 8 毫升的甲醇到25毫升的圆形底烧瓶, 装有磁性搅拌棒。
然后, 用橡胶隔膜密封烧瓶, 开始搅动搅拌板上的反应。当混合物搅拌时, 用一根针和一个阀附在一个气球上, 用钢瓶里的氢气填充。
现在, 当阀门关闭后, 将针头插入烧瓶的橡胶隔膜上, 并在烧瓶的另一个开口上应用真空。当在混合物中观察起泡时, 关闭真空。
现在打开阀门, 让氢气流入烧瓶。30秒后, 取出氢气气球并密封。重复真空和氢气注入步骤三次。
在最后一个循环中, 将氢气球放在烧瓶上, 让反应混合物搅拌30分钟。
收集反应产物, 先除去氢气球和隔膜。然后真空过滤反应混合物通过垫硅藻土成一个 tared 圆底烧瓶。
最后, 通过旋转蒸发去除溶剂, 以获得产品, 这应该是一个白色固体的外观。通过称量 tared 烧瓶的含量来确定产量。然后通过熔点分析和1H 核磁共振来确认化合物的特性。
在这个过程中, 从酮的氢化中获得了72% 的收率。为获得的样品测量了 65-70 ° c 的熔点范围, 这与 3-phenylpropiophenone 的已发布数据一致.此外, 从1H 核磁共振获得的峰值匹配饱和化合物的预期氢环境。
现在, 我们已经看了一个氢化过程, 让我们来看看一些应用程序。
在能源工业中, 合成燃料是从烃的来源, 如煤和生物量生产的。弗里德里希 Bergius, 谁赢得了诺贝尔奖在1931年他的发现, 发明了一个过程, 以处理煤与氢气和金属催化剂在高温和压力下形成碳氢化合物。
生物燃料是一种从木材、草、农业废料和其他生物物质中提炼出来的化学能源, 作为一种可持续的、碳中性的替代矿物燃料正在发展。在这种应用中, 钌催化加氢和钴钼介导的氢被用来去除活性乙烯和氧组。氢燃料具有更低的腐蚀性和更大的热稳定性。
你刚刚看了朱庇特的加氢的视频你现在应该理解这个反应的概念, 它是如何在实验室中进行的, 以及它的一些应用。谢谢收看!
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Results
3-Phenylpropiophenone 获得了白色固体 (150 毫克, 71% 的产量);mp 65-70 ° c;1H 核磁共振 (400 兆赫, CDCl3) δ 8.00 (d, J = 7.2 hz, 2H), 7.59 (t, J = 7.2 hz, 1H), 7.49 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 7.37-7. 26 (m, 5H), 3.35 (t, J = 7.2 hz, 2H), 3.12 (t, J = 7.6 hz, 2H)
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Applications and Summary
在这个实验中, 我们已经证明了烯烃的催化氢化反应。酮被氢化, 形成 3-phenylpropiophenone。
加氢是一种放热反应 (释放热量), 因为产品的烷烃比反应物烯烃更稳定。如果从反应中放出的热量可以作为烯烃稳定性的指示器。在食品工业中, 加氢是用来加工植物油的, 这些油脂是由多个烯烃单元所制成的甘油三酯。不同的反应条件控制加氢的程度。氢化用于工业合成煤中的烃类。这是众所周知的 Bergius 过程, 包括处理煤 (元素碳) 高压力的氢气和金属催化剂在高温下。它的发明者, Friedrich Bergius 被授予了诺贝尔化学奖在1931年。
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