Hydrierung

Organic Chemistry II

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Overview

Quelle: Vy M. Dong und Zhiwei Chen, Department of Chemistry, University of California, Irvine, CA

Dieses Experiment zeigt die Hydrierung von Chalcone als Beispiel einer Alken Hydrierung Reaktion (Abbildung 1). In diesem Experiment wird Palladium auf Kohlenstoff (Pd/C) für den Prozess als ein heterogener Katalysator verwendet werden. Ein Ballon wird verwendet, die Wasserstoffatmosphäre zu liefern.

Figure 1
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Hydrierung von Chalcone, 3-Phenylpropiophenone.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Organische Chemie II. Hydrierung. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Die Zugabe von Wasserstoff über eine Einheit von Doppelbindungen nennt man eine Hydrierung Reaktion. Seit seiner Entdeckung im Jahre 1897 von Paul Sabatier entwickelte sich die Metall-katalysierte Hydrierung von π-Bindungen, wie Alkenen (Abbildung 2), zu ein wichtiger Prozess in der Chemie. Im Laufe der Jahre wurden neue und robustere Katalysatoren entwickelt, die erweitert den Anwendungsbereich dieses Prozesses und aktiviert Hydrogenations asymmetrisch sein. Wenn ein heterogener Katalysator verwendet wird, beginnt der akzeptierteste Mechanismus (Abbildung 3) mit der Adsorption von Wasserstoff auf der Oberfläche des Katalysators Pd/C. Als nächstes tritt die Bindung an das Alken gefolgt von zwei sequentielle Hydrid-Transfers, die gesättigte Alkan zu versorgen. Unter homogener Katalysator unterscheidet sich der Mechanismus; Beachten Sie, dass die Keton-Funktionalität auch Reduktion unterzogen werden kann. Allerdings ist die katalytische Hydrierung chemische Richtung Alken glyko-.

Figure 2
Abbildung 2: Das Diagramm zeigt die allgemeine Alken Hydrierung Reaktion.

Figure 3
Abbildung 3: Schematische Darstellung des Mechanismus für die katalytische Alken Hydrierung.

Procedure

  1. Hinzufügen von 210 mg Chalcone, 12 mg 5 % Pd/C und 8 mL MeOH in ein 25 mL Rundboden Kolben mit einer magnetischen Stir Bar ausgestattet.
  2. Rundboden-Flasche mit einem Gummiseptum zu versiegeln und start rühren das Reaktionsgemisch.
  3. Erhalten Sie einen Ballon von Wasserstoff aus der Wasserstoff-Gasflasche und beiseite stellen.
  4. Wenden Sie mit einer Nadel ein Vakuum zum Reaktionsgemisch bis sprudelnden beobachtet wird an.
  5. Stoppen Sie das Vakuum zu und setzen Sie den Wasserstoff-Ballon.
  6. Nach 30 s, entfernen Sie den Wasserstoff-Ballon.
  7. Wiederholen Sie die Schritte 4 bis 6, drei weitere Male.
  8. Legen Sie den Wasserstoff-Ballon und ermöglichen Sie das Reaktionsgemisch für 30 min gerührt.
  9. Entfernen Sie die Wasserstoff-Ballon und Septum. Vakuumfilter das Reaktionsgemisch durch eine Celite-Pad in einer tarierten Rundboden-Kolben.
  10. Entfernen Sie das Lösungsmittel durch rotary verdampfen, das Produkt 3-Phenylpropiophenone als weißer Feststoff zu erhalten.
  11. Berechnen Sie die Prozent nachgeben und seine Reinheit und Identität durch Schmelzpunkt und 1H NMR zu etablieren.

Seit seiner Entdeckung im Jahre 1897 von Paul Sabatier entwickelte Metall katalysierten Hydrierung von π-Bindungen, wie Alkenen, zu ein wichtiger Prozess in der organischen Chemie.

Hydrierung ist eine chemische Reaktion, die Wasserstoff in ungesättigten Bindungen in einer organischen Verbindung hinzufügt.

Die Verwendung von Hydrierung Reaktionen erstreckt sich über organische Synthese im Labor, und es hat wichtige Anwendungen in der Energie-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie.

Dieses Video wird die Grundsätze der Hydrierung, ein Verfahren zur hydrierenden Chalcone und einige Anwendungen im Labor zu veranschaulichen.

Hydrierung einer verdoppelt Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung ist eine Reduktionsreaktion mit einem Wasserstoffmolekül über die Bindung hinzufügen. In der Regel ist ein heterogener Katalysator, Palladium, Platin oder Nickel enthalten erforderlich für den Prozess auftreten.

Die Reaktion erfolgt in der Regel bei Raumtemperatur mit der ungesättigten Verbindung aufgelöst in einem geeigneten Lösungsmittel wie Alkohol oder Essigsäure. Eine kleine Menge an Katalysator ergänzt diese Lösung die dann geschüttelt und gerührt in Anwesenheit von Wasserstoffgas.

Hydrierung wird durch Wasserstoff Gas absorbiert auf die Oberfläche des metallischen Katalysators eingeleitet. Dies führt zu Dissoziation der zwei Wasserstoffatome.

Als nächstes legt die ungesättigte organische Verbindung des Katalysators über seine π-Bindung, die zwei sequentielle Hydrid-Übertragungen auf das Carbon paar ermöglicht. Zu guter Letzt die hydrierten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einzelbindung wird von der Katalysator befreit und der Prozess wird wiederholt, bis die Begrenzung Edukt erschöpft ist.

Nun, da wir die Grundsätze der Hydrierung besprochen haben, schauen Sie sich bitte an die Hydrierung von Chalcone Verwendung eines heterogenen Katalysators.

Um den Vorgang zu starten, sammeln Sie die Reagenzien und Glaswaren, und bringen sie auf dem Labortisch. Ausgestattet mit einer magnetischen Stir Bar 25 mL Rundboden Kolben fügen Sie 210 mg Chalcone, 12 mg 10 % Palladium-Carbon, 1 mL Ethylacetat und 8 mL Methanol hinzu.

Dann, die Flasche mit einem Gummiseptum verschließen und start die Reaktion auf einen Teller rühren rühren. Während die Mischung unter ständigem Rühren ist, füllen Sie einen Ballon mit einer Nadel und einem Ventil mit Wasserstoff aus einem Zylinder befestigt.

Nun, das Ventil geschlossen, stechen Sie die Nadel in die Gummiseptum auf den Kolben und wendet ein Vakuum auf die andere Öffnung auf den Kolben. Wenn sprudeln in der Mischung beobachtet wird, schalten Sie das Vakuum.

Jetzt öffnen Sie das Ventil und lassen Sie Wasserstoff in die Flasche fließen. Entfernen Sie nach 30 Sekunden den Wasserstoff-Ballon und abdichten. Wiederholen Sie die Vakuum- und Wasserstoff Infusion Schritte noch dreimal.

Verlassen Sie auf dem letzten Zyklus die Wasserstoff-Ballon an der Flasche befestigt und lassen Sie das Reaktionsgemisch für 30 Minuten rühren.

Um die Reaktionsprodukte zu sammeln, entfernen Sie zunächst die Wasserstoff-Ballon und das Septum. Dann Vakuum filtern das Reaktionsgemisch durch ein Polster von Celite in einer tarierten Rundboden-Kolben.

Schließlich entfernen des Lösungsmittels durch rotary verdampfen, das Produkt zu erhalten, das ein weißer Feststoff im aussehen müsste. Ertrag wird bestimmt durch den Inhalt der tarierten Kolben wiegen. Die Identität der Verbindung kann dann über Schmelzpunkt Analyse und 1 H NMR bestätigt werden.

In diesem Verfahren wird eine Rendite von 72 % aus der Hydrierung von Chalcone gewonnen. Vielfältige Schmelzpunkt von 65-70 ° C gemessen wurde für die Probe, die im Einklang mit den veröffentlichten Daten für 3-Phenylpropiophenone. Darüber hinaus erhielt die Gipfel von 1H NMR Spiele erwarteten Wasserstoff-Umgebungen für die gesättigte Verbindung.

Nun, da wir ein Verfahren für die Hydrierung angeschaut haben, werfen wir einen Blick auf einige Anwendungen.

In der Energiewirtschaft sind synthetische Kraftstoffe aus nicht-Kohlenwasserstoff-Quellen wie Kohle und Biomasse produziert. Friedrich Bergius, der 1931 für seine Entdeckung den Nobelpreis gewann, erfand ein Verfahren zur Behandlung von Kohle mit Wasserstoff und einem Metall Katalysator unter hoher Temperatur und Druck in Form von Kohlenwasserstoffen.

Bio-Kraftstoff, eine chemische Energiequelle abgeleitet aus Holz, Rasen, landwirtschaftliche Abfälle und anderer Biomasse wurde als eine nachhaltige und CO2-neutrale Alternative zu fossilen Brennstoffen. In dieser Anwendung werden Ruthenium katalysierte Hydrierung und Kobalt-Molybdän vermittelte Hydrodeoxygenation zur Reaktivgruppen Vinyl und Sauerstoff zu entfernen. Hydriertem Brennstoffe sind weniger korrosiv und haben höhere thermische Stabilität.

Sie haben nur Jupiters Video auf Hydrierung angesehen. Sie sollten jetzt verstehen die Konzepte dieser Reaktion, wie es im Labor, und einige seiner Anwendungen ausgeführt wird. Danke fürs Zuschauen!

Results

3-Phenylpropiophenone erhielt als weißer Feststoff (150 mg, 71 % Ausbeute); m.p. 65-70 ° C; 1 H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8,00 (d, J = 7,2 Hz, 2 H), 7,59 (t, J = 7,2 Hz, 1 H), 7,49 (t, J = 7,6 Hz, 2 H), 7,37-7.26 (m, 5 H), 3,35 (t, J = 7,2 Hz, 2 H), 3.12 (t, J = 7,6 Hz, 2 H)

Applications and Summary

In diesem Experiment haben wir eine katalytische Hydrierung Reaktion der ein Alken gezeigt. Chalcone war hydriert, um 3-Phenylpropiophenone zu bilden.

Hydrierung ist eine exotherme Reaktion (gibt Wärme), weil das Produkt Alkan stabiler als das Edukt Alken ist. Der Betrag, wenn Wärme aus der Reaktion freigesetzt kann als Indikator für die Stabilität der Alken dienen. In der Lebensmittelindustrie Hydrierung dient zur Verarbeitung von Pflanzenölen, die Triglyceride Alken Triebzüge tragen. Variation der Reaktionsbedingungen steuert den Grad der Hydrierung. Hydrierung wird für die industrielle Synthese von Kohlenwasserstoffen aus Kohle verwendet. Dies bezeichnet man als Bergius Prozeß und beinhaltet Behandlung von Kohle (elementarer Kohlenstoff) mit hohem Druck aus Wasserstoff und Metall Katalysator unter Hochtemperatur. Sein Erfinder, Friedrich Bergius den Nobelpreis für Chemie 1931 erhielt.

  1. Hinzufügen von 210 mg Chalcone, 12 mg 5 % Pd/C und 8 mL MeOH in ein 25 mL Rundboden Kolben mit einer magnetischen Stir Bar ausgestattet.
  2. Rundboden-Flasche mit einem Gummiseptum zu versiegeln und start rühren das Reaktionsgemisch.
  3. Erhalten Sie einen Ballon von Wasserstoff aus der Wasserstoff-Gasflasche und beiseite stellen.
  4. Wenden Sie mit einer Nadel ein Vakuum zum Reaktionsgemisch bis sprudelnden beobachtet wird an.
  5. Stoppen Sie das Vakuum zu und setzen Sie den Wasserstoff-Ballon.
  6. Nach 30 s, entfernen Sie den Wasserstoff-Ballon.
  7. Wiederholen Sie die Schritte 4 bis 6, drei weitere Male.
  8. Legen Sie den Wasserstoff-Ballon und ermöglichen Sie das Reaktionsgemisch für 30 min gerührt.
  9. Entfernen Sie die Wasserstoff-Ballon und Septum. Vakuumfilter das Reaktionsgemisch durch eine Celite-Pad in einer tarierten Rundboden-Kolben.
  10. Entfernen Sie das Lösungsmittel durch rotary verdampfen, das Produkt 3-Phenylpropiophenone als weißer Feststoff zu erhalten.
  11. Berechnen Sie die Prozent nachgeben und seine Reinheit und Identität durch Schmelzpunkt und 1H NMR zu etablieren.

Seit seiner Entdeckung im Jahre 1897 von Paul Sabatier entwickelte Metall katalysierten Hydrierung von π-Bindungen, wie Alkenen, zu ein wichtiger Prozess in der organischen Chemie.

Hydrierung ist eine chemische Reaktion, die Wasserstoff in ungesättigten Bindungen in einer organischen Verbindung hinzufügt.

Die Verwendung von Hydrierung Reaktionen erstreckt sich über organische Synthese im Labor, und es hat wichtige Anwendungen in der Energie-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie.

Dieses Video wird die Grundsätze der Hydrierung, ein Verfahren zur hydrierenden Chalcone und einige Anwendungen im Labor zu veranschaulichen.

Hydrierung einer verdoppelt Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung ist eine Reduktionsreaktion mit einem Wasserstoffmolekül über die Bindung hinzufügen. In der Regel ist ein heterogener Katalysator, Palladium, Platin oder Nickel enthalten erforderlich für den Prozess auftreten.

Die Reaktion erfolgt in der Regel bei Raumtemperatur mit der ungesättigten Verbindung aufgelöst in einem geeigneten Lösungsmittel wie Alkohol oder Essigsäure. Eine kleine Menge an Katalysator ergänzt diese Lösung die dann geschüttelt und gerührt in Anwesenheit von Wasserstoffgas.

Hydrierung wird durch Wasserstoff Gas absorbiert auf die Oberfläche des metallischen Katalysators eingeleitet. Dies führt zu Dissoziation der zwei Wasserstoffatome.

Als nächstes legt die ungesättigte organische Verbindung des Katalysators über seine π-Bindung, die zwei sequentielle Hydrid-Übertragungen auf das Carbon paar ermöglicht. Zu guter Letzt die hydrierten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einzelbindung wird von der Katalysator befreit und der Prozess wird wiederholt, bis die Begrenzung Edukt erschöpft ist.

Nun, da wir die Grundsätze der Hydrierung besprochen haben, schauen Sie sich bitte an die Hydrierung von Chalcone Verwendung eines heterogenen Katalysators.

Um den Vorgang zu starten, sammeln Sie die Reagenzien und Glaswaren, und bringen sie auf dem Labortisch. Ausgestattet mit einer magnetischen Stir Bar 25 mL Rundboden Kolben fügen Sie 210 mg Chalcone, 12 mg 10 % Palladium-Carbon, 1 mL Ethylacetat und 8 mL Methanol hinzu.

Dann, die Flasche mit einem Gummiseptum verschließen und start die Reaktion auf einen Teller rühren rühren. Während die Mischung unter ständigem Rühren ist, füllen Sie einen Ballon mit einer Nadel und einem Ventil mit Wasserstoff aus einem Zylinder befestigt.

Nun, das Ventil geschlossen, stechen Sie die Nadel in die Gummiseptum auf den Kolben und wendet ein Vakuum auf die andere Öffnung auf den Kolben. Wenn sprudeln in der Mischung beobachtet wird, schalten Sie das Vakuum.

Jetzt öffnen Sie das Ventil und lassen Sie Wasserstoff in die Flasche fließen. Entfernen Sie nach 30 Sekunden den Wasserstoff-Ballon und abdichten. Wiederholen Sie die Vakuum- und Wasserstoff Infusion Schritte noch dreimal.

Verlassen Sie auf dem letzten Zyklus die Wasserstoff-Ballon an der Flasche befestigt und lassen Sie das Reaktionsgemisch für 30 Minuten rühren.

Um die Reaktionsprodukte zu sammeln, entfernen Sie zunächst die Wasserstoff-Ballon und das Septum. Dann Vakuum filtern das Reaktionsgemisch durch ein Polster von Celite in einer tarierten Rundboden-Kolben.

Schließlich entfernen des Lösungsmittels durch rotary verdampfen, das Produkt zu erhalten, das ein weißer Feststoff im aussehen müsste. Ertrag wird bestimmt durch den Inhalt der tarierten Kolben wiegen. Die Identität der Verbindung kann dann über Schmelzpunkt Analyse und 1 H NMR bestätigt werden.

In diesem Verfahren wird eine Rendite von 72 % aus der Hydrierung von Chalcone gewonnen. Vielfältige Schmelzpunkt von 65-70 ° C gemessen wurde für die Probe, die im Einklang mit den veröffentlichten Daten für 3-Phenylpropiophenone. Darüber hinaus erhielt die Gipfel von 1H NMR Spiele erwarteten Wasserstoff-Umgebungen für die gesättigte Verbindung.

Nun, da wir ein Verfahren für die Hydrierung angeschaut haben, werfen wir einen Blick auf einige Anwendungen.

In der Energiewirtschaft sind synthetische Kraftstoffe aus nicht-Kohlenwasserstoff-Quellen wie Kohle und Biomasse produziert. Friedrich Bergius, der 1931 für seine Entdeckung den Nobelpreis gewann, erfand ein Verfahren zur Behandlung von Kohle mit Wasserstoff und einem Metall Katalysator unter hoher Temperatur und Druck in Form von Kohlenwasserstoffen.

Bio-Kraftstoff, eine chemische Energiequelle abgeleitet aus Holz, Rasen, landwirtschaftliche Abfälle und anderer Biomasse wurde als eine nachhaltige und CO2-neutrale Alternative zu fossilen Brennstoffen. In dieser Anwendung werden Ruthenium katalysierte Hydrierung und Kobalt-Molybdän vermittelte Hydrodeoxygenation zur Reaktivgruppen Vinyl und Sauerstoff zu entfernen. Hydriertem Brennstoffe sind weniger korrosiv und haben höhere thermische Stabilität.

Sie haben nur Jupiters Video auf Hydrierung angesehen. Sie sollten jetzt verstehen die Konzepte dieser Reaktion, wie es im Labor, und einige seiner Anwendungen ausgeführt wird. Danke fürs Zuschauen!

A subscription to JoVE is required to view this article.
You will only be able to see the first 20 seconds.

RECOMMEND JoVE