Overview
מקור: Vy M. דונג וז'יווי צ'ן, המחלקה לכימיה, אוניברסיטת קליפורניה, אירווין, קליפורניה
ניסוי זה ידגים את המימן של הכלקון כדוגמה לתגובת הידרוגנציה של אלקן (איור 1). בניסוי זה, פלדיום על פחמן (Pd/C) ישמש כזרז הטרוגניים לתהליך. בלון ישמש לאספקת אטמוספרת המימן.
איור 1: דיאגרמה המציגה את המימן של כלקון ל-3-פנילפופיפנון.
Principles
התוספת של מימן על פני יחידה של אי רוויה נקראת תגובת הידרוגנציה. מאז גילויו בשנת 1897 על ידי פול סבאטייה, המימן המתכת של קשרים π, כגון אלקנס(איור 2),התפתח לתהליך חשוב בכימיה. במהלך השנים פותחו זרזים חדשים וחזקים יותר, שהרחיבו את היקף התהליך ואפשרו הידרוגנציות להיות אסימטריות. כאשר נעשה שימוש בזרז הטרוגניים, המנגנון המקובל (איור 3) מתחיל בספיגת מימן על פני השטח של זרז Pd/C. לאחר מכן, כריכה של alkene מתרחשת ואחריו שתי העברות הידריד רציף המספקים את אלקן רווי. תחת זרז הומוגני, המנגנון שונה; שים לב כי פונקציונליות קטון יכול גם לעבור הפחתה. עם זאת, הידרוגנציה קטליטית היא כימוסליטית כלפי המויטי אלקן.
איור 2: תרשים המציג את תגובת המימן הכללית של אלקין.
איור 3: דיאגרמה המציגה את המנגנון של הידרוגנציית אלקנה קטליטית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
- הוסיפו 210 מ"ג כלקון, 12 מ"ג של 5% Pd/C ו-8 מ"ל של MeOH לבקבוקון עגול בגודל 25 מ"ל המצויד בברז מוקפץ מגנטי.
- אוטמים את הבקבוקון העגול במחיצת גומי ומתחילים לערבב את תערובת התגובה.
- להשיג בלון של מימן מבלינדר גז המימן ולהניח בצד.
- עם מחט, להחיל ואקום על תערובת התגובה עד מבעבע הוא ציין.
- עצרו את הוואקום והכניסו את בלון המימן.
- לאחר 30s, להסיר את בלון המימן.
- חזור על שלבים 4-6, שלוש פעמים נוספות.
- הכנס את בלון המימן ולאפשר תערובת התגובה לערבב במשך 30 דקות.
- הסר את בלון המימן ואת המחיצה. מסננים את תערובת התגובה דרך כרית סליט לבקבוקון עגול מזופת.
- הסר את הממס על ידי אידוי סיבובי כדי להשיג את המוצר 3-פנילפופיפנון כמו מוצק לבן.
- חשב את התשואה באחוזים וקבע את הטוהר והזהות שלה על-ידי נקודת התכה ו- 1H NMR.
מאז גילויו בשנת 1897 על ידי פול סבאטייה, מתכת זירזה הידרוגנציה של קשרים π, כגון אלקינים, התפתחה לתהליך חשוב בכימיה אורגנית.
הידרוגנציה היא תגובה כימית המוסיפה מימן על פני קשרים בלתי רוויים בתרכובת אורגנית.
השימוש בתגובות הידרוגנציה משתרע מעבר לסינתזה אורגנית במעבדה, ויש לו יישומים חשובים בתעשיות האנרגיה, המזון והתרופות.
וידאו זה ימחיש את עקרונות המימן, הליך הידרוגנציה כלקון, וכמה יישומי מעבדה.
הידרוגנציה של קשר מוכפל פחמן-פחמן היא תגובת הפחתה, עם מולקולת מימן הוספת על פני הקשר. בדרך כלל זרז הטרוגניים המכיל פלדיום, פלטינה, או ניקל נדרש לתהליך להתרחש.
התגובה מבוצעת בדרך כלל בטמפרטורת החדר עם המתחם הבלתי רווי מומס בממס מתאים, כגון אלכוהול או חומצה אצטית. כמות קטנה של זרז מתווספת לפתרון זה, אשר לאחר מכן מזועזע ומעורב בנוכחות גז מימן.
הידרוגנציה היא ביוזמת גז מימן נספג על פני השטח של זרז המתכת. התוצאה היא ניתוק של שני אטומי המימן.
לאחר מכן, התרכובת האורגנית הבלתי רוויה מתחברת לזרז באמצעות קשר π שלה, המאפשר שתי העברות הידריד רצפיות על זוג הפחמן. לבסוף, הקשר החד-פחמן-פחמן המימן משוחרר מהזרז והתהליך חוזר על עצמו עד שהמגיב המגביל מוצה.
כעת, לאחר שדנו בעקרונות המימן, בואו נסתכל על הידרוגנציה של כלקון באמצעות זרז הטרוגניים.
כדי להתחיל את ההליך, לאסוף את ריאגנטים וכלי זכוכית, ולהביא אותם לספסל המעבדה. הוסיפו 210 מ"ג כלקון, 12 מ"ג של 10% פלדיום-פחמן, 1 מ"ל של אתיל אצטט ו-8 מ"ל של מתנול לבקבוקון עגול בגודל 25 מ"ל המצויד בברז מוקפץ מגנטי.
לאחר מכן, לאטום את הבקבוק עם מחיצת גומי ולהתחיל לערבב את התגובה על צלחת ערבוב. בזמן שהתערובת מערבבת, מלאו בלון במחט ושסתום מחובר, באמצעות מימן מצילינדר.
עכשיו, עם השסתום סגור, להכניס את המחט לתוך מחיצת גומי על הבקבוק ולהחיל ואקום על פתח אחר על הבקבוקון. כאשר מבעבע הוא ציין בתערובת, לכבות את הוואקום.
עכשיו לפתוח את השסתום ולאפשר מימן לזרום לתוך הבקבוקון. לאחר 30 שניות, להסיר את בלון המימן ולאטום אותו. חזור על שלבי עירוי ואקום ומימן שלוש פעמים נוספות.
במחזור האחרון, להשאיר את בלון המימן מחובר לבקבוקון ולתת את תערובת התגובה לערבב במשך 30 דקות.
כדי לאסוף את מוצרי התגובה, תחילה להסיר את בלון המימן ואת המחיצה. לאחר מכן מסננים את תערובת התגובה דרך כרית של סלטיק לבקבוקון עגול זפת.
לבסוף, להסיר את הממס על ידי אידוי סיבובי כדי להשיג את המוצר, אשר צריך להיות מוצק לבן במראה. התשואה נקבעת על ידי שקילה של הבקבוקון מזופת. לאחר מכן ניתן לאשר את זהות המתחם באמצעות ניתוח נקודת התכה ו- 1H NMR.
בהליך זה מתקבלת תשואה של 72% מההיגול של כלקון. טווח נקודת התכה של 65 - 70 °C (70 °F) נמדד עבור המדגם שהושג, אשר עולה בקנה אחד עם נתונים שפורסמו עבור 3-פנילפופיפנון. בנוסף, הפסגות המתקבלות מ- 1H NMR תואמות לסביבות המימן הצפויות עבור המתחם הרווי.
עכשיו שבדקנו הליך של הידרוגנציה, בואו נסתכל על כמה יישומים.
בתעשיית האנרגיה, דלקים סינתטיים מיוצרים ממקורות שאינם פחמימנים, כגון פחם וביומסה. פרידריך ברגיוס, שזכה בפרס נובל בשנת 1931 על תגליתו, המציא תהליך לטיפול בפחם במימן ובזרז מתכת בטמפרטורה גבוהה ולחץ ליצירת פחמימנים.
ביו-דלק, מקור אנרגיה כימי המופק מעץ, דשא, פסולת חקלאית וביומסה אחרת, מפותח כחלופה בת קיימא וניטרלית פחמנית לדלקים פוסיליים. ביישום זה, רותניום מזורז הידרודוקסיגנום מתווך קובלט-מוליבדן משמשים להסרת קבוצות ויניל וחמצן תגובתי. דלקים הידרוטרים הם פחות מאכלים ויש להם יציבות תרמית גדולה יותר.
הרגע צפית בסרטון של ג'וב על "הידרוגנציה". עכשיו אתה צריך להבין את המושגים של תגובה זו, איך זה מבוצע במעבדה, וכמה יישומים שלה. תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
3-פנילפופיפנון הושג כמו מוצק לבן (150 מ"ג, 71% תשואה); m.p. 65-70 °C ;C; 1 H NMR (400 מגה-הרץ, CDCl3) δ 8.00 (d, J = 7.2 הרץ, 2H), 7.59 (t, J = 7.2 הרץ, 1H), 7.49 (t, J = 7.6 הרץ, 2H), 7.37-7.26 (מ ', 5H), 3.35 (t, J = 7.2 הרץ, 2H), 3.12 (t, J = 7.6 הרץ, 2H)
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
בניסוי זה, הדגמנו תגובת הידרוגנציה קטליטית של אלקן. כלקון היה מוקשה כדי ליצור 3-פנילפופיפנון.
הידרוגנציה היא תגובה אקסותרמית (משחרר חום) כי האלקן המוצר הוא יציב יותר מאשר alkene מגיב. הסכום אם חום ששוחרר מהתגובה יכול לשמש אינדיקטור ליציבות האלקן. בתעשיית המזון, הידרוגנציה משמשת לעיבוד שמנים צמחיים, שהם טריגליצרידים הנושאים יחידות אלקנה מרובות. שינוי תנאי התגובה שולט במידת המימן. הידרוגנציה משמשת לסינתזה תעשייתית של פחמימנים מפחם. זה ידוע בשם תהליך ברגיוס וכרוך בטיפול בפחם (פחמן בסיסי) עם לחצים גבוהים של מימן וזרז מתכת בטמפרטורה גבוהה. ממציאה, פרידריך ברגיוס, זכה בפרס נובל לכימיה בשנת 1931.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
