8.14 : Reducción de alquenos: hidrogenación catalítica

Los alquenos se reducen mediante la adición de hidrógeno molecular para dar alcanos. Debido a que el proceso generalmente ocurre en presencia de un catalizador de metal de transición, la reacción se llama hidrogenación catalítica.

Los metales como el paladio, el platino y el níquel se utilizan comúnmente en sus formas sólidas: polvo fino sobre una superficie inerte. Como estos catalizadores permanecen insolubles en la mezcla de reacción, se denominan catalizadores heterogéneos.

El proceso de hidrogenación tiene lugar en la superficie del catalizador metálico. Comienza con la adsorción del hidrógeno sobre la superficie del metal, seguida de la ruptura de los enlaces H-H para dar enlaces metal-hidrógeno individuales. Luego, el alqueno forma complejo con la superficie del catalizador utilizando sus orbitales p para superponerse con los orbitales metálicos vacíos del catalizador. Luego, los dos átomos de hidrógeno se insertan en el enlace π secuencialmente mediante adición syn (adición a la misma cara del enlace π) para dar el producto reducido: el alcano. El alcano formado ya no está unido al metal y se difunde lejos de la superficie del catalizador.

El proceso de hidrogenación es exotérmico. El calor liberado se llama calor de hidrogenación (ΔH°) y ayuda a predecir las estabilidades relativas de los alquenos. Por ejemplo, aunque la hidrogenación tanto del cis-2-buteno como del trans-2-buteno da el mismo producto: butano, el trans-2-buteno es más estable que el cis-2-buteno. Esto se puede explicar basándose en el calor de hidrogenación de los dos isómeros. El isómero cis (ΔH° = −28,6 kcal/mol) tiene un calor de hidrogenación ligeramente mayor en comparación con el isómero trans (ΔH° = −27,6 kcal/mol). En el cis-2-buteno, la repulsión estérica entre los dos grupos metilo que se encuentran en el mismo lado del doble enlace lo hace menos estable, lo que se refleja en su mayor calor de hidrogenación.