8.14 : Réduction des alcènes : hydrogénation catalytique

Les alcènes subissent une réduction par addition d'hydrogène moléculaire pour donner des alcanes. Étant donné que le processus se produit généralement en présence d’un catalyseur de métal de transition, la réaction est appelée hydrogénation catalytique.

Les métaux comme le palladium, le platine et le nickel sont couramment utilisés sous leur forme solide : une fine poudre sur une surface inerte. Ces catalyseurs restant insolubles dans le mélange réactionnel, on les appelle catalyseurs hétérogènes.

Le processus d'hydrogénation a lieu à la surface du catalyseur métallique. Cela commence par l’adsorption de l’hydrogène sur la surface métallique, suivie du clivage des liaisons H – H pour donner des liaisons métal-hydrogène individuelles. L'alcène se complexe ensuite avec la surface du catalyseur en utilisant ses orbitales p pour chevaucher les orbitales métalliques vides du catalyseur. Les deux atomes d’hydrogène s’insèrent ensuite séquentiellement dans la liaison π par addition syn (ajout sur la même face de la liaison π) pour donner le produit réduit – l’alcane. L'alcane formé n'est plus lié au métal et se diffuse loin de la surface du catalyseur.

Le processus d'hydrogénation est exothermique. La chaleur libérée est appelée chaleur d'hydrogénation (ΔH°) et permet de prédire la stabilité relative des alcènes. Par exemple, bien que l'hydrogénation du cis-2-butène et du trans-2-butène donne le même produit, le butane, le trans-2-butène est plus stable que le cis-2-butène. Cela peut s’expliquer par la chaleur d’hydrogénation des deux isomères. L'isomère cis (ΔH° = −28,6 kcal/mol) a une chaleur d'hydrogénation légèrement plus élevée que l'isomère trans (ΔH° = −27,6 kcal/mol). Dans le cis-2-butène, la répulsion stérique entre les deux groupes méthyle situés du même côté de la double liaison le rend moins stable, ce qui se reflète dans sa plus grande chaleur d'hydrogénation.