Idrogenazione

Fonte: Vy M. Dong e Zhiwei Chen, Dipartimento di Chimica, Università della California, Irvine, CA

Questo esperimento dimostrerà l'idrogenazione del calcone come esempio di reazione di idrogenazione dell'alchene (Figura 1). In questo esperimento, il palladio su carbonio (Pd/ C) sarà utilizzato come catalizzatore eterogeneo per il processo. Un pallone sarà utilizzato per fornire l'atmosfera di idrogeno.

Figura 1: Diagramma che mostra l'idrogenazione del calcone al 3-fenilpropiofenone.

L'aggiunta di idrogeno attraverso un'unità di insaturazione è chiamata reazione di idrogenazione. Dalla sua scoperta nel 1897 da parte di Paul Sabatier, l'idrogenazione catalizzato da metalli di π-legami, come gli alcheni (Figura 2), si è evoluta in un importante processo in chimica. Nel corso degli anni sono stati sviluppati catalizzatori nuovi e più robusti, che hanno ampliato la portata di questo processo e hanno permesso alle idrogenazioni di essere asimmetriche. Quando si utilizza un catalizzatore eterogeneo, il meccanismo accettato (Figura 3) inizia con l'adsorbimento dell'idrogeno sulla superficie del catalizzatore Pd/C. Successivamente, il legame dell'alchene avviene seguito da due trasferimenti sequenziali di idruro che forniscono l'alcano saturo. Sotto un catalizzatore omogeneo, il meccanismo è diverso; si noti che la funzionalità chetonica può anche subire una riduzione. Tuttavia, l'idrogenazione catalitica è chemioselettiva verso la parte di alchene.

Figura 2: Diagramma che mostra la reazione generale di idrogenazione degli alcheni.

Figura 3: Diagramma che mostra il meccanismo per l'idrogenazione catalitica degli alcheni.

1. Aggiungere 210 mg di calcone, 12 mg di Pd/C al 5% e 8 mL di MeOH a un matraccio a fondo tondo da 25 mL dotato di barra magnetica.
2. Sigillare il matraccio a fondo tondo con un setto di gomma e iniziare a mescolare la miscela di reazione.
3. Ottenere un palloncino di idrogeno dalla bombola di idrogeno gassoso e mettere da parte.
4. Con un ago, applicare un vuoto alla miscela di reazione fino a quando non si osserva gorgogliare.
5. Arrestare il vuoto e inserire il palloncino di idrogeno.
6. Dopo 30 s, rimuovere il palloncino di idrogeno.
7. Ripeti i passaggi da 4 a 6, altre tre volte.
8. Inserire il palloncino di idrogeno e lasciare che la miscela di reazione si mescoli per 30 minuti.
9. Rimuovere il palloncino di idrogeno e il setto. Filtrare sottovuoto la miscela di reazione attraverso un tampone di celite in un matraccio a fondo tondo catramato.
10. Rimuovere il solvente per evaporazione rotativa per ottenere il prodotto 3-fenilpropiofenone come solido bianco.
11. Calcola la resa percentuale e stabilisci la sua purezza e identità in modo da punto di fusione e ¹H NMR.

Il 3-fenilpropiofenone è stato ottenuto come solido bianco (150 mg, resa del 71%); m.p. 65-70 °C; ¹ H NMR (400 MHz, 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)

In questo esperimento, abbiamo dimostrato una reazione di idrogenazione catalitica di un alchene. Il calcone è stato idrogenato per formare 3-fenilpropiofenone.

L'idrogenazione è una reazione esotermica (rilascia calore) perché l'alcano prodotto è più stabile dell'alchene reagente. La quantità se il calore rilasciato dalla reazione può servire come indicatore della stabilità dell'alchene. Nell'industria alimentare, l'idrogenazione viene utilizzata per la lavorazione di oli vegetali, che sono trigliceridi che portano più unità di alcheni. Variare le condizioni di reazione controlla il grado di idrogenazione. L'idrogenazione viene utilizzata per la sintesi industriale di idrocarburi dal carbone. Questo è noto come processo bergius e comporta il trattamento del carbone (carbonio elementare) con alte pressioni di idrogeno e un catalizzatore metallico ad alta temperatura. Il suo inventore, Friedrich Bergius, fu insignito del Premio Nobel per la Chimica nel 1931.