Hidrogenação

Fonte: Vy M. Dong e Zhiwei Chen, Departamento de Química da Universidade da Califórnia, Irvine, CA

Este experimento demonstrará a hidrogenação do chalcone como exemplo de uma reação de hidrogenação alquena(Figura 1). Neste experimento, o paládio sobre carbono (Pd/C) será usado como catalisador heterogêneo para o processo. Um balão será usado para abastecer a atmosfera de hidrogênio.

Figura 1: Diagrama mostrando a hidrogenação do chalcone para 3-fenileifenona.

A adição de hidrogênio através de uma unidade de insaturação é chamada de reação de hidrogenação. Desde sua descoberta em 1897 por Paul Sabatier, a hidrogenação catalisada metálica de π-ligações, como alkenes (Figura 2), evoluiu para um importante processo em química. Ao longo dos anos, novos e mais robustos catalisadores foram desenvolvidos, o que ampliou o escopo desse processo e permitiu que as hidrogenações fossem assimétricas. Quando um catalisador heterogêneo é usado, o mecanismo aceito (Figura 3) começa com a adsorção de hidrogênio na superfície do catalisador Pd/C. Em seguida, a ligação do alquerio ocorre seguida de duas transferências sequenciais de hidreto que fornecem o alkane saturado. Sob um catalisador homogêneo, o mecanismo é diferente; observe que a funcionalidade cetona também pode sofrer redução. No entanto, a hidrogenação catalítica é quimoseletiva em direção à moiety alkene.

Figura 2: Diagrama mostrando a reação geral de hidrogenação alkene.

Figura 3: Diagrama mostrando o mecanismo para hidrogenação de alquenia catalítica.

1. Adicione 210 mg de chalcone, 12 mg de 5% Pd/C e 8 mL de MeOH a um frasco de fundo redondo de 25 mL equipado com uma barra de agitação magnética.
2. Sele o frasco de fundo redondo com um septo de borracha e comece a mexer a mistura de reação.
3. Obtenha um balão de hidrogênio do cilindro de gás hidrogênio e reserve.
4. Com uma agulha, aplique um vácuo na mistura de reação até que o borbulhante seja observado.
5. Pare o vácuo e insira o balão de hidrogênio.
6. Depois dos 30, remova o balão de hidrogênio.
7. Repita os passos 4-6, mais três vezes.
8. Insira o balão de hidrogênio e deixe a mistura de reação mexer por 30 minutos.
9. Remova o balão de hidrogênio e o septo. Filtro de vácuo a mistura de reação através de uma almofada celite em um frasco de fundo redondo asfaltado.
10. Remova o solvente por evaporação rotativa para obter o produto 3-fenileifenona como um sólido branco.
11. Calcule o rendimento percentual e estabeleça sua pureza e identidade por ponto de fusão e ¹H NMR.

3-Feniofenona foi obtida como sólido branco (150 mgs, 71% de rendimento); 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)

Neste experimento, demonstramos uma reação de hidrogenação catalítica de um alquenô. Chalcone foi hidrogenado para formar 3 fenilpropiofenona.

A hidrogenação é uma reação exotermica (libera calor) porque o alkano do produto é mais estável do que o alquerio reacionário. A quantidade se o calor liberado da reação pode servir como um indicador da estabilidade do alqueado. Na indústria alimentícia, a hidrogenação é usada para processar óleos vegetais, que são triglicérides com múltiplas unidades de alquen. Variar as condições de reação controla o grau de hidrogenação. A hidrogenação é usada para a síntese industrial de hidrocarbonetos a partir do carvão. Isso é conhecido como o processo de Bergius e envolve o tratamento do carvão (carbono elementar) com altas pressões de hidrogênio e um catalisador de metal sob alta temperatura. Seu inventor, Friedrich Bergius, recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1931.