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O Método de Hidrogenação: Processo, Substratos, Catalisadores e Fontes de Hidrogênio

Hidrogenação é a reação química resultante da adição de hidrogênio a uma molécula. Exemplo é a reação entre hidrogênio e etileno (hidrocarboneto gasoso, incolor, inflamável, obtido de petróleo e gás natural) para produzir etano. Hidrogenação é normalmente usada para saturar ou reduzir compostos orgânicos. O processo tipicamente envolve adição de hidrogênio a ligação dupla ou tripla em hidrocarbonetos, e as ligações no produto são mais fortes que nos reagentes. A maioria dos métodos de hidrogenação envolve catalisadores utilizáveis porque hidrogenação não catalítica é muito lenta.

Processo

O método de hidrogenação tem três partes:

1. Substrato insaturado
2. Catalisador
3. Hidrogênio ou fonte de hidrogênio

Hidrogenação é realizada em várias temperaturas e pressões baseadas na natureza do substrato e catalisador usado. Em geral, hidrogenação na ausência de catalisador deve ter energia de ativação muito alta (energia mínima que sistema atômico deve adquirir antes que reação química ocorra), então a maioria das hidrogenações não catalíticas é realizada em temperatura muito alta. O catalisador acelera a taxa de hidrogenação fornecendo via alternativa que envolve sequência de vários passos de baixa ativação.

Substratos

Substratos típicos usados em hidrogenação incluem aldeídos e cetonas, alcadienos, alquenos, alquenilbenzenos, alquil azidas, alquinos, benzeno, carboidratos, monóxido de carbono, ésteres, iminas, nitrilas, nitroarenos e óleos vegetais.

Catalisadores

A taxa de hidrogenação aumenta significativamente na presença de certos catalisadores. Um catalisador cria ligação química entre o hidrogênio e o substrato e facilita sua união. Metais do grupo da platina como platina, ródio e paládio são os catalisadores de hidrogenação mais usados. Catalisadores de metais não preciosos como paládio, níquel e ródio também são eficazes e alternativas econômicas, mas são frequentemente lentos em temperatura ambiente e requerem temperaturas mais altas.

Fontes de Hidrogênio

A fonte óbvia de hidrogênio para hidrogenação é o gás hidrogênio em si. Gás hidrogênio está comercialmente disponível em cilindros pressurizados. Em geral, hidrogenação envolve mais de 1 atmosfera de hidrogênio. Gás hidrogênio também pode ser gerado diretamente de "bombas de reforço". Porém, a maior parte do gás hidrogênio gasoso é produzida industrialmente a partir de materiais hidrocarbonetos usando processo de reforma a vapor. Em alguns casos, hidrogênio é extraído de doadores de hidrogênio em vez de gás hidrogênio. Doadores comuns incluem hidrazina, ácido fórmico e isopropanol.

Calores de Hidrogenação

Hidrogenação é reação exotérmica, ou liberadora de calor. O calor liberado durante o processo é chamado de "calor de hidrogenação". Por exemplo, na hidrogenação de ácidos graxos ou óleos vegetais, o calor liberado é aproximadamente 25 Kcal/mol.