İçeriğe atla

Hidrojenasyon

Hidrojenasyon, bir kimyasal reaksiyon sınıfıdır ve organik bileşiklere hidrojen (H2) eklenmesi işlemidir. Hidrojenasyon, özellikle doymamış organik bileşikler (alkenler, alkinler, ketonlar ve nitriller ) için önemli bir reaksiyondur.[1] Genellikle basınç altında katalizörler yardımı ile direkt hidrojen eklemesi ile gerçekleştirilir. Hidrojenasyon için en klasik örnek, alkenlerdeki doymamış karbon kimyasal bağına bir hidrojenin ekleyerek, alkeni alkana dönüştürmektir. İlaç ve petrokimya endüstrisinde çok değişik uygulamaları vardır. Bu kimyasal işlemin tersi dehidrojenasyondur. Alkenlere hidrojenin katılması sonucunda Alkanlar oluşur. Alkankar sadece karbon-karbon tekli bağlara sahiptirler. Bu tepkimede katalizör kullanıldığından katalitik hidrojenleme olarak da adlandırılır. Alkenlere hidrojen katılma tepkimeleri ekzotermik tepkimeler olup oda sıcaklığında katalizörsüz tepkime gerçekleşmez. Burada katalizör kullanılarak tepkimenin oda sıcaklığında gerçekleşmesi sağlanır. Yalnız katalizörün etkisi bununla sınırlı kalmıyor. Kullanılan katalizör elde edilecek olan ürünün cis-Alkan ya da trans-Alkan olmasını etkilemektedir. Eğer kullanılan katalizör heterojen bir katalizör ise, (bir parça nikel, platin, paladyum) yani çözelti içerisinde heterojen olarak karışıyorsa katılan her iki hidrojen atomu alkenin aynı tarafına eklenir ve böylece cis-Alkan oluşur. Şayet bu katalizör çözelti içerisinde homojen olarak yayılan bir katalkizörse bu seferde trans-Alkan oluşmuş olacak.

Alkenlerede heterojen ve homojen Katalizörle Hidrojenasyonu gösteren bir şema.
Alkenler heterojen katalizörle hidrojenin katılması
Alkenler heterojen katalizörle hidrojenin katılması
Alkenlere homojen katalisörlere hidrojen katılması
Alkenlere homojen katalisörlere hidrojen katılması
Alkenlere heterojen katalizörlerle hidrojen katıldığında cis-Addition oluşur.Alkenlere homojen katalizörlerle hidrojen katıldığında trans-Addition oluşur.

Heterojen Katalizörlü Hidrojenasyon

Hidrojen atomunun kararlılığından dolayı hidrojenleme tepkimeleri için bir katalizöre ihtiyaç vardır. Burada katalizör hidrojen atomları arasındaki bağları zayıflatır ve katalizör ve hidrojen atomları arasında orta dereceli bağlar kurulur. Bu yüzden elektron eksikliği oluşur ve sadece elektron bakımından yengin olan çift bağlarla tepkimeye girerler. Hidrojen katılması alkene iki hidrojen atomunun katalizör tarafından aktarılması sonucunda sona erer.

1. Hidrojen molekülü katalizörün yüzeyine yaklaşır ve katalizörle yarım bağlar kurulur.
2. İkinci basamakta hidrojen-hidrojen arasındaki bağlar kırılır ve bu arada alkende katalizöre yaklaşmış ve yarım bağlar oluşmuştur.
3. Üçüncü basamakta ise ilk etapta sadece bir hidrojen alkene bağlanır. Bu arada bu oluşan aklan hala bir bağla katalizöre bağlıdır.
4. Dördüncü ve son basamakta oluşan molekül dönmeden katalizörle bağ yapmış ikinci hidrojeni yapısına katar. Böylelikle cis-Addition oluşmuş olur.

Organik Kimyadaki kullanımı

Hidrojenasiyon tepkimeleri hidrojen atomlarını çoklu bağlara katmak için kullanılır. Çoğunlukla heterojen katalizörlü katılma tepkimeleri kullanılır ancak bazı istisnayi durumlarda homojen katalizörlerde kullanılır. Bu tepkimede genellikle geçiş metaller katalizör olarak kullanılır. Bunun yanı sıra element haldeki hidrojen atomları kullanılmasıyla tepkime esnasındaki basınç ve sıcaklığın büyük ölçüde değişkenlik göstermesine sebep olur. Özellikle laboratuvarda katalizörlü hidrojnasyonlarda hidrazinin, sikloheksadienen ya da Formik asitin hidrojen kaynağı olarak kullanılmasının amacı ısısal olarak daha dayanıklı olan Azot, Benzol ve Karbondioksit oluşturmaktır.

Hidrojenasyonda Kullanılan Katalizatörler

Hidrojenasyonda katalizatör olarak peryodik cetveldeki 8.grup elementlerin hepsi kullanılmaktadır. Yalnız bu işlem esnasında Paladiyum ve nikel özellikle tercih edilmektedir. Bunların yanı sıra Pılatin, Rohodiyum, Rutheniyum, Kobalt, Demir, Bakır kromit ve Çinko kromit kullanılmaktadır.

Gıda sektöründeki uygulamaları

Hidrojenasyonun gıda sektöründeki en önemli uygulamasıdır, doymamış yağların ihtive ettiği ikili ve üçlü bağların platin ya da nikel katalizörlüğünde hidrojen ile doyurulması ile margarin elde edilmesidir

Kaynakça

Harold Hart (Autor), Leslie E. Craine (Autor), David J. Hart (Autor), Christopher M. Hadad (Autor); Nicole Kindler (Übersetzer): Organische Chemie, 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2007, ISBN 978-3-527-31801-8.

T.W Graham Solamons(Yazar), Craig B. Fryhle (Yazar), Güral Okay (Çeviri Editörü), Yılmaz Yıldırır (Çeviri Editörü) Organik Kimya, (Organik Chemsty), 7. Basımdan Çeviri, Literatür Yayıncılık 2002, ISBN 975-8431-87-0.

  1. ^ Hudlický, Miloš (1996). Reductions in Organic Chemistry. Washington, D.C.: American Chemical Society. ISBN 0-8412-3344-6. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Hidrokarbon</span> tamamen hidrojen ve karbondan oluşan organik bileşik

Hidrokarbon, sadece karbon ve hidrojen atomlarından oluşan kimyasal bileşiklerin genel adı.

<span class="mw-page-title-main">Alkan</span>

Alkanlar, (diğer bir deyişle Parafinler) sadece karbon (C) ve hidrojen (H) elementlerinin bulunduğu ve bu elementlerin birbirleriyle tekli bağ yaptığı doymuş alifatik organik bileşiklerin genel ismidir. Alkanlar birbirlerini 1 karbon ve 2 hidrojen ile takip eden bir homolog seri oluştururlar. Örneğin tek karbonlu metan, CH4 formülüne sahipken, çift karbonlu etan C2H6 kapalı formülüne sahiptir. Alkanlarda tüm atomlar tekli bağlarla birbirlerine bağlandığı ve Karbon atomunu bağlayabileceği en fazla Hidrojen atomunu bağladığından dolayı doymuş bileşikler kategorisine girerler. Doymuş hidrokarbonlardan olan alkanlar, CnH2n+2 n=1,2,3,.... genel formülüne sahiptir. Burada n'in 3 veya 3'ten büyük olması hâlinde sikloalkan denilen halkalı yapılar oluşabilmektedirler.

<span class="mw-page-title-main">Alken</span>

Alkenler yapılarında en az bir tane karbon-karbon (C=C) çift bağı içeren organik bileşiklerdir. Alkenlerin yapısında karbon-karbon çift bağı bulunduğundan ve bu karbonların yapabileceği en fazla hidrojenle bağ yapmamış olduğundan alkenler doymamış bileşikler kategorisine girerler. Alkenlerin yapısında sadece bir karbon-karbon çift bağının bulunması durumunda homolog seriler oluşturur. Bu homolog serilerin genel formülü CnH2n şeklindedir. Burada n-in en az 2 olma şartı vardır. Aşağıda en basit alken olan eten, yaygın ismiyle etilenin, çeşitli modellemelerle çizilmiş şekillerinin yanı sıra alkenlerin çeşitli şekillerdeki yazılış şekilleri de bulunmaktadır.

Katalizör, bir kimyasal tepkimenin aktivasyon enerjisini düşürerek tepkime hızını artıran ve tepkime sonrasında kimyasal yapısında bir değişiklik meydana gelmeyen maddelerdir. Katalizörün tepkime üzerinde yaptığı bu değişikliğe kataliz denir. Kataliz olayı, katalizör ve reaktantlar aynı fazda ise homojen kataliz, katalizör ve reaktantlar farklı fazda olduğunda ise heterojen kataliz olarak adlandırılır. Heterojen kataliz mekanizmaları hâlâ tam olarak aydınlatılmış değildir.

<span class="mw-page-title-main">Benzen</span>

Benzen, aren veya aromatik hidrokarbonlar olarak adlandırılan organik bileşikler sınıfının en basit üyesidir. Renksiz, yanıcı, kaynama noktası 80,1 °C, erime noktası 5,5 °C olan bir sıvıdır. Moleküler formülü C6H6'dır. Benzen, endüstriyel bakımdan değerli olduğu gibi yapısı bakımından da kimya çalışmalarında önemlidir. Kan hücrelerini öldürme etkisi olduğundan kanser yapıcı bileşikler arasına girer.

Kimya ve biyokimyada, yağ asidi, genelde uzun, alifatik kuyruklu bir karboksilik asittir. Uzun karboksilik yağ asitlerinden 4 karbonlu ve daha uzun zincirlileri yağ asidi olarak sayılır; doğal yağları (trigliseritleri) oluşturan yağ asitlerinden söz ederken ise bunların en az 8 karbonlu olduğu varsayılabilir. Çoğu doğal yağ asitlerinin çift sayılı karbon atomu vardır, çünkü bunların biyolojik sentezlerinde iki karbon atomlu asetat kullanılır.

Esterleşme, esterler genel olarak karbon asitlerinden elde edilmektedirler. Burada karbon asitlerinde bulunan –OH grubu (alkol) bir –OR grubuyla yer değiştirmesi sonucunda oluşmaktadır. Esterleşme tepkimelerin gerçekleşmesi için ısının yanı sıra katalizör olarak da genellikle Sülfürik asit ve hidroklorik asit kullanılmaktadır. Aşağıdaki tabloda asit katalizörle tepkimesini gösteren bir şema görebiliriz.

Kimyada bir dehidrasyon veya kondenzasyon tepkimesi, tepkiyen moleküllerden su kaybının meydana geldiği bir kimyasal tepkimedir. Dehidrasyon tepkimeleri eliminasyon tepkimelerinin bir alt grubudur. Hidroksil grubu (-OH) kolay ayrılan bir grup olmadığı için bir Bronsted asit katalizörü hidroksil grubunu protonlaştırıp daha kolay ayrılan bir -OH2+ grubu oluşturur. Selülozlar Bu gruba dahil değildirler.

<span class="mw-page-title-main">Eter</span> Organik bir fonksiyonel grup

Eterler, iki organik kısmın bir oksijen atomu üzerinden birbirine bağ yapmış organik moleküllerdir. Eterlerin genel formülü R-O-R' şeklindedir. Buradaki R ve R' aynı olabileceği gibi farklı organik kısımlar da olabilirler.

Katılma tepkimeleri, bir organik molekülün yapısına dışarıdan başka bir molekülün katılmasıdır. Organik kimyada yapısında karbon-karbon çift bağı (Alken) ya da karbon-karbon üçlü bağı (Alkin) bulunduran molekülerlerin yapısına dışarıdan en az iki elementin girmesiyle gerçekleşen tepkimelerdir. İşte bu tepkimeler sonucu yapısında çoklu bağ bulunduran moleküldeki çoklu bağlar kırılarak yerlerine tekli bağlar oluşur.

<span class="mw-page-title-main">Markovnikov kuralı</span> organik kimyada asimetrik alkenlere hidrojen halojenürlerin karbon-karbon çift bağlarına katılmasını öngören kanun

Markovnikov kuralı, organik kimyada asimetrik alkenlere hidrojen halojenürlerin karbon-karbon çift bağlarına katılmasını öngörür. Bu kurala göre, asimetrik alkenlere hidrojen halojenürler katıldığında, hidrojen atomu her zaman en fazla hidrojen atomuna sahip olan karbon atomuna bağlanır. Bu da açıkta kalan halojen atomunun fazla dallanma yapan ya da hidrojen bakımından fakir olan karbon atomuna bağlanması anlamına gelir. Bu etki suyun alkenlere katılması esnasında da gözlenir. Burada su molekülündeki H- atomu en az dallanmış karbon atomuna bağlanırken, OH-grubu ise en fazla dallanma yapmış karbon atomuna bağlanır. Rus kimyager Vladimir Markovnikov tarafından 1870'te önerilmiştir.

Halojenleme veya halojenasyon, bir bileşiğe bir veya daha fazla halojenin katılmasını gerektiren kimyasal bir reaksiyondur. Alkenler, klor ve brom gibi halojenlerle, nükleofillik özelliği göstermeyen çözücüler içerisinde hızla tepkimeye girerler ve dihalojenleri oluştururlar. Bromun katılması daha kolay takip edilebilmektedir. Çünkü kırmızı-kahve rengi olan Brom çözeltisinin rengi ortadan kalkar. Bu yöntem özellikle çift bağların varlığını kanıtlamada kullanılır. Burada alken doymamış bir molekül olduğu için bromla tepkimeye girerken, alkanlar ise ortamda radikal bir çözelti olmadığı sürece tepkime vermez. Genel itibarıyla bu tepkimeler ya oda sıcaklığında ya da soğuk bir ortamda inert halojen çözücülerinin (CCl4) varlığında uygulanır.

HCl veya HBr gibi halohidrik asitlerin alkenlere katılımıyla haloalkanlar meydana gelir. Alkenlerde hidrojen ve Halojenlerin katılmalarında iki farklı durum ortaya çıkar. Eğer katılmaya giren alken eten gibi sadece birincil karbonlardan oluşan bir alken ise tepkime yandaki gibi sonuçlanır.

<span class="mw-page-title-main">Hidrasyon</span>

Endüstride küçük moleküllü alkollerin elde edilmesi için kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntem alkenlerin hidrasyonu olarak da adlandırılmaktadır. Su kötü bir nüklefil olduğu için genellikle alkenlerle su katma tepkimeleri istenilen ürünü yani alkolleri vermezler. Bu yüzden bu tepkimeler çoğunlukla bir asit katalizörün varlığında gerçekleştirilir. Sülfürik asit ve fosforik asit alkenlerin hidrasyonu esnasında en sık kullanılan asitlerdir. Hidrasyon tepkimeleri genel itibarıyla Markownikow-Kuralı çerçevesinde gerçekleşen bir tepkimedir.

Alkenler sülfürik asitin katılması soğuk bir ortamda bile tepkime verip Alkil hidrojen sülfat bileşiklerini vermektedir. Genel itibarıyla bu tepkime alkenlere hidrojen halojen katılma tepkimeleriyle benzerlik göstermektedir.

Nükleofil ismi, atomun artı kısmı manasına gelen nucleo ve Yunancada seven manasına gelen philos kelimelerinden oluşmaktadır. İsimden de anlaşılacağı gibi nükleofiller artı parçacıkları seven artı merkez arayışı içinde olan moleküllerdir. Bu tür tepkimelerde nükleofiller yani bir çift ortaklaşmamış elektrona sahip molekül, bir alkil halojenürün halojen kısmıyla yer değiştrir işte bu şekilde gerçekleşen yer değişikliklerine Nükleofil yer değiştirme tepkimeleri denir. Elektronegatif halojen elektronları kendine doğru çektiğinden dolayı Karbon otomu üzerinde kısmi bir pozitif yük oluşmuş oluyor. Bu tepkimede de görüldüğü gibi bir yer değiştirme işlemi vardır.

Alkin halojenürlerin katıldıkları bir başka tepkime çeşidiyse ayrılma tepkimeleridir. Bu tepkime esnasında molekülün yapısında bulunan XY gibi bir molekül alkil halojenürlerin yapısından ayrılır bunun sonucunda da çoklu bağlar oluşmaktadır.

Alkenler sülfürik asitin katılması soğuk bir ortamda bile tepkime verip Alkil hidrojen sülfat bileşiklerini vermektedir. Genel itibarıyla bu tepkime alkenlere hidrojen halojen katılma tepkimeleriyle benzerlik göstermektedir.

Organik reaksiyonlar, organik maddelerin tepkimelerine verilen genel addır.

<span class="mw-page-title-main">Sikloalkan</span>

Sikloalkan ; karbon atomları arasında bir ya da daha fazla sayıda halka bulunduran molekülleri kapsayan hidrokarbon bileşiklerinin genel adıdır. Alkanlar gibi moleküldeki her bir atom arasında yalnızca birer tane kimyasal bağ bulunmaktadır. Sikloalkanlarda yalnızca karbon ve hidrojen atomları yer almaktadır. Sikloalkanlar doymuş yapıdadır, çünkü hidrojenasyon gerçekleştirilemez.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.