Dehidrogénezés
A dehidrogénezés olyan kémiai reakció, melynek során egy szerves vegyületből hidrogént távolítanak el – az ellentétes folyamat a hidrogénezés. Fontos reakciótípus, mellyel az – egyébként viszonylag kevéssé reakcióképes, ezért nehezen felhasználható – alkánokból reakcióképes, így könnyen továbbalakítható olefinek nyerhetők. Az alkének számos anyag, így az aldehidek, alkoholok, polimerek és aromás vegyületek előállításának a prekurzorai.[1] A dehidrogénezést nagy léptékben használják a petrolkémiai iparban aromás vegyületek és sztirol előállítására. Ezek a reakciók nagy mértékben endotermek, 500 °C-on vagy magasabb hőmérsékleten mennek végbe.[1][2] Dehidrogénezéssel a telített zsírok telítetlen zsírokká alakulnak. A dehidrogénezést katalizáló enzimeket dehidrogenázoknak nevezzük.
A reakciók osztályozása
szerkesztésA dehidrogénezésnek – különösen szerves vegyületek esetében – több típusa is ismert:
- A jellemző aromatizációs reakció során egy hattagú aliciklusos gyűrű, például ciklohexén hidrogénakceptorok jelenlétében aromás vegyületté alakítható. A kén és szelén promoterként használható a folyamat során. Laboratóriumban kinonok, főként 5,6-diciano-2,3-diklór-1,4-benzokinon használatos hidrogénakceptorként.
- Az alkoholok ketonná és aldehiddé történő oxidációját fém katalizátorokkal, például réz-kromittal lehet elősegíteni. Az Oppenauer-oxidáció során az oxidáció úgy valósul meg, hogy az alkoholról hidrogén kerül át aldehidre vagy ketonra.
- Az aminok nitrillé történő dehidrogénezése különféle reagensek, például jód-pentafluorid (IF5) segítségével történhet.
- Paraffinek és olefinek dehidrogénezése – paraffinek, például az n-pentán és az izopentán króm(III)-oxid katalizátorral 500 °C hőmérsékleten penténné és izopenténné alakítható.
Példák
szerkesztésAz egyik legnagyobb léptékben végzett dehidrogénezési reakció a sztirol előállítása etilbenzol dehidrogénezésével. Katalizátorként jellemzően vas(III)-oxidot használnak, melybe promoterként több százalék kálium-oxidot vagy kálium-karbonátot adagolnak.[3]
- C6H5CH2CH3 → C6H5CH=CH2 + H2
A formaldehidet iparilag a metanol katalitikus oxidációjával állítják elő, mely formálisan dehidrogénezésnek is tekinthető, melyben a O2 az akceptor. A leggyakoribb katalizátorok a fémezüst vagy vas- és molibdén- vagy vanádium-oxidok keveréke. Az elterjedten használt formox eljárás során kb. 250–400 °C hőmérsékleten, molibdénnel és/vagy vanádiummal kombinált vas-oxid jelenlétében reagáltatják a metanolt oxigénnel, ekkor az alábbi egyenlet szerint formaldehid keletkezik:[4]
- 2 CH3OH + O2 → 2 CH2O + 2 H2O
A paraffin szénhidrogének katalitikus dehidrogénezése fokozatosan nőtt az elmúlt évek során. A könnyű olefinek – például a butének – fontos alapanyagai a polimerek, üzemanyag-adalékok és számos egyéb petrolkémiai termék szintézisének. A krakkolási eljárások, különösen a fluidágyas katalitikus krakkolás és a gőzkrakkolás nagy tisztaságú monoolefineket, például 1-butént vagy butadiént szolgáltatnak. A fenti eljárások mellett azonban jelenleg több kutatás is folyik alternatív módszerek, például oxidatív dehidrogénezés (ODH) fejlesztésére. Ennek két oka is van: egyrészt a nagy hőmérséklet miatt nemkívánatos reakciók is lejátszódnak, kokszkiválást és a katalizátor deaktiválódását okozva, ami szükségessé teszi a katalizátor gyakori regenerálását. Másrészt ezek a folyamatok nagy mennyiségű hőt és nagy reakcióhőmérsékletet igényelnek. Az n-bután oxidatív dehidrogénezése a klasszikus dehidrogénezési, gőzkrakkolási vagy fluid katalitikus krakkolási folyamat alternatívája.[5]
Homogén katalízis
szerkesztésBár ipari jelentőséggel nem rendelkezik, de az alkánok dehidrogénezése homogén katalitikus reakciókkal is elvégezhető, ebben különösen hatékonyak a pincer-komplexek.[7][8]
Kifejlesztették a szilánok dehidrogénezéses kapcsolási reakcióját is.[9]
- n PhSiH3 → [PhSiH]n + n H2
Az aminoboránok dehidrogénezése is hasonló reakció. Ez az eljárás egy időben a hidrogéntárolás egyik lehetséges módjaként keltette fel az érdeklődést.[10]
Jegyzetek
szerkesztés- ↑ a b Wittcoff, Harold A.. Industrial Organic Chemicals, Second Edition - Wittcoff - Wiley Online Library. DOI: 10.1002/0471651540 (2004). ISBN 9780471651543
- ↑ Survey of Industrial Chemistry | Philip J. Chenier | Springer. ISBN 9780471651543
- ↑ Denis H. James William M. Castor, “Styrene” in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2005.
- ↑ Günther Reuss, Walter Disteldorf, Armin Otto Gamer, Albrecht Hilt “Formaldehyde” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a11_619
- ↑ Ajayi, B. P. (2013. április 15.). „n-Butane dehydrogenation over mono and bimetallic MCM-41 catalysts under oxygen free atmosphere”. Catalysis Today 204, 189–196. o. DOI:10.1016/j.cattod.2012.07.013.
- ↑ Polypropylene Production via Propane Dehydrogenation part 2, Technology Economics Program. by Intratec (2012). ISBN 978-0615702162
- ↑ 1, Alkane C-H Activation by Single-Site Metal Catalysis | Pedro J. Pérez | Springer, 1–15. o.
- ↑ Findlater, Michael. Alkane C-H Activation by Single-Site Metal Catalysis, Catalysis by Metal Complexes (angol nyelven). Springer Netherlands, 113–141. o.. DOI: 10.1007/978-90-481-3698-8_4 (2012. január 1.). ISBN 9789048136971
- ↑ (1987) „Structural studies of oligosilanes produced by catalytic dehydrogenative coupling of primary organosilanes”. Can. J. Chem. 65 (8), 1804–1809. o. DOI:10.1139/v87-303.
- ↑ Staubitz, A.; Robertson, A. P. M.; Manners, I., "Ammonia-Borane and Related Compounds as Dihydrogen Sources", Chemical Reviews 2010, volume 110, pp. 4079-4124.. doi:10.1021/cr100088b
Fordítás
szerkesztésEz a szócikk részben vagy egészben a Dehydrogenation című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
Források
szerkesztés- Advanced Organic Chemistry, Jerry March, 1162-1173.
- https://web.archive.org/web/20120425062000/http://www.firstprincipals.com/DeHydrogenation.htm