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Reaktionen der Alkene

Hydrierung

Werden Alkene mit Wasserstoff begast tritt keine Reaktion ein. In Gegenwart eines geeigneten Katalysators erfolgt jedoch eine Hydrierung des Alkens.

Katalysatoreinfluss
Ein Alken wird erst mit Hilfe eines Katalysators durch Wasserstoff zum Alkan reduziert.
Abb.1
Hydrierkatalysatoren

Üblicherweise verwendet man heterogene Katalysatoren wie Pd oder Pt auf Aktivkohle, es gibt aber auch homogene (lösliche) Katalysatoren, z.B. den so genannten Wilkinson-Katalysator, ein Tris-triphenylphosphin-rhodiumchlorid. Eine längere Lerneinheit, welche die Hydrierung mit löslichen Metallkatalysatoren behandelt, finden sie hier. Wird diese Reaktion mit einem cyclischen Alken durchgeführt, ist zu erkennen, dass die Wasserstoff-Übertragung mit einer syn-Anordnung erfolgt, d.h. beide H-Atome werden von der gleichen Seite übertragen:

Abb.2
Syn-Selektivität

Der Mechanismus der katalytischen Hydrierung ist nicht genau bekannt, aber offensichtlich werden sowohl der Wasserstoff (bzw. hier Deuterium) als auch das Alken an der Oberfläche des Katalysators gebunden, wodurch einerseits die π-Bindung des Alkens und andererseits die σ-Bindung des Wasserstoffs aktiviert wird. Erst nach Übertragung der H-Atome (D-Atome) auf das Alken diffundiert das Produkt (das Alkan) wieder vom Katalysator ab.

Abb.3
Katalysator

Nicht alle Doppelbindungen werden gleich gut hydriert. Stärker substituierte Alkene zeigen eine geringere Reaktionsgeschwindigkeit. Dies ist zum einen durch die sterische Hinderung und zum anderen durch bessere Stabilisierung der π-Bindung zu begründen. Es kann daher häufig eine Doppelbindung selektiv in Gegenwart einer anderen hydriert werden. Es gibt eine größere Zahl von Methoden um Mehrfachbindungen zu hydrieren, eine Übersicht finden Sie hier.

Hydrierung der Zimtsäure

Die Hydrierung der Zimtsäure mit Messung des Wasserstoff-Verbrauchs im Labormaßstab wird vorgeführt.

Abb.4
Abb.5

Energieabschätzung

Durch Betrachtung der Bindungs- und Dissoziationsenergien können energetische Abschätzungen der Hydrierung vorgenommen werden.

Tab.1
Energieabschätzung für die Additionsreaktion
Energie für die BindungsbrücheEnergie für neue BindungenGesamtenergiedifferenz
Alken (π-Bindung) und H2 (σ-Bindung)Zwei neue C-H BindungenBindungsbildung - Bindungsbrüche
276 kJmol-1 und 435 kJmol-1 -837 kJmol-1 -837+(276+435) = -126 kJmol-1

Dabei ergeben sich z.B. folgende Werte:

Tab.2
Berechnete Hydrierwärmen
Ethen CH2=CH2 136,9 kJmol-1
Propen CH3CH=CH2 125,6 kJmol-1
trans-2-Buten CH3CH=CHCH3 115,6 kJmol-1
cis-2-Buten CH3CH=CHCH3 119,7 kJmol-1

Übung

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