8.14 : Riduzione degli alcheni: idrogenazione catalitica

Gli alcheni subiscono una riduzione mediante l'aggiunta di idrogeno molecolare per dare alcani. Poiché il processo avviene generalmente in presenza di un catalizzatore di metallo di transizione, la reazione è chiamata idrogenazione catalitica.

Metalli come palladio, platino e nichel sono comunemente usati nella loro forma solida: polvere fine su una superficie inerte. Poiché questi catalizzatori rimangono insolubili nella miscela di reazione, vengono definiti catalizzatori eterogenei.

Il processo di idrogenazione avviene sulla superficie del catalizzatore metallico. Inizia con l'assorbimento dell'idrogeno sulla superficie metallica, seguito dalla scissione dei legami H–H per formare singoli legami metallo-idrogeno. L'alchene poi si complessa con la superficie del catalizzatore utilizzando i suoi orbitali p per sovrapporsi agli orbitali metallici vuoti del catalizzatore. I due atomi di idrogeno si inseriscono quindi nel legame π in sequenza attraverso l'addizione sin (addizione alla stessa faccia del legame π) per dare il prodotto ridotto: l'alcano. L'alcano formatosi non è più legato al metallo e si diffonde lontano dalla superficie del catalizzatore.

Il processo di idrogenazione è esotermico. Il calore rilasciato è chiamato calore di idrogenazione (ΔH°) e aiuta a prevedere la stabilità relativa degli alcheni. Ad esempio, sebbene l'idrogenazione sia del cis-2-butene che del trans-2-butene dia lo stesso prodotto - butano, il trans-2-butene è più stabile del cis-2-butene. Ciò può essere spiegato in base al calore di idrogenazione dei due isomeri. L'isomero cis (ΔH° = −28,6 kcal/mol) ha un calore di idrogenazione leggermente superiore rispetto all'isomero trans (ΔH° = −27,6 kcal/mol). Nel cis-2-butene, la repulsione sterica tra i due gruppi metilici che si trovano sullo stesso lato del doppio legame lo rende meno stabile e ciò si riflette nel suo maggiore calore di idrogenazione.