Går denna fråga att besvara utan att kunna mekanismen?
Halloj!
Jag håller på att gå igenom lösningsförslagen från en av mina kemitentor och här är en uppgift som var med på tentan:
Jag undrar om detta svar går att komma fram till utan att bara kunna mekanismen för hydrogeneringen utantill. Jag har sökt weit und breit i kurslitteraturen minst ett dussintal gånger efter "hydrogenation", samt tittat under andra kapitel som handlar om bensenringar och reaktioner med bensen. Tyvärr har jag ännu inte hittat något om detta, vilket får mig att tro att man ska kunna "lista ut" det på något sätt istället.
Katalysatorn är nog en metallyta, kanske nickel eller platina men det spelar ingen roll för svaret. Jag skulle gissa att första steget sker när bensenmolekylen lägger sig platt på metallen, kanske intill ett steg på ytan, eller vid någon aktiv site med rodium eller så. Det spelar inte heller någon roll för svaret.
Resonemanget i facit är generellt och det är svårt att tänka sig en vanlig katalysator där det skulle kunna vara annorlunda. Det skulle i så fall behöva vara något biologiskt, ett enzym eller så.
Ja det går att resonera sig fram till. Kruxet är ju att hydratiseringsreaktionen kan ske i tre steg, men aktiveringsenergin för de två senare stegen är lägre än för det första steget. Aromaticitet är i sig ett energimässigt gynnsam system att lagra en massa elektroner i, medans dienen inte alls är det, och enen är även den mindre stabil än aromaticiteten.
Cykloheaxdien har den högsta energin, och utifrån de två intill liggande dubbelbindningarna man kan dra resonemanget till hydridskiften, som vi diskuterat i en av dina tidigare trådar. För diener kallas det för sigmatropisk reaktion (sigmatropic reaction). Dienen är alltså mer reaktionsbenägen jämfört med bensen, som istället stabiliseras genom aromaticitet. Aktiveringsenergin för att få en kemisk reaktion (som t.ex. hydreringen) att ske bör alltså vara betydligt lägre för dienen, den är mindre stabil.
Detta resonemanget kan också användas för enen. Ett hydridskifte från 1-en till 2-en kan ske, men här finns endast ett pi-system, så det finns ingen chans för samverkan mellan två intilliggande pi-system, vilket var fallen med dienen. Förekomsten av endast ett pi-system skulle kunna användas som motivation till varför cyklohexen är mindre reaktionsbenägen än dienen, och aktiveringsenergin för enen är lägre och även energin. Cyklohexan å andra sidan är jämförelsevis mycket mer stabil, och reaktionsbetingenserna är gynnsamma endast för hydreringen, men inte alls för dehydrering så ingen regenerering av enen är möjlig.
Så snart aromaticiteten är bruten blir produkternas stabilitet/energi lägre, vilket gör att de två efterföljande hydreringarna lätt kan ske. Och återgång till bensen sker inte heller.
Gällande hydreringen så sker den efter absorption av pi elektroner från kolvätet till katalysatorytan (Ranley, Adam's eller liknande), där motsvarande två nya sigmabindningar bildas istället för en pi. Och samma sak med väte, som delas upp i "atomärt" väte bundet till katalysatorytan efter att metallen donerat en elektron per väte. Sedan sker en produktiv rekombination av de två "atomära" vätena till varsit kol i två nya sigmabindningar och de från katalysatorn lånade/utlånade elektronerna återgår till metallen.
