II.5. Механизм каталитического гидрирования

В общих чертах представление о механизме гетерогенного гидрирования заключается в следующем. На начальных стадиях водород и восстанавливаемый органический субстрат взаимодействуют с катализатором, образуя на его поверхности неустойчивые соединения. При адсорбции водорода катализатором происходит либо ослабление связи H-H, либо диссоциация молекулы на атомы (звездочкой обозначены активные центры катализатора):

Образование такого типа поверхностных гидридов приводит к активации водорода, необходимой для дальнейшего развития процесса восстановления.

Адсорбция органического субстрата также приводит к деформации его молекулы с разрыхлением связей и образованием новых связей с катализатором. Таким образом, адсорбированные на катализаторе водород и восстанавливаемый органический субстрат способны реагировать друг с другом по пути, не требующему преодоления большого энергетического баръера. Данные представления предполагают, что оба атома водорода подходят к адсорбированной молекулу субстрата со стороны катализатора. При этом молекула субстрата должна быть обращена к поверхности катализатора, как правило, своей пространственно менее затрудненной стороной. Гидрированное соединение обладает меньшим сродством к катализатору, и оно вытесняется с его поверхности новыми молекулами ненасыщенного соединения.

Следует ожидать, что в результате гидрирования исключительно или преимущественно образуются продукты цис -присоединения.

При гидрировании 1,2-диметилциклогексена в адсорбированном на катализаторе соединении метильные группы обращены в сторону, противоположную поверхности катализатора, и в «полугидрированном» интермедиате они находятся в цис -положении.

цис-

Экспериментально найдено, что 1,2-диметилциклогексан, полученный гидрированием 1,2-диметилциклогексена на катализаторе Адамса в уксусной кислоте при температуре 25⁰С и атмосферном давлении, состоит на 81.8% из цис -изомера. Увеличение давления водорода в реакции до 500 атм повышает выход цис -изомера до 95%.

Также можно с достаточной уверенностью предсказать стереохимию гидрирования бицикло [2,2,1] гепт-2-ен-2,3-дикарбоновой кислоты, которая присоединяет водород с пространственно менее затрудненной стороны с образованием исключительно насыщенной эндо - цис -кислоты:

III. Влияние строения восстанавливаемого соединения, природы катализатора и условий реакции на селективность гидрирования