Selektiv och katalytisk hydrogenering av 4-vinylcyklohexen



Relevanta dokument
Bestämning av hastighetskonstant för reaktionen mellan väteperoxid och jodidjon

Bestämning av fluoridhalt i tandkräm

Fysikalisk kemi KEM040. Clausius-Clapeyronekvationen Bestämning av ångtryck och ångbildningsentalpi för en ren vätska (Lab2)

Isolering av Eugenol

Kemiska reaktioner: Olika reaktionstyper och reaktionsmekanismer. Niklas Dahrén

1. Tvålframställning Kemikalie/formel:

Nästan alla ämnen kan förekomma i tillstånden fast, flytande och gas. Exempelvis vatten kan finnas i flytande form, fast form (is) och gas (ånga).

Kursansvarig: Björn Åkerman

Hans Adolfsson - Organisk Kemi Stockholms Universitet

Delprov A3 och Delprov B

nyckeln till intresse och förståelse Kinesiskt ordspråk: Jag hör och jag glömmer, jag ser och jag minns, jag gör och jag förstår.

Reaktionsmekanismer. Niklas Dahrén

ORGANISK KEMI KOLFÖRENINGARNAS KEMI

Föreläsning 11. Alkener II Kapitel 11 F11

O O EtOAc. anilin bensoesyraanhydrid N-fenylbensamid bensoesyra

Linnéuniversitetet Institutionen för fysik och elektroteknik

Olika typer av kolväten

Kapitel 12. Kemisk kinetik

Avsnitt 12.1 Reaktionshastigheter Kemisk kinetik Kapitel 12 Kapitel 12 Avsnitt 12.1 Innehåll Reaktionshastigheter Reaktionshastighet = Rate

Etylacetat är lättantändligt, ingen öppen låga eller elplatta i närheten.

2 Materia. 2.1 OH1 Atomer och molekyler Kan du gissa rätt vikt?

Skrivning i Oorganisk och organisk kemi för Bt3 och K2, KOK080

1. INLEDNING 2. TEORI. Arbete TD3 Temperaturberoendet för en vätskas ångtryck

30. Undersökning av aminosyror i surkål

Tentamen i Organisk kemi 25/5 2011,

Bestämning av livslängden för singlettexciterad naftalen

TK061B Tillämpad bioteknik, antagna 2012, Inga hjälpmedel är tillåtna. 100 poäng

Varför kan kolatomen bilda så många olika föreningar?

Elektrokemisk bestämning av löslighetsprodukt och ligandtal

SCR vid hög temperatur och höga koncentrationer

BIMA15 HT Säkerhetsföreskrifter och kompletterande laborationer 1

EXPERIMENTELLT PROV ONSDAG Provet omfattar en uppgift som redovisas enligt anvisningarna. Provtid: 180 minuter. Hjälpmedel: Miniräknare.

Kap 2 Reaktionshastighet. Reaktionshastighet - mängd bildat eller förbrukat ämne per tidsenhet

1. Ett grundämne har atomnummer 82. En av dess isotoper har masstalet 206.

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

Kolföreningar. Oändliga variationsmöjligheter

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

EXPERIMENTELLT PROV

TENTAMEN I ALLMÄN OCH ORGANISK KEMI

AREA 41 KEMINS GRUNDER

Lärare: Jimmy Pettersson. Kol och kolföreningar

Energi, katalys och biosyntes (Alberts kap. 3)

Tentamen i Organisk kemi 16/ ,

Louise Olsson ( ) kommer att besöka tentamenslokalen på förmiddagen.

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Fast fas Flytande fas Gasfas

Jämviktsuppgifter. 2. Kolmonoxid och vattenånga bildar koldioxid och väte enligt följande reaktionsformel:

Reaktionsmekanismer. Kap 6

OMVANDLING AV RÅTERPENTIN TILL CYMEN- DEL 2

Tentamen i Kemisk reaktionsteknik för Kf3, K3 (KKR 100) Lördagen den 19 december 2009 kl 8:30-13:30 i Hörsalar på hörsalsvägen

Kundts rör - ljudhastigheten i luft

Nämn ett ämne som kan omvandlas till diamant a, granit b, meteoritmineral c, kol d, grafit

Inläsningsblad, organisk kemi

Tentamen i organisk kemi, KEMB01, 15 hp, fredagen den 13 januari 2012,

Bränslecell. Av: Petter Andersson Klass:EE1b Kaplanskolan, Skellefteå

Den elektrokemiska spänningsserien. Niklas Dahrén

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 13-18

Preparation och spektroskopisk karakterisering av Myoglobin

Materia Sammanfattning. Materia

Intermolekylära krafter

Syntes av acetylsalicylsyra (aspirin)

Kemisk jämvikt. Kap 3

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Flytande fas Gasfas

ASFALTBELÄGGNING OCH -MASSA

Modellering av katalytisk oxidation av metan över atmosfärstryck

Citronsyra i sura frukter

Kapitel 5. Gaser. är kompressibel, är helt löslig i andra gaser, upptar jämt fördelat volymen av en behållare, och utövar tryck på sin omgivning.

ELEKTRICITET. Vad använder vi elektricitet till? Hur man använder elektricitet?

Bestämning av vattenkvot och/eller vattenhalt

Namn: student x & student y Kurs: FAGBH0 Utförd:

4 Sätt in punkternas koordinater i linjens ekvation och se om V.L. = H.L. 5 Räkna först ut nya längden och bredden.

Kemiska reaktioner och reaktionshastigheter. Niklas Dahrén

Cellens metabolism (ämnesomsättning)

2. SUBSTITUTION (Nukleofil substitution) S N 2

4 rörelsemängd. en modell för gaser. Innehåll

På samma sätt ges ph för en lösning av en svag bas och dess salt av:

Att göra i ordning en byrett för titrering

Skrivning i termodynamik och jämvikt, KOO081, KOO041,

Syra/bas och Energi Kurskod 1BA001

Nr L 277/ 12 EUROPEISKA GEMENSKAPERNAS OFFICIELLA TIDNING RÅDETS DIREKTIV. av den 15 oktober 1984

Föreläsning 10. Alkener I Kapitel 10 F10

TEKNISK INFORMATION ALUMINIUM. Sanodal Gold 4N

BIMA12/13 ht 2012, Introduktionslab. 1. Teoretisk introduktion till laborativt arbete

LABORATION 2 TERMODYNAMIK BESTÄMNING AV C p /C v

Reaktionsmekanismer. Kap 6

Facit Läxor. Tal. Tian Siffrans värde blir tio gånger mindre. 40 till , 69 och a) 10, 22 och 15, 14 b) 15, 27 och 10, 9

Laboratoriemetod för att manuellt rena DNA från ett prov på 0,5 ml

Kompletteringspass onsdagen den 13 november. Under dagens klubbtid så ska du gå igenom dina tidigare inlämnade uppgifter i tema 2 Miljövän.

Stökiometri IV Blandade Övningar

Kemisk reaktionskinetik. (Kap ej i kurs.)

Intermolekylära krafter

Hur reningsverket fungerar

NO: KEMI. Årskurs

Rättningstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, annars är det detta datum som gäller:

Den elektrokemiska spänningsserien. Niklas Dahrén

3. Vilka livsmedel innehåller reducerande sockerarter?

FUNKTIONELLA GRUPPER (Ämnesklasser) Fö

Tentamen i Kemisk reaktionsteknik för Kf3, K3 (KKR 100) Onsdag den 22 augusti 2012 kl 8:30-13:30 i V. Examinator: Bitr. Prof.

Atomer, molekyler, grundämnen. och kemiska föreningar. Att separera ämnen. Ämnen kan förändras. Kemins grunder

Hemlaboration 4 A (Norrköping)

Vad är vatten? Ytspänning

Transkript:

Selektiv och katalytisk hydrogenering av 4-vinylcyklohexen Simon Pedersen 27 februari 2012 Chalmers Tekniska Högskola Institutionen för Kemi och Bioteknik Oorganisk och Organisk Kemi Handledare Andreas Ekebergh Laborationsdatum 2011-11-21

Innehåll 1 Inledning 1 2 Teori 1 2.1 Katalytisk hydrogenering........................... 1 2.2 Regioselektivitet och steriska hinder..................... 1 3 Metod 1 3.1 Utförande.................................... 1 3.1.1 Syntes av katalysator......................... 1 3.1.2 Hydrogeneringsreaktion........................ 1 3.2 Materiel..................................... 2 4 Resultat 2 5 Diskussion 3 Källförteckning 3 A Rådata 4 B Frågor 4

1 Inledning Laborationen syftar till att undersöka hur katalytisk hydrogenering kan användas för att selektivt reducera organiska molekyler, här 4-vinylcyklohexen. En heterogen nickelborkatalysator används, som tillverkas under laborationen genom reduktion av nickel(ii)acetat med natriumborhydrid. 2 Teori 2.1 Katalytisk hydrogenering Addition av vätgas är en mycket använd metod för att reducera funktionella grupper, särskilt dubbelbindningar [1]. Dock krävs vid normala förhållanden (tryck och temperatur) alltid en katalysator. Detta innebär dock inte en nackdel utan snarare tvärt om; kemoselektiviteten, det vill säga vilka grupper som reduceras, går att anpassa väl genom valet av katalysator [2]. I laborationen används nickel, som gör hydrogeneringen selektiv mot alkener enbart [2]. Katalysen fortgår genom att vätgas adsorberas på katalysatorytan, där den förekommer som atomärt väte. Alkenen koordineras sedan till katalysatorn som ligand, varpå vätet reagerar med π-bindningen och reducerar liganden [2]. 2.2 Regioselektivitet och steriska hinder Katalysatorns förmåga att främja reduktionen är beroende av var på molekylen dubbelbindningen till vilken väte ska adderas sitter, så kallad regioselektivitet [1]. Detta fenomen beror av hur steriskt hindrad alkenen är, det vill säga hur enkelt det är för dubbelbindningen att komma i kontakt med vätet på katalysatorn [2]. En vinylgrupp är lågt steriskt hindrad, då pi-molnet är relativt fritt från alla håll. Dubbelbindningen i cyklohexen har fler bulkiga grupper runt om sig och kontakten mellan vätebärande katalysator och pibindningen blir därför svårare och mer sällsynt. Således reduceras vinylgrupper fortare än cyklohexenringar eftersom de senare är mer steriskt hindrade. 3 Metod 3.1 Utförande 3.1.1 Syntes av katalysator 1 ml vatten sattes till 60 mg nickelacetat i en 10 ml rundkolv och rördes om med magnet tills allt var löst. Omrörningen stoppades sedan, varefter 0,5 ml samtidigt adderades av både NaBH 4 och NaOH-lösningarna (här bubblade det märkbart). Omrörningen startades omedelbart, och efter ca 3 minuter tillsattes 1 ml etanol. Efter ytterligare en minut omrörning tilläts den svarta produkten sedimentera. Den grumliga vätskefasen avlägsnades med pipett och det fasta materialet tvättades två gånger med 2x1 ml etanol. 1 ml etanol tillsattes sedan inför hydrogeneringen. 3.1.2 Hydrogeneringsreaktion Uppställningen som användes vid hydrogeneringen visas i figur 1. Systemet tätades, fylldes med vätgas och bubblades genom i ca 1 minut. Vätgasbyretten nollställdes och justerades till atmosfärstryck. 0,12 ml vinylcyklohexen tillsattes genom septum. Övertryck skapades i systemet med omkring 5 cm vattenpelare, varefter tidtagning och vigorös 1

omrörning omedelbart påbörjades. Efter fem minuter togs övertrycket bort och vätgasåtgången avlästes kort, därefter återinsattes övertrycket. Proceduren upprepades sedan var femte minut i 90 minuter, då två distinkta hydrogeneringshastigheter hade erhållts. Figur 1: Hydrogeneringsutrustningen. 3.2 Materiel Nickel(II)acetat tetrahydrat Natriumborhydrid i etanol, 1 M Natriumhydroxid i vatten, 0,1 M 4-vinylcyklohexen Vätgas från tub Etanol 4 Resultat Åtgången vätgas efter tiden t minuter visas i figur 2. Tabell med vätgasförbrukningen återfinns i bilaga 1. Ur figur 2 fås att hydrogeneringshastigheten i början är 0,68 ml/min och sedan 0,11 ml/min. Den långsammare hastigheten motsvarar dubbelbindingen i cyklohexenringen som är steriskt hindrad och därför hydrogeneras långsammare. Differensen mellan de två hastigheterna är den takt med vilken vinylgruppen reagerar. Vid STP ger ideala gaslagen att vätgasen har en molär volym V m = 24,5 ml/mmol, vilken utnyttjas för att beräkna de molära hydrogeneringshastigheterna enligt ṅ = V/V m. Resultaten finns sammanfattade i tabell 1. 2

50 45 Mätdata 0,68 ml/min 0,11 ml/min 40 35 30 V (ml) 25 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 t (min) Figur 2: Mätdata (Volym förbrukad vätgas efter tiden t) tillsammans med linjära anpassningar och deras derivator. Tabell 1: Hydrogeneringshastigheterna för de olika alkentyperna. Funktionell grupp Volumetrisk hastighet Molär hastighet Vinyl 0,57 ml/min 0,0234 mmol/min Cyklohexen 0,11 ml/min 0,0043 mmol/min 5 Diskussion Mätningarna visar tydligt skillnaden i hydrogeneringshastighet mellan de två funktionella grupperna. Vinylgruppen visar sig reduceras cirka 5 gånger snabbare än cyklohexenringens dubbelbindning, vilket stämmer med antagandet att den senare är mer steriskt hindrad. En god hydrogeneringshastighet uppnåddes trots att mängden katalysator var liten i förhållande till den tillverkade kvantiteten, då mycket gick förlorat vid tvättningen. Källförteckning 1 Laborationshandledning KOK-080 VT 2011 Selektiv och katalytisk hydrogenering av 4- vinylcyklohexen 2 Clayden J., Greeves N., Warren S., Wothers P. (2001) Organic Chemistry. Oxford University Press, Oxford 3

A Rådata Rådata för försöket visas i tabell 2 nedan. Tabell 2: Rådata för hydrogeneringen. t /min Byrettnivå /ml 0 3,9 5 5,2 10 8,5 15 12,0 20 15,7 25 19,8 30 23,0 35 26,5 40 29,8 45 32,9 50 36,7 55 38,4 60 40,2 65 41,0 70 41,5 75 42,0 80 42,5 85 43,0 90 43,5 B Frågor Här besvaras frågor ur labhandledningen. 5) Varför reduceras de två dubbelbindningarna olika fort? På grund av att de är olika steriskt hindrade kommer de olika lätt i kontakt med den vätebärande katalysatorn. 6) Kraftig och jämn omrörning är nödvändig för att erhålla en snabb vätgasförbrukning, varför? Vätgasen måste komma i kontakt med katalysatorn för att reaktionen ska kunna ske. Katalysatorn är i fast fas och måste distribueras i reaktionsblandningen. Dubbelbindningarna måste sedan komma i kontakt med vätebärande katalysator. I korthet kan man säga att utan omrörning så finns vätgasen i ytan och katalysatorn på bottnen av reaktionsblandningen. 7) Flytande, omättade vegitabiliska fetter hydreras/härdas enligt en liknande metod som beskrivits ovan. Ibland förekommer larmrapporter om att en del av de omättade fetterna omvandlas från den naturliga cis-formen till en önaturligtrans-form vid denna process. Vad är orsaken till denna omvanling (vad betyder detta ur ett mekanistiskt perspektiv)? 4

När dubbelbindningen reduceras uppstår en vridbar (π-bindningslös) intermediär som kan rotera. Om sedan inte alkenen reagerar fullständigt utan π-bindningen återbildas, kan transformen uppstå ifall kol-kolbindningen vridit sig ett halvt varv. 5