IDROGENAZIONE DEGLI ALCHINI

Alcheni ed alchini sono accomunati da una reattività simile ed in modo particolare dal meccanismo di apertura del legame multiplo che vede in gioco un’ addizione elettrofila oppure radicalica.

La questione principale da tenere a mente è quella che esistono reazioni di addizione spinte a sufficienza da portare ad un prodotto non più insaturo oppure reazioni che si fermano al prodotto alchene, evitando quindi l’apertura  del secondo legame carbonio-carbonio.

Possiamo osservare questa differenza ad esempio nelle reazioni di idrogenazione degli alchini. Riducendo un alchino in presenza di Leggi tutto “IDROGENAZIONE DEGLI ALCHINI”

CARBONILAZIONE DEL METANOLO

La carbonilazione catalitica del metanolo utilizzata per la sintesi dell’acido acetico è solo una delle varie reazioni messe a punto dal chimico tedesco Walter Reppe a cavallo della seconda guerra mondiale.

Le reazioni di Reppe sono  carbonilazioni  di alchini (in particolare acetilene), alcheni ed altri composti organici molto reattivi, in presenza di nucleofili quali acqua o ammine. Un elemento comune di questi processi è la formazione, nell’ambiente di reazione, di un complesso metallo-carbonile che costituisce il catalizzatore.

Nel noto processo Monsanto , Leggi tutto “CARBONILAZIONE DEL METANOLO”

COMPOSTI METALLORGANICI

Si chiamano metallorganici o organometallici quei composti che presentano almeno un legame carbonio-metallo. Le caratteristiche di questo legame variano dalla totale alla solo parziale ionicità : ciò dipende in primo luogo dall’elettronegatività del metallo, ma anche dalle caratteristiche del residuo “carbonioso”. In ogni caso , proprio la natura del legame carbonio-metallo condiziona drammaticamente la reattività del composto.

L’energia di legame carbonio-metallo risente della qualità della sovrapposizione degli orbitali atomici di partenza : Leggi tutto “COMPOSTI METALLORGANICI”

METANOLO: sintesi industriale

La produzione industriale di metanolo a partire dall’ossido di carbonio ha avuto la sua origine in Europa ma si è rapidamente diffusa nel resto del mondo; d’altra parte i potenziali utilizzi sono molteplici, a cominciare da quello di composto di partenza per tante ulteriori sintesi su piccola e grande scala. Ecco la reazione utilizzata :

CO + 2H2 ↔ CH3OH

Considerazioni di natura termodinamica suggerirebbero di condurre la sintesi del metanolo ad una temperatura ben inferiore ai 135° C per ottenere rese industrialmente accettabili: a basse temperature però è la velocità di reazione a presentare dei limiti. Come visto a proposito della sintesi dell’ammoniaca, bisogna trovare il compromesso ottimale tra gli aspetti cinetici e quelli termodinamici.

Le migliori condizioni operative sono state individuate in una sintesi catalizzata da ZnO accompagnato Leggi tutto “METANOLO: sintesi industriale”

PROPRIETA’ DEL PALLADIO

Si trova nello stesso gruppo chimico del costoso platino, ma il palladio non è di uguale pregio data anche una presenza relativamente maggiore nella crosta terrestre. Si tratta in ogni caso di un metallo raro che troviamo in natura piuttosto raramente in forma di un minerale noto come potarite (PdHg), molto più di consueto come impurezza contenuta in giacimenti di solfuri di alcuni metalli, come quello di rame.

A temperatura ambiente non viene ossidato dall’aria, nemmeno attaccato da acidi alogenidrici o acido solforico, ma lo è dall’acqua regia. La sua caratteristica più interessante è senza dubbio la capacità di assorbire elevate quantità di idrogeno, addirittura volumi centinaia Leggi tutto “PROPRIETA’ DEL PALLADIO”

SINTESI DEL CICLOESANO

Il benzene è notoriamente un composto poco reattivo ma la sua riduzione a cicloesano è una reazione di grande interesse industriale visto l’ampio utilizzo di alcuni suoi derivati come il cicloesanolo e il cicloesanone per la produzione di importanti precursori di varie resine. L’idrogenazione del benzene , reazione a meccanismo radicalico, deve essere opportunamente catalizzata: la scelta del catalizzatore e del solvente dipende dalle condizioni di temperatura e pressione. Se si opera a temperature alte (oltre 100°C) e a pressione dell’ordine di 100-150 atm , può essere utilizzato il meno costoso nichel e solvente etanolo, altrimenti a temperature più basse bisogna far ricorso al platino:

 

riduzione del benzene
Idrogenazione catalitica del benzene

 

Il cicloesano Leggi tutto “SINTESI DEL CICLOESANO”

SINTESI INDUSTRIALE DELL’AMMONIACA

Si tratta di uno dei primissimi composti chimici industriali per quantità prodotte a livello globale. E’ infatti materia prima per una miriade di composti, alcuni dei quali a loro volta prodotti in grossi quantitativi : ad esempio l’acido nitrico, poi l’urea, e poi i fertilizzanti azotati e altri composti precursori per l’industria dei polimeri. La sintesi industriale parte da azoto ed idrogeno elementari:

1) N2 + 3 H2 ↔ 2 NH3

La fonte naturale più ovvia per l’N2 è l’aria, che ne contiene il 79%: viene impiegata la distillazione dell’aria liquefatta. Per l’idrogeno invece le potenziali fonti sono ancor più numerose, ma la principale Leggi tutto “SINTESI INDUSTRIALE DELL’AMMONIACA”

PROMOTORI E SUPPORTI

In gran parte dei casi i catalizzatori eterogenei non sono sostanze pure , ma miscele in cui i vari componenti hanno un ruolo specifico essenziale: tra questi componenti ricordiamo i supporti. Non tutti i catalizzatori sono supportati, non tutti i supporti sono inerti rispetto alla reazione.

La  principale funzione del supporto è di natura meccanica: molto spesso si lavora in reattori a letto fluidizzato Leggi tutto “PROMOTORI E SUPPORTI”

INVECCHIAMENTO DEI CATALIZZATORI

Il tempo di vita di un catalizzatore è estremamente variabile, proprio come molto variabili sono le condizioni scelte per  una reazione catalizzata. Per invecchiamento o disattivazione del catalizzatore intendiamo un declino delle funzioni dello stesso, in particolare una graduale perdita dell’attività e selettività, derivante da una serie di fattori, tra cui ad esempio c’è l’eventuale forte esotermicità di reazione.

Se il calore sviluppato porta al forte riscaldamento della superficie catalitica o parti di essa, possiamo aspettarci una serie di fenomeni, come deformazione della struttura porosa e variazioni nella sua struttura cristallina ovvero  sinterizzazione, che comportano una diminuzione della superficie cataliticamente attiva.

Prima del suo utilizzo un catalizzatore potrebbe aver bisogno di un processo di attivazione. Un catalizzatore nuovo potrebbe infatti paradossalmente avere una scarsa attività, Leggi tutto “INVECCHIAMENTO DEI CATALIZZATORI”

LA CATALISI NELL’ INDUSTRIA

La  stragrande maggioranza dei prodotti dell’industria chimica deriva da processi che fanno uso di catalizzatori. Fu Berzelius il primo ad intuire l’esistenza di sostanze in grado di influire sulla velocità di certe reazioni chimiche, ma bisognerà aspettare ancora molti anni  per una definizione ufficiale di catalizzatore ( “sostanza che altera la velocità di reazione senza comparire tra i prodotti finali”) e soprattutto per una piena comprensione dei meccanismi alla base del loro funzionamento.

Ci troviamo di fronte a sostanze, o più spesso a miscele di sostanze , che agiscono solo sulla cinetica della reazione, non sugli aspetti termodinamici. L’uso di un catalizzatore permette un aumento del valore della costante cinetica di reazione: ricordandone la definizione di Arrhenius K= A exp(-Eatt/RT) , possiamo evidentemente affermare che un catalizzatore può aumentare il valore della costante o abbassando l’energia di attivazione (Ea) del processo oppure, meno di frequente, aumentando il valore di A, fattore preesponenziale.

Più precisamente, l’influenza del catalizzatore sulle grandezze che compaiono nell’equazione di Arrhenius si ottiene attraverso la sostituzione del meccanismo  di una data reazione non catalizzata con una serie di steps che presentano un’energia di attivazione notevolmente inferiore. Leggi tutto “LA CATALISI NELL’ INDUSTRIA”