アルケンの水素化

炭素-炭素二重結合への水素の添加は水素化と呼ばれています。 このような添加の全体的な効果は、二重結合官能基の還元的除去である。 同じ基（水素原子）がそれぞれの二重結合炭素に結合しているので、位置選択性は問題ではない。 二つの水素原子の最も単純な源は分子水素（H2）であるが、アルケンと水素を混合しても識別可能な反応は起こらない。 全体的な水素化反応は発熱性であるが、高い活性化エネルギーはそれが通常の条件下で起こるのを妨げる。 この制限は、次の図に示すように、触媒を使用することによって回避することができる。

触媒は、消費されたり、製品の一部として表示されることなく、化学反応の速度（速度）を変化させる物質です。 触媒は反応の活性化エネルギーを低下させることによって作用するが、反応物および生成物の相対的なポテンシャルエネルギーを変化させない。 白金、パラジウム、ニッケルなどの細かく分割された金属は、最も広く使用されている水素化触媒の一つです。 接触水素化は、図に示すように、少なくとも二つの段階で行われます。 最初に、アルケンは水素のいくつかと共に触媒の表面で吸着されなければなりません。 次に、2つの水素が金属表面から二重結合の炭素にシフトし、得られた飽和炭化水素はより弱く吸着され、触媒表面を離れる。 最後の出来事の正確な性質とタイミングはよく理解されていません。

エネルギー図に示すように、アルケンの水素化は発熱し、図中のΔ E（緑色）に対応して熱が放出される。 この反応熱は、二重結合上に異なる数のアルキル置換基を有するアルケンの熱力学的安定性を評価するために使用することができる。 例えば、次の表は、同じアルカン生成物（2-メチルブタン）を与える三つのC5H10アルケンの水素化の熱をリストしています。 大きな反応熱は高エネルギー反応物を示すので、これらの熱はアルケン異性体の安定性に反比例する。 大まかな近似では、二重結合上の各アルキル置換基は、この官能基を1kcal/モルよりも少し安定化することがわかります。

アルケン異性体	(CH3)2CHCH=CH2 3-メチル-1-ブテン	CH2=C(CH3)CH2CH3 2-メチル-1-ブテン	(ch3)2c=chch3 2-メチル-2-ブテン
反応熱 (δ h β)	-30.3Kcal/モル	-28.5KCAL/モル	-26.9kcal/モル

ここに示されているメカニズムから、syn-立体選択性で水素の添加が起こることが期待されます。 これはしばしば真実であるが、水素化触媒はまた、水素添加前に二重結合の異性化を引き起こす可能性があり、その場合、立体選択性は不確実であり得る。
アルケンとの遷移金属錯体の形成は、Zeiseの塩、K.H2O、ethylenebis(triphenylphosphine)platinum、2pt(H2C=CH2)などの安定な白金錯体の単離によって説得力のあることが実証されている。 後者では、白金は三配位でゼロ価であるのに対し、ゼーゼの塩は白金(II)の導関数である。 Zeiseの塩のモデルとそのような複合体における異常な結合の議論は、ここをクリックすることで見ることができます。 同様の錯体は、アルケン水素化の触媒としても機能するニッケルおよびパラジウム金属について報告されている。

水素のsyn付加のための非触媒的なプロシージャは不安定な混合物のジイミド、N2H2を利用します。 この試薬は、通常はヒドラジンの酸化によって反応系内で新たに生成されなければならず、強く発熱反応は窒素ガス（非常に安定な化合物）の除去によ ジイミドはcis-trans異性体として存在することがあり、cis-異性体のみが還元剤として機能する。 両方の手順によるアルケン還元の例を以下に示す。