Odwodornienie - Polski Serwis Naukowy

Odwodornienie (dehydrogenacja) – reakcja chemiczna polegająca na odszczepianiu od cząsteczek atomów wodoru. Jest reakcją odwrotną do uwodorniania.

Reakcje odwodornienia dzieli się zazwyczaj według rodzaju wiązań w cząsteczce, od których wodór jest odszczepiany.

węgiel - węgiel

węgiel - tlen

węgiel - azot

W wyniku odłączenia wodoru od atomów węgla połączonych ze sobą wiązaniem pojedynczym, powstaje odpowiednia olefina. Ten rodzaj odwodornienia jest szeroko stosowany w przemyśle, przede wszystkim podczas odwodornienia parafin.

Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy – organiczny związek chemiczny, nukleotyd pełniący istotną rolę w procesach oddychania komórkowego. Różne pochodne tego związku są akceptorami elektronów i protonów w procesach utleniania komórkowego. Pełnią też rolę koenzymów oksydoreduktaz.

Azot (N, łac. nitrogenium) – pierwiastek chemiczny z grupy niemetali. Zawartość w górnych warstwach Ziemi wynosi 0,0019%. Stabilnymi izotopami azotu są 14N i 15N. Azot w stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczki N2. W cząsteczce tej dwa atomy tego pierwiastka są połączone ze sobą wiązaniem potrójnym. Azot jest podstawowym składnikiem powietrza (78,09% objętości). Wchodzi w skład wielu związków, takich jak: amoniak, kwas azotowy, azotany oraz wielu ważnych związków organicznych (kwasy nukleinowe, białka i wiele innych). Azot w fazie stałej występuje w sześciu odmianach alotropowych nazwanych od kolejnych liter greckich (α, β, γ, δ, ε, ζ). Najnowsze badania wykazują prawdopodobne istnienie kolejnych dwóch odmian (η, θ).

Przykładowo, dla odwodornienia etanu: C2H6 → C2H4 + H2

W przypadku odłączania wodoru od atomów węgla i tlenu powstają - w przypadku alkoholi pierwszorzędowych - odpowiednie aldehydy, a w przypadku odwodornienia alkoholi drugorzędowych - odpowiednie ketony. Przykładem, może być otrzymywanie formaldehydu z metanolu:

Reguła przekory (reguła Le Chateliera-Brauna, reguła przekory Le Chateliera i Brauna) - jedna z podstawowych reguł dotyczących równowag dynamicznych, mówiąca, że układ, na który działa jakiś bodziec, odpowiada w taki sposób aby przeciwdziałać bodźcowi. Reguła przekory dotyczy układów w stanie równowagi, na które działa czynnik zewnętrzny. W postaci ilościowej reguła ta jest wyrażona przez prawo działania mas Guldberga i Waagego.

Reakcja chemiczna – każdy proces, w wyniku którego pierwotna substancja zwana substratem przemienia się w inną substancję zwaną produktem. Aby cząsteczka substratu zamieniła się w cząsteczkę produktu konieczne jest rozerwanie przynajmniej jednego z obecnych w niej wiązań chemicznych pomiędzy atomami, bądź też utworzenie się przynajmniej jednego nowego wiązania. Reakcje chemiczne przebiegają z reguły z wydzieleniem lub pochłonięciem energii cieplnej, promienistej (alfa lub beta) lub elektrycznej.

CH3-OH → HCHO + H2

czy acetonu z alkoholu izopropylowego: (CH3)2CHOH → (CH3)2CO + H2

Przykładem reakcji, gdzie wodór odszczepiany jest od atomów węgla i azotu, połączonych wiązaniem pojedynczym, może być reakcja odwodornienia amin pierwszorzędowych do nitryli: R-CH2NH2 → R-CN + 2H2

Odwodornienie w biochemii

W kontekście biochemicznym przez odwodornienie rozumie się reakcję polegającą na uwolnieniu dwóch atomów wodoru (a dokładniej dwóch protonów i dwóch elektronów) z substratu i przeniesieniu ich na koenzym, którym może być NAD lub FAD.

Wodór (H, łac. hydrogenium) – pierwiastek chemiczny, niemetal z bloku s układu okresowego. Jest to najprostszy możliwy pierwiastek o liczbie atomowej 1, składający się z jednego protonu i jednego elektronu.

Proton, p <(gr.) πρῶτον – "pierwsze" (l.poj., rodz. nijaki)> - trwała cząstka elementarna z grupy barionów o ładunku +1 i masie spoczynkowej równej ok. 1 u. Protony są głównym składnikiem pierwotnego promieniowania kosmicznego. Protony wraz z neutronami (→ nukleony) tworzą jądra atomowe pierwiastków chemicznych. Liczba protonów w jądrze danego atomu jest równa jego liczbie atomowej, która z kolei jest podstawą uporządkowania atomów w układzie okresowym pierwiastków.

Termodynamika procesu

Reakcje odwodornienia są najczęściej odwracalnymi reakcjami endotermicznymi, zachodzącymi ze zwiększeniem objętości.

Według reguły przekory proces taki powinien być prowadzony w wysokiej temperaturze. Stosowane niekiedy tak zwane utleniające odwodornienie pozwala zwiększyć wydajność oraz obniżyć temperaturę reakcji.

Wydajność może zostać poprawiona również poprzez prowadzenie reakcji pod obniżonym ciśnieniem. Jednak przemysłowe stosowanie podciśnienia jest kłopotliwe i raczej unika się takich rozwiązań. Dlatego do mieszaniny reakcyjnej (np. podczas odwodornienia alkanów) dodaje się przegrzanej pary wodnej, co obniża ciśnienia cząstkowe reagentów, poprawiając tym samym wydajność reakcji.

Aldehydy – grupa związków organicznych posiadających grupę aldehydową, czyli grupę karbonylową (C=O) połączoną z jednym (-CHO) lub dwoma (CH2O) atomami wodoru. Proste aldehydy, będące pochodnymi alkanów i zawierające w cząsteczce jedną grupę aldehydową to alkanale o wzorze ogólnym CnH2n+1CHO.

Aldehyd mrówkowy lub formaldehyd (wg nomenklatury IUPAC metanal) – organiczny związek chemiczny, pierwszy w szeregu homologicznym aldehydów o wzorze HCHO (inny zapis – H2CO). Został odkryty przez rosyjskiego chemika Aleksandra Butlerowa w 1859.

Podobnie jak w przypadku uwodornienia, procesy odwodornienia prowadzi się przy użyciu odpowiednich katalizatorów.