Chimie organique II

Parce que cette réaction a lieu sur une surface plane, l’addition de l’hydrogène se produit sur la même face de la double liaison – une addition syn, en d’autres termes. L’hydrogénation catalytique du 1,2-diméthylcyclopentane donnera, par exemple, le produit cis diméthylcycloalcane, avec peu ou pas de formation d’un produit trans.

Réactions concurrentes

D’autres doubles liaisons telles que C=O peuvent également être hydrogénées, mais cette réduction est généralement plus lente que pour l’hydrogénation des alcènes. Ce fait peut être mis à profit pour réaliser des réactions sélectives. Par exemple, l’hydrogénation d’une double liaison carbone-carbone peut être réalisée sans réduire simultanément une liaison carbonyle dans la même molécule. Par exemple, la double liaison carbone-carbone de l’aldéhyde suivant peut être réduite sélectivement :

Applications courantes

Les réactions d’hydrogénation sont largement utilisées pour créer des biens commerciaux. L’hydrogénation est utilisée dans l’industrie alimentaire pour fabriquer une grande variété de produits manufacturés, comme les pâtes à tartiner et les shortenings, à partir d’huiles liquides. Ce procédé augmente également la stabilité chimique des produits et permet d’obtenir des produits semi-solides comme la margarine. L’hydrogénation est également utilisée dans le traitement du charbon. Le charbon solide est transformé en liquide par l’ajout d’hydrogène. La liquéfaction du charbon le rend disponible pour être utilisé comme combustible.

Les graisses trans

L’hydrogénation catalytique des alcènes est actuellement un sujet brûlant en chimie alimentaire. La margarine est produite par hydrogénation partielle des doubles liaisons dans les acides gras insaturés des huiles végétales liquides, généralement avec un catalyseur au nickel. Une hydrogénation complète produirait des acides gras totalement saturés et donnerait un produit ressemblant à du lard, trop dur pour être étalé sur des toasts. Les conditions sont donc ajustées pour que seules certaines des doubles liaisons soient hydrogénées, tandis que d’autres restent en place, ce qui donne un produit mou et tartinable. Ce processus est appelé hydrogénation partielle. (vous pouvez en apprendre davantage sur la base chimique de la relation entre la saturation des lipides et le point de fusion dans le livre de Soderberg, section 2.4D).

Récemment, cependant, les scientifiques se sont inquiétés de plus en plus de la présence d’acides gras non naturels que l’on trouve dans la margarine et d’autres produits alimentaires fabriqués à partir d’huiles partiellement hydrogénées. Les acides gras insaturés naturels ont principalement des doubles liaisons cis. Dans les acides gras non naturels présents dans les margarines, la stéréochimie cis naturelle a été convertie en trans. Les acides gras trans ont été associés aux maladies cardiaques et à certaines formes de cancer.

Il semble que ces isomères d’acides gras trans non naturels soient produits involontairement par le processus d’hydrogénation. Le problème est qu’il n’y a aucun contrôle sur la régiochimie ou la stéréochimie de la réaction inverse (déshydrogénation). Étant donné que seule une quantité limitée d’hydrogène est utilisée pour réaliser une hydrogénation partielle (plutôt que complète), le processus est réversible, ce qui signifie que les doubles liaisons ont tendance à se reformer – et lorsqu’elles le font, c’est souvent dans la configuration trans, moins énergétique, plutôt que dans la configuration cis naturelle. La figure ci-dessous montre l’hydrogénation partielle d’un hydrocarbure d’acide linoléique sur un catalyseur au nickel, ce qui donne de l’acide oléique, qui est le produit cis insaturé souhaité, ainsi que de l’acide élaïdique, le produit gras trans indésirable.

Food producers are increasingly adopting alternative hydrogenation technologies and production strategies in order to offer products that are free of trans fatty acids. (See J. Am. Diet. Assoc. 2006, 106, 867 for a detailed review of this topic).