Chimica organica II

Perché questa reazione avviene su una superficie planare, l’aggiunta di idrogeno avviene sulla stessa faccia del doppio legame – un’aggiunta sin, in altre parole. L’idrogenazione catalitica dell’1,2-dimetilciclopentano darà, per esempio, il prodotto cis dimetilcicloalcano, con poca o nessuna formazione di un prodotto trans.

Reazioni concorrenti

Anche altri doppi legami come il C=O possono essere idrogenati, ma questa riduzione è solitamente più lenta che per l’idrogenazione degli alcheni. Questo fatto può essere usato a vantaggio nella realizzazione di reazioni selettive. Per esempio, l’idrogenazione di un doppio legame carbonio-carbonio può essere ottenuta senza ridurre simultaneamente un legame carbonile nella stessa molecola. Per esempio, il doppio legame carbonio-carbonio della seguente aldeide può essere ridotto selettivamente:

Applicazioni comuni

Le reazioni di idrogenazione sono ampiamente utilizzate per creare beni commerciali. L’idrogenazione è usata nell’industria alimentare per fare una grande varietà di manufatti, come le creme da spalmare e gli accorciamenti, a partire dagli oli liquidi. Questo processo aumenta anche la stabilità chimica dei prodotti e produce prodotti semi-solidi come la margarina. L’idrogenazione è usata anche nella lavorazione del carbone. Il carbone solido viene convertito in un liquido attraverso l’aggiunta di idrogeno. La liquefazione del carbone lo rende disponibile per essere usato come combustibile.

Grassi trans

L’idrogenazione catalitica degli alcheni è attualmente un argomento caldo nella chimica alimentare. La margarina è prodotta per idrogenazione parziale dei doppi legami negli acidi grassi insaturi degli oli vegetali liquidi, di solito con un catalizzatore al nichel. L’idrogenazione completa produrrebbe acidi grassi completamente saturi e porterebbe a un prodotto simile al lardo, troppo duro da spalmare sui toast, quindi le condizioni sono regolate per assicurare che solo alcuni dei doppi legami siano idrogenati mentre altri sono lasciati sul posto, ottenendo un prodotto morbido e spalmabile. Questo processo è chiamato idrogenazione parziale. (si può imparare di più sulla base chimica della relazione tra saturazione dei lipidi e punto di fusione nel libro di Soderberg, sezione 2.4D).

Di recente, tuttavia, gli scienziati sono diventati sempre più preoccupati per la presenza di acidi grassi innaturali presenti nella margarina e in altri prodotti alimentari fatti con oli parzialmente idrogenati. Gli acidi grassi insaturi naturali hanno principalmente doppi legami cis. Negli acidi grassi innaturali che si trovano nelle margarine, la stereochimica cis presente naturalmente è stata convertita in trans. Gli acidi grassi trans sono stati associati a malattie cardiache e ad alcune forme di cancro.

Sembra che questi isomeri innaturali di acidi grassi trans siano prodotti involontariamente dal processo di idrogenazione. Il problema è che non c’è controllo sulla regiochimica o stereochimica della reazione inversa (deidrogenazione). Poiché viene usata solo una quantità limitata di idrogeno per ottenere un’idrogenazione parziale (piuttosto che completa), il processo è reversibile, il che significa che i doppi legami tendono a riformarsi – e quando lo fanno, è spesso nella configurazione trans a bassa energia, piuttosto che nella naturale configurazione cis. La figura qui sotto mostra l’idrogenazione parziale di un idrocarburo dell’acido linoleico su un catalizzatore al nichel, con conseguente acido oleico, che è il prodotto cis-insaturo desiderato, così come l’acido elaidico, il prodotto grasso trans indesiderato.

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).