Il catalizzatore RhCl(PPh3)3, noto anche come clorotris(trifenilfosfina) rodio (I), è ampiamente utilizzato come catalizzatore di Wilkinson nella catalisi dell’idrogenazione omogenea.
Struttura del catalizzatore di Wilkinson
Indice Articolo
Il catalizzatore di Wilkinson è un complesso a 16 elettroni con struttura planare quadrata, in cui il rodio ha un numero di ossidazione di +1.
Sintesi del catalizzatore di Wilkinson
Il catalizzatore di Wilkinson viene sintetizzato facendo reagire il tricloruro di rodio triidrato con trifenilfosfina in eccesso in presenza di etanolo secondo la seguente reazione:
RhCl3 · 3 H2O + 4 PPh3 → RhCl(PPh3)3 + O=PPh3 + 2 HCl + 2 H2O
Questa molecola agisce come catalizzatore selettivo per l’idrogenazione di alcheni e alchini senza influenzare altri gruppi funzionali come C=O, CN, -NO2, -CO2R.
Il catalizzatore di Wilkinson, in realtà, è un precatalizzatore che viene attivato dopo essere stato disciolto in un solvente come l’etanolo.
Meccanismo
In presenza di solvente, il catalizzatore perde una delle molecole di fosfina che agisce come legante. Subentra poi una molecola di solvente, formando un complesso a 14 elettroni. In ambiente di idrogeno gassoso, avviene una reazione di addizione ossidativa con una molecola di H2, portando alla formazione di un complesso rodio pentacoordinato con numero di ossidazione +3. Questo processo comporta un cambiamento di colore da rosso a giallo.
Il complesso [RhH2Cl(PPH3)2], con 16 elettroni, è in grado di complessare l’alchene formando un complesso esacoordinato con 18 elettroni. Avviene successivamente un riarrangiamento intramolecolare dell’idruro con l’alchene coordinato, che porta alla formazione di un complesso alchilico. Questa fase è seguita rapidamente dal trasferimento di un altro idrogeno sul gruppo alchilico.
Meccanismo di Catalizzatore in Chimica Organica
La catalisi di idrogenazione è un processo cruciale in chimica organica che coinvolge un catalizzatore di rodio. Durante la reazione, il legante triphenil fosfina (PPh3) legato al rodio si disassocia e forma un complesso con l’idrogeno. Questa interazione porta alla rottura del legame idrogeno nell’idrogeno molecolare (H2), generando un alcano che si allontana immediatamente dal catalizzatore in un’eliminazione riduttiva.
Processo di rigenerazione del catalizzatore
Dopo la reazione, il rodio torna al numero di ossidazione +1, riattivando il catalizzatore per un nuovo ciclo di reazione. Questo processo di rigenerazione è essenziale per mantenere l’efficacia del catalizzatore nel tempo.
Il meccanismo proposto è corroborato da diverse osservazioni sperimentali. Ad esempio, la velocità della reazione diminuisce in presenza di un eccesso di PPh3, confermando la disgregazione iniziale di una molecola del legante. Inoltre, composti π-acidi forti come l’etilene possono inibire l’idrogenazione poiché si legano stabilmente al catalizzatore, prevenendone l’attività catalitica.
Fattori che influenzano la velocità di idrogenazione
Un’altra considerazione importante riguarda l’effetto dei sostituenti alchilici sulla velocità di idrogenazione. La presenza di sostituenti alchilici può influenzare sia l’affinità di legame con il metallo centrale sia i fattori sterici, contribuendo alla variazione della velocità di reazione.
In conclusione, la comprensione del meccanismo di catalizzatore in chimica organica è fondamentale per ottimizzare le reazioni di idrogenazione e sviluppare processi catalitici efficienti. Il continuo studio e la ricerca in questo campo sono essenziali per migliorare le metodologie sintetiche e promuovere sviluppi innovativi in ambito chimico. Per ulteriori approfondimenti sulle reazioni di idrogenazione catalitica, puoi consultare risorse come [Chimica Today](https://chimica.today/chimica-organica/eliminazione-riduttiva).
