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Lexikon der Chemie: Hydrierung

Hydrierung, allgemein die Umwandlung chem. Stoffe durch Addition von Wasserstoff. Sie erfolgt meist bei erhöhten Temperaturen und Drücken und in Gegenwart von Katalysatoren (katalytische Druckhydrierung). Die Addition von Wasserstoff an C-C-Mehrfachbindungen, aber auch die Addition von Wasserstoff an andere ungesättigte Systeme, z. B. Nitroso-, Nitro-, Carbonylverbindungen, Azomethine und Nitrile, hat sowohl in der chem. Industrie als auch im Labormaßstab große Bedeutung.

Katalytische H. verlaufen in der Regel als cis-Additionen. Man unterscheidet je nach der Tiefe und dem Umfang der Hydrierreaktionen zwischen raffinierender und destruktiver H. Eine scharfe Grenze läßt sich in der Praxis zwischen beiden nicht ziehen. Die destruktive H. ist stets mit einer Hydroraffination verknüpft. Hydrierreaktionen sind im allgemeinen exotherm, d. h., bei niedrigen Temperaturen liegt das Gleichgewicht weitgehend auf der Seite der Hydrierprodukte. Erst oberhalb 400 °C wird die Rückreaktion, die Dehydrierung, begünstigt. Zur Abführung der Reaktionswärme haben sich der Rohrbündelreaktor, der Etagenofen mit Kaltgaszuführung oder Wirbelschichtreaktoren durchgesetzt. Für die Weiterverarbeitung von Ethen und Propen sind hohe Reinheitsgrade erforderlich, die durch Rektifikation nicht erreicht werden können. Insbesondere die mehrfach ungesättigten Verbindungen stören in den nachverarbeitenden Prozessen. Zur Entfernung von Ethin, Methylethin, Propadien sowie der C4-Acetylene aus dem Spaltgas der Benzinpyrolyse werden die jeweiligen Fraktionen der Tieftemperatur-Druckdestillation einer selektiven H. unterzogen. In Gegenwart eines Pd-Katalysators werden nur die C≡C-Dreifachbindungen zu C=C-Doppelbindungen hydriert; die isolierten und konjugierten C=C-Doppelbindungen bleiben erhalten. Beispiele:

CH≡C-CH3 + H2 → CH2=CH-CH3,

CH2=C=CH2 + H2 → CH2=CH-CH3.

Die selektive H. wird bei einer Temperatur von 60 bis 200 °C und einem Wasserstoffdruck von 0,5 bis 2,5 MPa durchgeführt. Auch die Herstellung von Cyclohexanon aus Phenol ist über eine selektive H. des Phenols möglich.

Technische Hydrierreaktionen werden stets in Anwesenheit eines Katalysators (Co, Ni, Platinmetalle, Cu, Ag), oxidische Katalysatoren (Cr2O3, MoO3, WO3, Fe2O3, Cu2O, ZnO) und sulfidische Katalysatoren (CoS, NiS, ZnS, MoS2, WS2). Als Träger werden dabei vor allem A-Kohle, Aluminiumoxid und Bariumsulfat eingesetzt. Gemeinsame Eigenschaft aller Hydrierkatalysatoren ist, daß durch Chemisorption hochaktive Wasserstoffatome mit hoher Beweglichkeit auf der Katalysatoroberfläche entstehen. Wegen der unvollständig besetzten inneren Elektronenschalen haben die Übergangselemente, vornehmlich die Metalle der VIII. Gruppe und das Kupfer, die größte Hydrieraktivität. Technisch wichtige Hydrierreaktionen sind vor allem die H. von Kohlenmonoxid zu Methanol, die H. von Fetten (Fetthärtung), die Hydroraffination, das Hydrospalten und die Kohlehydrierung. Im Organismus und in der technischen Mikrobiologie findet die H. in Anwesenheit von Enzymen (Hydrogenasen) statt. Metallkomplexe des Rhodiums, Rutheniums und Iridiums werden für die H. in homogener Phase eingesetzt.

Mit besonders modifizierten Katalysatoren, z. B. Palladium auf Polyaminosäuren, ist die asymmetrische H. möglich (asymmetrische Synthese).

Hydrierung. Tab.: Technisch bedeutsame Hydrierreaktion.

Verbindungsklasse Hydrierprodukt Katalysator
aromatische Ringe
Benzol Cyclohexan Pd/Al2O3
Phenol Cyclohexanol Ni/Al2O3
Phenol Cyclohexanon Pd/Al2O3; Platin
Carbonylverbindungen
Butylaldehyd Butanol Nickel
Aceton Isopropanol Kupferchromit
Nitrile
Acetonitril Ethylamin Cobalt/Nickel
Adipinsäuredinitril Hexamethyle
diamin
Nitroverbindungen
Nitrobenzol Anilin Kupfer
Dinitrotoluol Diamintoluol Nickel/Palladium
Carbonsäuren und
Carbonsäureester
Benzoesäure Hexahydro-
benzoesäure
Platin

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