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Hydrierung ist die chemische Reaktion, die durch die Zugabe von Wasserstoff zu einem Molekül entsteht. Ein Beispiel ist die Reaktion zwischen Wasserstoff und Ethen (ein brennbares, farbloses, gasförmiges organisches Kohlenwasserstoff, das aus Erdöl und Erdgas gewonnen wird), um Ethan zu produzieren. Hydrierung wird normalerweise verwendet, um organische Verbindungen zu sättigen oder zu reduzieren. Der Prozess beinhaltet typischerweise die Zugabe von Wasserstoff zu einer Doppel- oder Dreifachbindung in Kohlenwasserstoffen, und die Bindungen im Produkt sind stärker als in den Edukten. Die meisten Hydrierungsmethoden beinhalten brauchbare Katalysatoren, da nichtkatalytische Hydrierung sehr langsam ist.
Die Hydrierungsmethode besteht aus drei Teilen:
1. Ungesättigtes Substrat
2. Katalysator
3. Wasserstoff oder Wasserstoffquelle
Hydrierung wird bei verschiedenen Temperaturen und Druckbedingungen durchgeführt, basierend auf der Art des Substrats und des verwendeten Katalysators. Im Allgemeinen muss eine Hydrierung ohne Katalysator eine sehr hohe Aktivierungsenergie (die Mindestenergie, die ein atomares System erwerben muss, bevor eine chemische Reaktion stattfinden kann) haben, sodass die meisten nichtkatalytischen Hydrierungen bei sehr hoher Temperatur durchgeführt werden. Der Katalysator beschleunigt die Hydrierungsrate, indem er einen alternativen Weg bereitstellt, der eine Sequenz mehrerer niedrigaktivierter Schritte beinhaltet.
Typische Substrate, die bei der Hydrierung verwendet werden, umfassen Aldehyde und Ketone, Alkadiene, Alkene, Alkenylbenzole, Alkylazide, Alkine, Benzol, Kohlenhydrate, Kohlenmonoxid, Estere, Imine, Nitrile, Nitroarenen und Pflanzenöle.
Die Hydrierungsrate wird in Anwesenheit bestimmter Katalysatoren signifikant erhöht. Ein Katalysator schafft eine chemische Bindung zwischen dem Wasserstoff und dem Substrat und erleichtert ihre Vereinigung. Platingruppemetalle wie Platin, Rhodium und Palladium sind die am häufigsten verwendeten Hydrierungskatalysatoren. Nichtedelmetallkatalysatoren wie Palladium, Nickel und Rhodium sind ebenfalls wirksame und wirtschaftliche Alternativen, sind jedoch oft langsam bei Raumtemperatur und erfordern höhere Temperaturen.
Die offensichtliche Quelle für Wasserstoff für den Prozess der Hydrierung ist der Wasserstoffgas selbst. Wasserstoffgas ist kommerziell in einer druckbeaufschlagten Wasserstoffgasflasche erhältlich. Im Allgemeinen beinhaltet Hydrierung mehr als 1 Atmosphäre Wasserstoff. Wasserstoffgas kann auch direkt aus „Verdichterpumpen“ erzeugt werden. Der Großteil des gasförmigen Wasserstoffgases wird jedoch industriell aus Kohlenwasserstoffmaterialien unter Verwendung eines Dampfreformierungsprozesses hergestellt. In einigen Fällen wird Wasserstoff aus Wasserstoffgebern anstelle von Wasserstoffgas extrahiert. Häufige Wasserstoffgeber umfassen Hydrazin, Ameisensäure und Isopropanol.
Hydrierung ist eine exotherme, oder wärmeabgebende, chemische Reaktion. Die während des Prozesses der Hydrierung freigesetzte Wärme wird als ihre „Hydrierungswärme“ bezeichnet. Zum Beispiel beträgt die bei der Hydrierung von Fettsäuren oder Pflanzenölen abgegebene Wärme etwa 25 Kcal/mol.
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