[科普中国]-脱氢

简介

催化脱氢 - 主要使用催化剂使有机物中碳-氢链断裂，达到脱氢的目的，同时还要维持更容易断裂的碳-碳链，不使其断裂，因此必须选择合适的催化剂。

氧化脱氢 - 氧非常容易和氢原子结合成水分子，因此在脱氢过程中通入氧能使氢原子更容易脱离其结合的有机物分子，这种方法主要用于有机物及其脱氢产物不和水反应的情况下。

反应过程

有机化合物的分子中脱除氢原子的反应过程。脱氢时化合物分子中的碳－氢、氧－氢或氮-氢键断裂,氢被解离生成氢分子（H2）。若氢原子同时被氧化而生成水，则称氧化脱氢。脱氢的结果是增大反应物的不饱和度，使产物具有较高的反应活性，是广泛应用于有机合成中的重要过程。

沿革早在1889年就实现了由甲醇脱氢制甲醛的工业生产。20世纪20年代起，先后实现了异丙醇脱氢制丙酮、乙苯脱氢制苯乙烯、丁烷脱氢制丁烯、丁烯脱氢制丁二烯、正丁烯氧化脱氢制丁二烯等的工业生产。

反应类型脱氢有热脱氢和催化脱氢两种,工业上主要以催化脱氢为主。催化脱氢可分为：①碳－氢键催化脱氢，如烷烃、烯烃、芳烃和环烷烃等的脱氢：

CH3CH2CH2CH3─→CH2=CH-CH=CH2+2H2

CH3CH2CH=CH2─→CH2=CH-CH=CH2+H2

②氧-氢和氮-氢等键的催化脱氢，如醇（直链醇、环烷醇）和胺的脱氢：

③有氧化反应参加的脱氢反应（氧化脱氢），例如丁烯转化成丁二烯：

CH2=CHCH2CH3+1/2O2─→CH2=CH－CH=CH2+H2O

催化剂选用适宜的催化剂，是提高脱氢反应速度和选择性的关键。脱氢是加氢的逆过程，原则上加氢催化剂也能作为脱氢催化剂使用。但是，由于脱氢和加氢反应条件不同,在选择催化剂时，除催化活性外,还应注意以下几点：①耐热性好，保证在脱氢高温环境中不被烧结；②化学稳定性好，在较高温度下具有抗氢气还原和抗水蒸气侵蚀的能力；③脱氢比加氢易使催化剂表面结焦，应易于进行催化剂再生。常用的催化剂为各种金属氧化物（如氧化铁、氧化铬、氧化锌、氧化镁）和各种金属（如铜、银、镍、铂）等。氧化脱氢催化剂除具有脱氢催化剂的性能外,还应具有催化氧化性能,常用的是混合氧化物催化剂（如钼、铋的氧化物，铁、锑的氧化物等），也可用金属催化剂。

反应速率除催化剂的脱氢活性外，也与反应物的分子结构有关。要使反应得以顺利进行，首先反应分子必须较好地吸附在催化剂表面，而脱氢产物和又能顺利地脱附。分子中若含有双键、苯环和羟基等，则在催化剂表面具有较大的吸附能力而产生较强的吸附。分子间随反应分子的增大而增加，故长链的高级烃类的吸附比短链的烃类吸附强得多。还必须考虑分子间引力和催化剂表面的结构适应性。若分子大小相近，物理吸附的难易程度次序为：烷烃