Nichel Raney: preparazione, applicazioni

Il Nichel Raney è un catalizzatore introdotto nel 1926 dall’ingegnere statunitense Murray Raney che lo adoperò nell’idrogenazione di oli vegetali.
Da allora questo catalizzatore, usato sia in polvere che in forma granulare è impiegato per numerosi processi di utilità industriale. In particolare nelle reazioni di riduzione quali l’idrogenazione di composti insaturi e nella riduzione del legame C-S a legame C-H.

Il Nichel Raney è un catalizzatore eterogeneo e quindi deve presentare una struttura porosa. La catalisi così avviene sia sulla superficie esterna del catalizzatore sia sulla superficie interna.

Preparazione

Il Nichel Raney è ottenuto a partire da una lega contenente nichel e allumino . Essa è trattata, tramite un processo detto di “attivazione” con idrossido di sodio concentrato. Esso  è in grado di allontanare la maggior parte dell’alluminio dalla lega grazie alla reazione:
2 Al + 2 NaOH  + 6 H2O → 2 Na[Al(OH)4] + 3 H2

in cui si forma il tetraidrossoalluminato di sodio e idrogeno gassoso. La lega diventa spugnosa ed ha un’elevata superficie di contatto.

A causa dell’elevata superficie e della presenza di idrogeno il Nichel Raney è un materiale piroforico che può incendiarsi a contatto con l’aria con produzione di fumi pericolosi pertanto va maneggiato in atmosfera inerte.

Successive ricerche hanno portato a considerare altri sistemi in cui insieme all’alluminio è presente rame, rutenio e cobalto. Inoltre l’aggiunta di un ulteriore metallo alla lega binaria può aumentare l’attività del catalizzatore.

Applicazioni

Il Nichel Raney è usato nei processi industriali e nelle sintesi organiche grazie alla sua stabilità e alla sua elevata attività catalitica a temperatura ambiente.

Tra le più importanti applicazioni vi è la riduzione di legami multipli come, ad esempio, gli alchini, gli alcheni, i nitrili, i dieni ma anche i composti aromatici.

Sebbene il benzene non sia una specie particolarmente reattiva nelle reazioni in cui viene a perdere la stabilizzazione per risonanza e quindi si riduca con difficoltà a cicloesano la reazione può essere effettuata in presenza di Nichel Raney a costi molto più contenuti rispetto alla stessa reazione condotta in presenza di palladio.

riduzione benzene

In presenza di un solvente come l’alcol il Nichel Raney catalizza la reazione di decomposizione dei tioeteri:
R-S-R’ → RH + R’H

Il gruppo carbonilico di un’un’aldeide o di un chetone può essere ridotto in presenza di 1,2-etanditiolo e di un acido di Lewis con formazione di un tiochetale che, per idrogenazione, in presenza di Nichel Raney dà l’alcano secondo la riduzione di Mozingo:

Mozingo

Tale reazione è utilizzata per la riduzione di composti carbonilici sensibili agli acidi e alle basi per i quali non possono essere usate la riduzione di Clemmensen e la riduzione di Wolff-Kishner.

Nitrocomposti alifatici e aromatici sono ridotti selettivamente ai corrispondenti derivati amminici con alte rese. Si usa  acido formico e Nichel Raney .Ad esempio l’1-nitropropano dà la n-propilammina, il nitrobenzene dà l’anilina e il p-nitrobenzofenone dà il p-amminobenzofenone.

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