Dehydrogenation reaction

This is a reaction in which hydrogen _H2 is released from an organic molecule. It is the opposite reaction to hydrogenation and is a type of oxidation reaction. The following are some typical examples of dehydrogenation reactions.

(1) Synthesis of aldehydes and ketones by dehydrogenation of alcohols This refers to the reaction in which one molecule of hydrogen ( _H2 ) is eliminated from a primary alcohol to produce an aldehyde, and the reaction in which one molecule of hydrogen is eliminated from a secondary alcohol to produce a ketone. For example, when cyclohexanol vapor is heated to a high temperature and passed over a copper catalyst such as copper chromium, cyclohexanone is produced ((1) in the diagram ). Similarly, when methanol vapor and air are passed over a copper or silver catalyst, formaldehyde is produced.

(2) Synthesis of aromatic compounds by dehydrogenation A typical example is the reaction in which two or three molecules of hydrogen are removed from cyclohexene or cyclohexane to produce a benzene ring. This reaction is also called aromatization. This reaction can be used to synthesize a benzene ring from a compound with a hydrogenated benzene ring (aromatic ring). For example, naphthalene can be synthesized from tetralin ( Figure (2)). Aromatization by dehydrogenation is used in petrochemistry to produce aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene by dehydrogenating naphthene (cycloparaffin) during naphtha reforming. Sulfur and selenium have long been used to synthesize aromatic rings by dehydrogenation. Quinones such as DDQ (2,3-dichloro-5,6-dicyano- p (para)-benzoquinone) are also used as dehydrogenating agents for this type of dehydrogenation. Dehydrogenation using a palladium catalyst is also often used to form aromatic rings. In the past, the dehydrogenation reaction method has been used to investigate the carbon skeleton of cyclic compounds whose structures were unknown, and the structure of the original compound was inferred based on the benzene ring compound produced by dehydrogenation.

(3) Other important dehydrogenation reactions Dehydrogenation reactions are also used industrially in the process of producing butadiene from butene and in the process of producing styrene from ethylbenzene. These reactions are not aromatization. Currently, the industrial synthesis of styrene (monomer) is carried out exclusively by dehydrogenating ethylbenzene with an iron catalyst.

[Masahiro Hirota]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

有機分子から水素H₂が脱離する反応をいう。水素化反応の反対の反応で、酸化反応の一種である。代表的な脱水素反応の例を次に示す。

(1)アルコールの脱水素反応によるアルデヒド、ケトンの合成　第一アルコールから1分子の水素（H₂）が脱離してアルデヒドを生成する反応、および第二アルコールから1分子の水素が脱離してケトンを生成する反応をいう。たとえば、シクロヘキサノールの蒸気を高温にして亜クロム銅などの銅触媒の上を通すとシクロヘキサノンを生成する（図の(1)）。同様にメタノールの蒸気を空気といっしょに銅または銀触媒の上を通すとホルムアルデヒドができる。

(2)脱水素反応による芳香族化合物の合成　シクロヘキセンやシクロヘキサンから2分子または3分子の水素が脱離してベンゼン環を生成する反応がその代表である。芳香族化ともよばれる。この反応を利用してベンゼン環（芳香環）が水素化された構造をもつ化合物からベンゼン環を合成することができる。たとえばテトラリンからナフタレンを合成できる（図の(2)）。脱水素による芳香族化は、石油化学でナフサの改質の際に、ナフテン（シクロパラフィン）の脱水素によるベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素を製造するのに応用されている。脱水素による芳香環の合成には硫黄(いおう)、セレンが古くから使われている。また、DDQ（2,3-ジクロロ-5,6-ジシアノ-p(パラ)-ベンゾキノン）などのキノン類もこの種の脱水素を行うときの脱水素剤である。パラジウム触媒を用いる脱水素もしばしば芳香環の形成に用いられる。以前には構造が未知の環式化合物の炭素骨格を調べるために脱水素反応法が用いられたことがあり、脱水素によって生じたベンゼン環化合物を手掛りにして元の化合物の構造を推定していた。

(3)その他の重要な脱水素反応　脱水素反応は、工業的には、ブテンからブタジエンを製造する行程、エチルベンゼンからスチレンを製造する行程にも応用されている。これらの反応は芳香族化ではない。現在では、スチレン（単量体）の工業的合成は、もっぱらエチルベンゼンを鉄触媒により脱水素する方法により行われている。

［廣田　穰］

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例