ไฮโดรจีเนชันเป็นปฏิกิริยาเคมีระหว่างไฮโดรเจน โมเลกุล (H₂ ₎กับสารประกอบหรือธาตุอื่น โดยปกติจะเกิดขึ้นในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาเช่นนิกเกลแพลเลเดียมหรือแพลทินัมกระบวนการนี้มักใช้เพื่อลดหรือทำให้สารประกอบอินทรีย์ อิ่มตัว ไฮโดรจีเนชันโดยทั่วไปประกอบด้วยการเติม อะตอมไฮโดรเจน คู่หนึ่งเข้าไปในโมเลกุล ซึ่งมักจะเป็นแอลคีนจำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้ปฏิกิริยาสามารถใช้งานได้ ไฮโดรจีเนชันแบบไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้เฉพาะที่อุณหภูมิสูงมากเท่านั้น ไฮโดรจีเนชันจะลดพันธะคู่และ พันธะ สามในไฮโดรคาร์บอน^{[ 1 ]}

ปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชันมีองค์ประกอบสามอย่าง ได้แก่ แหล่งไฮโดรเจนสารตั้งต้นไม่อิ่มตัว และโดยทั่วไปคือตัวเร่งปฏิกิริยาสภาวะของปฏิกิริยา - ตัวทำละลาย (ถ้ามี) อุณหภูมิ และความดัน - ถูกกำหนดโดยองค์ประกอบเหล่านี้เช่นกัน ปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชันบางอย่างดำเนินไปที่ความดัน 1 บรรยากาศและอุณหภูมิห้อง ในขณะที่บางอย่างดำเนินไปได้ดีที่อุณหภูมิหลายร้อยองศาเซลเซียสและความดันหลายร้อยบรรยากาศ^{[ 2 ]} ตัวอย่างของสภาวะที่ต้องการมากขึ้นคือปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชันของไดเอทิลอะดิเพตซึ่งดำเนินการที่ความดัน H ₂ 2000-3000 psi และ 255 °C ^{[ 3 ]} _{ในทางตรงกันข้าม ปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชันของอัลคีนปลายทางโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโรเดียมที่เป็นเนื้อเดียวกันดำเนินไปที่ H 2 1} บรรยากาศและอุณหภูมิห้อง^{[ 4 ] [ 5 ]}

ดังที่แสดงให้เห็นจากตัวอย่างก่อนหน้านี้^{[ 3 ] [ 4 ]}ปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชันโดยทั่วไปจะใช้ไดไฮโดรเจนธาตุ ( H ₂ ) ในรูปก๊าซ ซึ่งมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในรูปของถังความดัน^{[ 2 ]}กระบวนการไฮโดรจีเนชันอาจต้องใช้ไฮโดรเจนมากกว่าหนึ่งบรรยากาศ ในบางการใช้งาน จะใช้กระบวนการที่เรียกว่าการถ่ายโอนไฮโดรจีเนชัน โดยที่อะตอมไฮโดรเจนที่เติมในปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชันได้มาจากสารประกอบอื่นที่ไม่ใช่ H ₂เช่นกรดฟอร์มิก ไอโซโพรพานอลและไดไฮโดรแอนทราซีน (สารตั้งต้นที่ถูกดีไฮโดรจีเนชันเพื่อให้ได้คาร์บอนไดออกไซด์อะซิโตนและแอนทราซีน ตามลำดับ ) ^{[ 6 ]}

โดยทั่วไป ตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกจำแนกออกเป็นสองประเภทใหญ่ๆ คือ ตัวเร่งปฏิกิริยา แบบเอกพันธุ์และ ตัวเร่งปฏิกิริยา แบบไม่เอกพันธุ์ ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เอกพันธุ์เป็นของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในตัวทำละลายเดียวกันกับสารตั้งต้นหรือได้รับการบำบัดด้วยสารตั้งต้นที่เป็นก๊าซ ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเอกพันธุ์จะละลายอยู่ในสารละลายที่มีสารตั้งต้นที่ไม่อิ่มตัว ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เอกพันธุ์มีการใช้งานอย่างแพร่หลายมากกว่า ส่วนหนึ่งเป็นเพราะสามารถแยกออกจากผลิตภัณฑ์ได้ง่ายกว่า^{[ 2 ]}

ตัวเร่งปฏิกิริยาเฮเทอโรจีนัสมีองค์ประกอบที่หลากหลายและถูกเลือกสำหรับสารตั้งต้น สำหรับการไฮโดรจีเนชันของแอลคีนและอะรีน มักใช้โลหะมีค่า ข้อยกเว้นที่สำคัญคือเรนีย์นิกเกิลสำหรับการไฮโดรจีเนชันของไขมัน สำหรับสารตั้งต้นที่มีขั้ว เช่น เอสเทอร์ มักนิยมใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทองแดง^{[ 2 ]}

ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันนั้นแตกต่างกันไม่เพียงแต่ในตัวตนของโลหะที่ออกฤทธิ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้ในการวางตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันส่วนใหญ่ด้วย ตัวรองรับช่วยให้ตัวเร่งปฏิกิริยามีพื้นที่ผิวสูง ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโลหะมีค่า ตัวรองรับทั่วไป ได้แก่ถ่านกัมมันต์อะลูมินาแคลเซียมคาร์บอเนตหรือแบเรียมซัลเฟต [ ^{10 ] ตัวอย่าง}เช่น แพลทินัมบนคาร์บอนผลิตขึ้นโดยการลดกรดคลอโรแพลทินิกในแหล่งกำเนิดบนคาร์บอน ตัวอย่างของตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ ได้แก่รูทีเนียม 5% บนถ่านกัมมันต์ หรือแพลทินัม 1% บนอะลูมินา ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะพื้นฐาน เช่นเรนีย์นิกเกิลมักจะมีราคาถูกกว่ามากและไม่จำเป็นต้องใช้ตัวรองรับ ในห้องปฏิบัติการ ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่าที่ไม่มีตัวรองรับ (แบบก้อน) เช่นแพลทินัมแบล็กยังคงถูกนำมาใช้ แม้จะมีราคาสูงก็ตาม

ตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธ์ที่รู้จักกันดีบางชนิดแสดงไว้ด้านล่าง ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นสารเชิงซ้อนที่กระตุ้นทั้งสารตั้งต้นไม่อิ่มตัวและH₂ _โดยทั่วไปแล้ว สารเชิงซ้อนเหล่านี้มักประกอบด้วยโลหะกลุ่มแพลทินัม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Rh และ Ir

• ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันแบบเอกพันธ์และสารตั้งต้นของตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านั้น
• 
  ไดคลอโรทริส(ไตรฟีนิลฟอสฟีน)รูทีเนียม(II)เป็นสารตั้งต้นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีรูทีเนียมเป็นองค์ประกอบหลัก
• 
  ตัวเร่งปฏิกิริยาของ Crabtreeมีประสิทธิภาพในการไฮโดรจิเนชันของแอลคีนที่มีหมู่แทนที่ขนาดใหญ่
• 
  _{ไดเม อร์ของไซโคลออกตาไดอีนโรเดียมคลอไรด์ Rh₂Cl₂(COD)₂}เป็นสารตั้งต้น_ของตัวเร่ง_{ปฏิกิริยา}เอกพันธ์หลายชนิด
• 
  (S)-iPr-PHOXเป็นลิแกนด์ฟอสฟีนคีเลตทั่วไปที่ใช้ในการไฮโดรจีเนชันแบบไม่สมมาตร

ตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธุ์ยังถูกใช้ในการสังเคราะห์แบบไม่สมมาตรโดยการเติมไฮโดรเจนให้กับสารตั้งต้นโปรไครัล การสาธิตวิธีการนี้ในระยะแรกคือการเติมไฮโดรเจนให้กับเอนาไมด์โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา Rh เป็นสารตั้งต้นของยาL-DOPA [ ^{11 ] เพื่อ}ให้เกิดการลดแบบไม่สมมาตร ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้จะถูกทำให้เป็นไครัลโดยใช้ลิแกนด์ไดฟอสฟีนไครัล^{[ 12 ]}การเติมไฮโดรเจนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโรเดียมยังถูกนำมาใช้ในการผลิตสารกำจัดวัชพืช S-metolachlor ซึ่งใช้ลิแกนด์ประเภท Josiphos (เรียกว่า Xyliphos) ^{[ 13 ]} โดยหลักการแล้ว การเติมไฮโดรเจนแบบไม่สมมาตรสามารถเร่งปฏิกิริยาได้โดยตัวเร่งปฏิกิริยาเฮเทอโรจีเนียสไครัล^{[ 14 ]}แต่วิธีการนี้ยังคงเป็นเพียงสิ่งน่าสนใจมากกว่าเทคโนโลยีที่มีประโยชน์

โดยทั่วไปแล้ว ไฮโดรเจนโมเลกุลจะไม่ทำปฏิกิริยากับสารประกอบอินทรีย์หากไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ ในปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันที่เกี่ยวข้องกับตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ สารตั้งต้นที่ไม่อิ่มตัวจะถูกดูดซับทางเคมีบนตัวเร่งปฏิกิริยา โดยส่วนใหญ่แล้วตำแหน่งที่ถูกดูดซับจะถูกปกคลุมด้วยสารตั้งต้น ในการเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ไฮโดรเจนจะก่อตัวเป็นไฮไดรด์บนพื้นผิว (MH) ซึ่งไฮโดรเจนสามารถถ่ายโอนไปยังสารตั้งต้นที่ถูกดูดซับทางเคมีได้แพลทินัมพัลลาเดียมโรเดียมและรูทีเนียมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งทำงานได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าและความดันของไดไฮโดรเจนต่ำกว่า

ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะที่ไม่ใช่โลหะมีค่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ใช้โลหะนิกเกล เป็นหลัก (เช่นนิกเกลราเนย์และนิกเกลอุรุชิบาระ ) ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อเป็นทางเลือกที่ประหยัด แต่โดยทั่วไปแล้วมักจะทำงานช้ากว่าหรือต้องใช้Sอุณหภูมิที่สูงกว่า

ในการไฮโดรจีเนชัน อาจมีข้อแลกเปลี่ยนระหว่างความเร็วของปฏิกิริยากับต้นทุนของตัวเร่งปฏิกิริยาและอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการใช้ความดันสูง เช่นเดียวกับตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเอกพันธ์ กิจกรรมจะถูกปรับเปลี่ยนผ่านการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมรอบโลหะ กล่าวคือทรงกลมการประสาน งาน ตัวอย่างเช่น ด้านต่างๆของตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เอกพันธ์ที่เป็นผลึกแสดงกิจกรรมที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยการผสมโลหะหรือใช้เทคนิคการเตรียมที่แตกต่างกัน ในทำนองเดียวกัน ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เอกพันธ์ก็ได้รับผลกระทบจากตัวรองรับของมันด้วย

ในหลายกรณี การปรับเปลี่ยนเชิงประจักษ์สูงเกี่ยวข้องกับ "สารพิษ" ที่เลือกได้ ดังนั้น ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เลือกอย่างระมัดระวังสามารถใช้ในการเติมไฮโดรเจนให้กับหมู่ฟังก์ชันบางหมู่โดยไม่ส่งผลกระทบต่อหมู่ฟังก์ชันอื่น เช่น การเติมไฮโดรเจนให้กับแอลคีนโดยไม่แตะต้องวงแหวนอะโรมาติก หรือการเติมไฮโดรเจนให้กับแอลไคน์อย่างเลือกสรรเป็นแอลคีนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาของลินด์ลาร์ตัวอย่างเช่น เมื่อวางตัว เร่งปฏิกิริยา แพลเลเดียม บน แบเรียมซัลเฟตแล้วทำปฏิกิริยากับควินอลีนตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้จะลดแอลไคน์ได้เพียงเท่าแอลคีนเท่านั้น ตัวเร่งปฏิกิริยาของลินด์ลาร์ถูกนำไปใช้ในการเปลี่ยนฟีนิลอะเซทิลีนเป็นสไตรีน^{[ 15 ]}

• ตัวอย่างการเติมไฮโดรเจน
• 
  การเติมไฮโดรเจนแบบเลือกเฉพาะกลุ่มอัลคีนที่มีสิ่งกีดขวางน้อยกว่าในคาร์โวนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเอกพันธ์ ( ตัวเร่งปฏิกิริยาของวิลกินสัน ) ^{[ 4 ]}
• 
  การเติมไฮโดรเจนบางส่วนลงในฟีนิลอะเซทิลีนโดยใช้ ตัว เร่งปฏิกิริยา Lindlar
• 
  การเติมไฮโดรเจนลงในอิมินโดยใช้ ตัวเร่งปฏิกิริยา เรนีย์นิกเกิลซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันที่นิยมใช้
• 
  การเติมไฮโดรเจนบางส่วนลงในอนุพันธ์ของรีซอร์ซินอลโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเรนีย์-นิกเกิล
• 
  การเติมไฮโดรเจนให้กับกรดมาเลอิกเป็นกรดซัคซินิก^{[ 16 ]}

การเติมไฮโดรเจนลงในพันธะคู่หรือพันธะสามในไฮโดรคาร์บอนค่อนข้างเอื้ออำนวยต่ออุณหพลศาสตร์ ตัวอย่างเช่น การเติมไฮโดรเจนลงในเอทิลีนมี การเปลี่ยนแปลง พลังงานอิสระของกิบส์เท่ากับ -101 kJ·mol ⁻¹ซึ่งเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนสูง^{[ 12 ]}ตัวอย่างเช่น ในการเติมไฮโดรเจนลงในน้ำมันพืชและกรดไขมัน ความร้อนที่ปล่อยออกมาประมาณ 25 กิโลแคลอรีต่อโมล (105 kJ/mol) เพียงพอที่จะทำให้อุณหภูมิของน้ำมันเพิ่มขึ้น 1.6–1.7 °C ต่อการลดลง ของ เลขไอโอดีน

อย่างไรก็ตาม อัตราการเกิดปฏิกิริยาของปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันส่วนใหญ่จะน้อยมากหากไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา กลไกของไฮโดรจิเนชันของแอลคีนและแอลไคน์ที่เร่งปฏิกิริยาด้วยโลหะได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง^{[ 17 ]}ก่อนอื่นการติดฉลากไอโซโทปโดยใช้ดิวเทอเรียมยืนยันตำแหน่งทางเคมีของการเติม:

${\displaystyle {\ce {RCH=CH2 + D2 -> RCHDCH2D}}}$

กลไกการเติม H2 ลงในแอลคีนและแอลไคน์โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะจะคล้ายคลึงกันทั้งในตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันและแบบเป็นเนื้อเดียวกัน บนของแข็ง กลไกนี้บางครั้งเรียกว่ากลไก Horiuti- Polanyi : ^{[ 18 ] [ 19 ]}

1. การจับตัวของสารตั้งต้นไม่อิ่มตัวที่โลหะ
2. _{การ แตก}ตัวของH2บนตัวเร่งปฏิกิริยา

ลำดับขั้นตอนเหล่านี้ไม่ชัดเจนหรืออาจเปลี่ยนแปลงได้

1. การเติมอะตอมไฮโดรเจนหนึ่งอะตอม ขั้นตอนนี้สามารถย้อนกลับได้
2. การเพิ่มอะตอมตัวที่สอง; ในทางปฏิบัติแล้วเป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

รายละเอียดเชิงกลไกเป็นที่ทราบกันดีในรายละเอียดอย่างประณีตสำหรับการเร่งปฏิกิริยาแบบเอกพันธ์ เนื่องจากสามารถตรวจสอบได้ด้วยวิธีทางสเปกโทรสโก ปี ^{[ 20 ]}ปฏิกิริยาเฉพาะบางอย่างได้แก่:

• การจับตัวของไฮโดรเจนเพื่อให้ได้สารประกอบไดไฮไดรด์ผ่านปฏิกิริยาการ เติมออกซิเดชัน ก่อนการ _เติมออกซิเดชันของH₂คือการเกิดสารประกอบไดไฮโดรเจน

L _n M + H ₂ →

L _n M(H ₂ ) →

• พันธะของแอลคีน:

L _n MH ₂ + CH ₂ =CHR → L _n MH ₂ (CH ₂ =CHR)

ลำดับของปฏิกิริยาก่อนหน้านี้มักจะกลับกัน จุดสำคัญคือการเกิดสารประกอบอัลคีน-โลหะ-ไดไฮไดรด์

• การถ่ายโอนอะตอมไฮโดรเจนหนึ่งอะตอมจากโลหะไปยังคาร์บอน (การแทรกแบบเคลื่อนย้าย):

L _n MH ₂ (CH ₂ =CHR) → L _n M(H)(CH ₂ −CH ₂ R)

• การถ่ายโอนอะตอมไฮโดรเจนตัวที่สองจากโลหะไปยังหมู่แอลคิลพร้อมกับการแยกตัวของแอลเคนไปพร้อมกัน ("การกำจัดแบบรีดักชัน")

L _n M(H)(CH ₂ −CH ₂ R) → L _n M + CH ₃ −CH ₂ R

รายละเอียดหลายอย่างได้รับการยืนยันโดยใช้ D2 ₍ดิวเทอเรียม) แทน H2 _โดยปกติแล้ว ผลิตภัณฑ์จะมีอะตอมดิวเทอเรียมอยู่ติดกันสองอะตอม: RCH=CHR' + D2 _→ RCHD−CHDR'

ลักษณะสำคัญอย่างหนึ่งของการเติมไฮโดรเจนในแอลคีนและแอลไคน์ทั้งแบบใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธุ์และเอกพันธุ์ คือ การเติมไฮโดรเจนเกิดขึ้นในลักษณะ " การเติมแบบซิน " การเติมไฮโดรเจนบางส่วนของแอลไคน์ภายในจะให้แอลคีนชนิด Z

H ₂มีแนวโน้มที่จะเพิ่มไปยังด้านที่มีสิ่งกีดขวางน้อยที่สุด^{[ 21 ]}

สารตั้งต้นอะโรมาติกมีปฏิกิริยาน้อยกว่าแอลคีนทั่วไป การเติมไฮโดรเจนครั้งแรกของอะรีนจะช้าที่สุด ผลิตภัณฑ์ของขั้นตอนนี้คือไซโคลเฮกซาไดอีนซึ่งจะเติมไฮโดรเจนอย่างรวดเร็วและตรวจพบได้ยาก ในทำนองเดียวกันไซโคลเฮกซีนมักจะถูกรีดิวซ์เป็นไซโคลเฮกเซน^{[ 5 ]}

การไอโซเมอไรเซชันของแอลคีนมักเกิดขึ้นพร้อมกับการไฮโดรจีเนชัน ปฏิกิริยาข้างเคียงนี้ดำเนินไปโดยการกำจัดเบตาไฮไดรด์ของตัวกลางแอลคิล: ^{[ 22 ]}

L _n M(H)(CH ₂ −CH ₂ R) → L _n MH ₂ (CH ₂ =CHR)

L _n MH ₂ (CH ₂ =CHR) → L _n MH ₂ + CH ₂ =CHR

โดยทั่วไป โอเลฟินที่ถูกปล่อยออกมามักจะเป็นชนิดทรานส์ เนื่องจากโอเลฟินชนิดทรานส์มีความไวต่อปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันน้อยกว่าโอเลฟินชนิดซิส จึงมีแนวโน้มที่จะสะสมตัวมากกว่า ในทำนองเดียวกัน ภายใต้สภาวะไฮโดรจิเนชัน อัลคีนปลายสายจะเปลี่ยนเป็นอัลคีนภายใน ซึ่งก็ต้านทานต่อปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันด้วยเหตุผลเชิงโครงสร้างเช่นกัน ปฏิกิริยาข้างเคียงดังกล่าวสามารถตรวจจับได้โดยใช้การติดฉลากด้วยดิวเทอเรียม

การไฮโดรจิเนชันแบบเร่งปฏิกิริยามีประโยชน์ในอุตสาหกรรมหลากหลาย โดยส่วนใหญ่แล้ว การไฮโดรจิเนชันในอุตสาหกรรมจะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน^{[ 23 ]}

อุตสาหกรรมอาหารทำการเติมไฮโดรเจนลงในน้ำมันพืชเพื่อเปลี่ยนให้เป็นไขมันแข็งหรือกึ่งแข็งที่สามารถใช้ในผลิตภัณฑ์ทาขนมปัง ลูกอม ขนมอบ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ เช่นมาการีนน้ำมันพืชทำจากกรดไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อน (มีพันธะคู่คาร์บอน-คาร์บอนมากกว่าหนึ่งพันธะ) การเติมไฮโดรเจนจะกำจัดพันธะคู่เหล่านี้บางส่วน^{[ 24 ]}

ในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี การเติมไฮโดรเจนลงในสารตั้งต้นที่ไม่อิ่มตัวถือเป็นส่วนเสริมของการใช้ไฮโดรเจนในด้านอื่นๆ ที่สำคัญกว่าคือไฮโดรแคร็กกิ้งและไฮโดรทรีตติ้งอย่างไรก็ตาม การเติมไฮโดรเจนถูกนำมาใช้เพื่อแปลงแอลคีนและอะโรมาติกให้เป็นแอลเคนอิ่มตัว (พาราฟิน) และไซโคลแอลเคน (แนฟทีน) ซึ่งมีความเป็นพิษน้อยกว่าและมีปฏิกิริยาน้อยกว่า^{[ 25 ]}สำหรับเชื้อเพลิงเหลวที่บางครั้งเก็บไว้ในอากาศเป็นเวลานาน ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวมีคุณสมบัติในการจัดเก็บที่ดีกว่า ในทางกลับกัน แอลคีนมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นไฮโดรเปอร์ออกไซด์ซึ่งสามารถก่อตัวเป็นยางเหนียวที่รบกวนอุปกรณ์จัดการเชื้อเพลิง ตัวอย่างเช่นน้ำมันสนมักจะถูกเติมไฮโดรเจนการไฮโดรแคร็กกิ้งของกากหนักให้เป็นดีเซลเป็นอีกการใช้งานหนึ่ง ใน กระบวนการ ไอโซเมอไรเซชันและการปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยาจะมีการรักษาระดับความดันไฮโดรเจนบางส่วนเพื่อไฮโดรไลซิสโค้กที่เกิดขึ้นบนตัวเร่งปฏิกิริยาและป้องกันการสะสม

การเติมไฮโดรเจนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเคมีอินทรีย์เพื่อแปลงสารประกอบไม่อิ่มตัวให้เป็นอนุพันธ์อิ่มตัว^{[ 2 ]} สารตั้งต้นไม่เพียงแต่รวมถึงแอลคีนและแอลไคน์ ซึ่งจะถูกแปลงเป็นแอลเคน และแอลคีนหรือแอลเคน ตามลำดับ แต่ยังรวมถึงคีโตนหรือแอลดีไฮด์ และอิมินหรือไนไตรล์ ซึ่งจะถูกแปลงเป็นแอลกอฮอล์และเอมีน ตามลำดับ^{[ 26 ]}

ดังนั้น อัลดีไฮด์และคีโตนจึงไวต่อการไฮโดรจีเนชันเพื่อสร้างแอลกอฮอล์ที่สอดคล้องกัน ตัวอย่างเช่นไซลิทอล ซึ่งเป็น โพลีออลรสหวานสามารถเตรียมได้โดยการไฮโดรจีเนชันของน้ำตาลไซโลสโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเรนีย์นิกเกิล^{[ 27 ]}

เอมีนปฐมภูมิสามารถสังเคราะห์ได้โดยการเติมไฮโดรเจนให้กับไนไตรล์ตัวอย่างเช่นไอโซฟอโรน ไดเอมีน ซึ่ง เป็นสารตั้งต้น ของโมโนเมอ ร์ โพ ลี ยูรีเทน ไอโซฟอโรนไดไอโซไซยาเนต ผลิตจากไอโซฟอโรนไนไตรล์โดย กระบวนการ ปฏิกิริยาต่อเนื่องซึ่งเกี่ยวข้องกับการเติมไฮโดรเจนให้กับไนไตรล์^{[ 28 ]}

กระบวนการ ไฮโดรจีเนชันที่เก่าแก่ที่สุดคือการเติมไฮโดรเจนลงในออกซิเจนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมในหลอดไฟของโดเบอไรเนอร์ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ตั้งแต่ปี 1823 นักเคมีชาวฝรั่งเศสพอล ซาบาติเยร์ได้รับการยกย่องว่าเป็นบิดาแห่งกระบวนการไฮโดรจีเนชันที่รู้จักกันในปัจจุบันว่ากระบวนการซาบาติเยร์จากผลงานนี้ ซาบาติเยร์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีใน ปี 1912 วิลเฮล์ม นอร์มันน์ได้รับสิทธิบัตรในเยอรมนีในปี 1902 และในสหราชอาณาจักรในปี 1903 สำหรับการไฮโดรจีเนชันของน้ำมันเหลว ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของอุตสาหกรรมระดับโลกในปัจจุบัน

ในปี พ.ศ. 2465 Voorhees และ Adams ได้อธิบายอุปกรณ์สำหรับการทำปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชันภายใต้ความดันที่สูงกว่า 1 บรรยากาศ^{[ 29 ]}เครื่องเขย่า Parr ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์แรกที่ช่วยให้สามารถทำปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชันโดยใช้ความดันและอุณหภูมิที่สูงขึ้น ได้วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในปี พ.ศ. 2469 โดยอิงจากการวิจัยของ Voorhees และ Adams และยังคงมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย ในปี พ.ศ. 2467 Murray Raneyได้พัฒนาผงนิกเกิลละเอียด ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชัน เช่น การเปลี่ยนไนไตรล์เป็นเอมีน หรือการผลิตมาการีน

ในช่วง ทศวรรษ 1960 ได้มีการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธ์ที่กำหนดไว้อย่างดีโดยใช้สารประกอบเชิงซ้อนของโลหะทรานซิชัน เช่นตัวเร่งปฏิกิริยาของ Wilkinson (RhCl(PPh ₃ ) ₃ ) ไม่นานหลังจากนั้นก็พบว่า Rh และ Ir ที่เป็นประจุบวกสามารถเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของแอลคีนและคาร์บอนิลได้^{[ 30 ]}ในช่วงทศวรรษ 1970 ได้มีการสาธิตการไฮโดรจิเนชันแบบไม่สมมาตรในการสังเคราะห์L-DOPAและในช่วงทศวรรษ 1990 ได้มีการคิดค้นการไฮโดรจิเนชันแบบไม่สมมาตรของ Noyori ^{[ 31 ]}การพัฒนาการไฮโดรจิเนชันเอกพันธ์ได้รับอิทธิพลจากงานที่เริ่มต้นในช่วงทศวรรษ 1930 และ 1940 เกี่ยวกับกระบวนการออกโซและ พอลิเม อ ไรเซชัน ของ Ziegler–Natta

การถ่ายโอนไฮโดรเจนใช้โมเลกุลผู้ให้ไฮโดรเจนอื่นที่ไม่ใช่โมเลกุลH2 ผู้ให้ไฮโดรเจน "เสียสละ _"เหล่านี้ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นตัวทำละลายสำหรับปฏิกิริยาได้ ได้แก่ไฮดราซีนกรดฟอร์มิกและแอลกอฮอล์ เช่น ไอโซโพรพานอล^{[ 32 ]}

การทำให้ถ่านหินเหลวสามารถทำได้โดยการให้ความร้อนแก่ถ่านหินภายใต้ความดันไฮโดรเจน กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อมีตัวให้ไฮโดรเจนอินทรีย์ เช่นเตตระไฮโดรแนฟทาลีนกล่าวอีกนัยหนึ่ง กระบวนการนี้ซึ่งไม่สามารถแข่งขันได้ในเชิงพาณิชย์มากนัก เป็นรูปแบบหนึ่งของการถ่ายโอนไฮโดรเจน^{[ 33 ]}

ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ ปฏิกิริยาการถ่ายโอนไฮโดรเจนมีประโยชน์สำหรับการเติมไฮโดรเจนแบบไม่สมมาตรให้กับสารตั้งต้นไม่อิ่มตัวที่มีขั้ว เช่นคีโตน อั ลดีไฮด์และอิมินโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาไครัล

สารตั้งต้น ที่มี ขั้ว เช่นไนไตรล์สามารถเติมไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าเคมีได้โดยใช้ตัวทำละลายโปรติกและสารเทียบเท่ารีดิวซ์เป็นแหล่งของไฮโดรเจน^{[ 34 ]}

ในทางปฏิบัติส่วนใหญ่ การเติมไฮโดรเจนต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ อย่างไรก็ตาม การเติมไฮโดรเจนสามารถเกิดขึ้นได้จากตัวให้ไฮโดรเจนบางชนิดโดยไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างตัวให้ไฮโดรเจน ได้แก่ไดอิมิดและอะลูมิเนียมไอโซโพรพอกไซด์ซึ่งตัวหลังแสดงให้เห็นโดยการลดแบบ Meerwein–Ponndorf–Verleyระบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ปราศจากโลหะบางระบบได้รับการศึกษา ระบบหนึ่งสำหรับการลดคีโตนประกอบด้วยเทอร์ท -บิวทานอ ลและโพแทสเซียมเทอร์ท-บิวทอกไซด์และอุณหภูมิสูงมาก^{[ 35 ]}ปฏิกิริยาที่แสดงด้านล่างอธิบายถึงการเติมไฮโดรเจนของเบนโซฟีโนน :

การศึกษาจลนศาสตร์ทางเคมี^{[ 36 ]}พบว่าปฏิกิริยานี้เป็นอันดับหนึ่งในสารตั้งต้นทั้งสามชนิด ซึ่งชี้ให้เห็นถึงสถานะการเปลี่ยนผ่าน แบบวงแหวน 6 สมาชิก อีกระบบหนึ่งสำหรับการไฮโดรจิเนชันแบบปราศจากโลหะมีพื้นฐานมาจากฟอสฟีน - โบเรนสารประกอบ1ซึ่งเรียกว่าคู่ลูอิสที่ไม่สมบูรณ์มันรับไดไฮโดรเจนแบบย้อนกลับได้ที่อุณหภูมิต่ำเพื่อสร้างฟอสโฟเนียมโบเรต2 ซึ่งสามารถลด อิมินที่ถูกกีดขวางอย่างง่ายได้^{[ 37 ]}

ปัจจุบันนักเคมีในห้องปฏิบัติการมีตัวเลือกหลักสามอย่างสำหรับอุปกรณ์ไฮโดรจีเนชัน:

• การเติมไฮโดรเจนแบบเป็นชุดภายใต้สภาวะบรรยากาศ
• การเติมไฮโดรเจนแบบแบทช์ที่อุณหภูมิและ/หรือความดันสูง^{[ 38 ]}
• การเติมไฮโดรเจนแบบไหล

กระบวนการไฮโดรจีเนชันแบบดั้งเดิมและยังคงใช้กันทั่วไปในห้องปฏิบัติการสอน มักจะทำโดยการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งลงในขวดก้นกลมที่มีสารตั้งต้นละลายอยู่ ซึ่งได้ทำการไล่อากาศออกโดยใช้ ก๊าซ ไนโตรเจนหรืออาร์กอนแล้วปิดผนึกส่วนผสมด้วยซีลยางที่สามารถซึมผ่านได้ จากนั้นจึงเติมก๊าซไฮโดรเจนจากลูกโป่งที่บรรจุ_H₂ส่วนผสมสามเฟสที่ได้จะถูกกวนเพื่อส่งเสริมการผสม สามารถตรวจสอบการดูดซับไฮโดรเจนได้ ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการตรวจสอบความคืบหน้าของกระบวนการไฮโดรจีเนชัน ทำได้โดยใช้หลอดวัดปริมาตรที่มีของเหลวสีอยู่ภายใน ซึ่งโดยทั่วไปคือสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตหรือใช้เกจวัดปริมาตรสำหรับภาชนะปฏิกิริยาแต่ละใบ

เนื่องจากปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชันหลายอย่าง เช่นไฮโดรไลซิสของหมู่ป้องกันและการลด ระบบ อะโรมาติกดำเนินไปอย่างช้ามากที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศ จึงนิยมใช้ระบบความดัน ในกรณีเหล่านี้ จะมีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาลงในสารละลายของสารตั้งต้นภายใต้บรรยากาศเฉื่อยในภาชนะรับความดันเติมไฮโดรเจนโดยตรงจากถังหรือแหล่งไฮโดรเจนที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการ และสารละลายข้นที่มีความดันจะถูกเขย่าด้วยกลไกเพื่อให้เกิดการกวน หรือใช้ตะกร้าหมุน^{[ 38 ]}ความก้าวหน้าล่าสุดใน เทคโนโลยี อิเล็กโทรไลซิสได้นำไปสู่การพัฒนาเครื่องกำเนิดไฮโดรเจนแรงดันสูงซึ่งสร้างไฮโดรเจนได้ถึง 1,400 psi (100 บาร์) จากน้ำ อาจใช้ความร้อนได้เช่นกัน เนื่องจากความดันจะชดเชยการลดลงของความสามารถในการละลายของก๊าซที่เกี่ยวข้อง

กระบวนการไฮโดรจิเนชันแบบเร่งปฏิกิริยาจะดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์แบบท่อไหลต่อเนื่องที่บรรจุด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาแบบรองรับ โดยทั่วไปความดันและอุณหภูมิจะสูง แต่ก็ขึ้นอยู่กับชนิดของตัวเร่งปฏิกิริยา ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้มักจะต่ำกว่าในกระบวนการไฮโดรจิเนชันแบบแบทช์ในห้องปฏิบัติการ และมีการเติมสารส่งเสริมต่างๆ ลงในโลหะ หรือใช้โลหะผสม เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ ความสามารถในการเลือก และความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยา การใช้โลหะนิกเกลเป็นเรื่องปกติ แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพต่ำ เนื่องจากมีราคาถูกกว่าโลหะมีค่า

เครื่องปฏิกรณ์เหนี่ยวนำก๊าซเหลว (ไฮโดรจีเนเตอร์) ยังใช้สำหรับดำเนินการไฮโดรจีเนชันแบบเร่งปฏิกิริยาอีกด้วย^{[ 39 ]}

• Jang ES, Jung MY, Min DB (2005). "การเติมไฮโดรเจนสำหรับกรดไขมันทรานส์ต่ำและกรดไขมันคอนจูเกตสูง" (PDF) . บทวิจารณ์ที่ครอบคลุมด้านวิทยาศาสตร์การอาหารและความปลอดภัยของอาหาร . 1 . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อวันที่ 17 ธันวาคม 2008
• ตัวอย่างการเติมไฮโดรเจนจากสารสังเคราะห์อินทรีย์:
  • การสังเคราะห์สารอินทรีย์, รวบรวม เล่ม 7, หน้า 226 (1990)
  • การสังเคราะห์สารอินทรีย์, รวบรวม เล่ม 8, หน้า 609 (1993)
  • การสังเคราะห์สารอินทรีย์, รวบรวม เล่ม 5, หน้า 552 (1973)
  • การสังเคราะห์สารอินทรีย์, รวบรวม เล่ม 3, หน้า 720 (1955).
  • การสังเคราะห์สารอินทรีย์, รวบรวม เล่ม 6, หน้า 371 (1988)
• งานวิจัยเบื้องต้นเกี่ยวกับการเติมไฮโดรเจนด้วยการถ่ายโอน:
  • Davies, RR; Hodgson, HH (1943). "76. การลดปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดฟอร์มิกภายใต้ความดัน ตอนที่ 2 การเปรียบเทียบทองแดงและนิกเกลในฐานะตัวเร่งปฏิกิริยา" J. Chem. Soc. : 281. doi : 10.1039/jr9430000281 .
  • Leggether, BE; Brown, RK (1960). "การลดไนโตรเบนซีนโมโนฮาโลเจนด้วยไฮดราซีนและเรนีย์นิกเกิล การเตรียมอะนิลีนฮาโลเจนที่สะดวก" Can. J. Chem . 38 (12): 2363. Bibcode : 1960CaJCh..38.2363L . doi : 10.1139/v60-320 .
  • Kuhn, LP (1951). "การลดปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาด้วยไฮดราซีน". J. Am. Chem. Soc. 73 (4): 1510. Bibcode : 1951JAChS..73.1510K . doi : 10.1021/ja01148a029 .

Wikiquote มีคำคมที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการไฮโดรจีเนชัน

• "ความมหัศจรรย์ของไฮโดร"นิตยสารPopular Mechanicsมิถุนายน 1931 หน้า 107–109 – บทความแรกๆ สำหรับบุคคลทั่วไปเกี่ยวกับการเติมไฮโดรเจนในน้ำมันที่ผลิตขึ้นในทศวรรษ 1930