Скачать презентацию Гомогенный катализ Гомогенный катализ протекает в жидкой Скачать презентацию Гомогенный катализ Гомогенный катализ протекает в жидкой

10 - Гомогенный катализ.pptx

  • Количество слайдов: 12

Гомогенный катализ Гомогенный катализ

Гомогенный катализ протекает в жидкой и значительно реже в газо вой фазе. Различают кислотный Гомогенный катализ протекает в жидкой и значительно реже в газо вой фазе. Различают кислотный (основной), металлокомплексный и фермента тивный виды гомогенного катализа. Гомогенный катализ наиболее распространён в производстве органи ческих соединений.

Кислотный (основной) катализ Реакции в растворах часто ускоряются в присутствии веществ, относя щихся к Кислотный (основной) катализ Реакции в растворах часто ускоряются в присутствии веществ, относя щихся к разновидностям кислот и оснований, названных именами Арре ниуса, Льюиса, Бренстеда. По общепринятому определению, данному Аррениусом, кислота – соединение, дающее при диссоциации в воде катионы Н+, а основание – анионы ОН–. По Бренстеду и Лоури, кислота – вещество, являющееся донором протона, а основание – акцептором протона.

Кислотный (основной) катализ По Льюису, кислота – это акцептор неподеленной пары электронов, а основание Кислотный (основной) катализ По Льюису, кислота – это акцептор неподеленной пары электронов, а основание – вещество, являющееся донором неподеленной пары элек тронов, которая может быть использована для образования устойчивой электронной конфигурации другого атома. Примерами кислот Льюиса являются такие соединения, как Al. Cl 3, Fe. Cl 3, Cu. Cl 2, Al. Br 3, BF 3. Примеры оснований Льюиса: NH 3, N 2 H 4, NO 3– , C 6 H 6, C 6 H 5 N.

Кислотный (основной) катализ Теория Льюиса гораздо шире, чем теории Аррениуса и Бренстеда, но имеет Кислотный (основной) катализ Теория Льюиса гораздо шире, чем теории Аррениуса и Бренстеда, но имеет некоторые недостатки: Ø сомнительно толкование протонных кислот, таких как H 2 SO 4, НСl и других, так как они не могут присоединять электронную пару с образо ванием ковалентных связей; Ø несостоятельность в определении силы кислот, поскольку по Льюису, это зависит от особенностей реакции.

Металлокомплексный катализ Ионы металлов имеют ряд преимуществ перед протоном. Больший заряд ионов металлов позволяет Металлокомплексный катализ Ионы металлов имеют ряд преимуществ перед протоном. Больший заряд ионов металлов позволяет им связываться не с од ним, а с двумя и более донорными атомами молекул реагента и тем са мым обеспечивать более высокую степень их поляризации. Кроме того, каталитические функции ионов металлов сохраняются в средах с очень низкой концентрацией протонов. Еще одно их преимущество состоит в специфичности действия, обус ловленной особенностями электронной конфигурации, лигандным со ставом и структурой координационной сферы. Особенности поведения ионов металлов явились основой для разра ботки нового класса гомогенных катализаторов – растворимых в реакци онных средах соединений переходных металлов.

Металлокомплексный катализ Группу очень активных металлокомплексных катализаторов состав ляют так называемые кластеры. Понятие «кластер» Металлокомплексный катализ Группу очень активных металлокомплексных катализаторов состав ляют так называемые кластеры. Понятие «кластер» связывают с молекулярными системами разных уровней организации: ассоциатами или комплексами молекул, ассоци атами атомов металлов или благородных газов, фрагментами больших молекул или кристаллов. Особый интерес представляют соединения, в которых присутствуют одна или несколько связей типа металл. Чаще всего такие кластеры металлов находятся в конфигурациях М 3 или М 6:

Металлокомплексный катализ Высокая каталитическая активность кластеров обусловлена прежде всего многоточечным контактом атомов металла с Металлокомплексный катализ Высокая каталитическая активность кластеров обусловлена прежде всего многоточечным контактом атомов металла с молекулой субстрата и закреплением последнего в наиболее благоприятной для реакции кон формации, а также возможностью координации нескольких молекул дву мя соседними металлическими центрами и осуществления многоэлек тронных реакций, благодаря высокой проводимости металлической связи. По этим причинам кластеры проявляют во многих химических реак циях уникальные каталитические свойства, несвойственные одноядер ным частицам.

Ферментативный катализ Этот вид катализа осуществляется с помощью ферментов, которые являются разновидностью гомогенных органических Ферментативный катализ Этот вид катализа осуществляется с помощью ферментов, которые являются разновидностью гомогенных органических катализаторов. Ферменты (энзимы) – встроенные в клеточные мембраны биологи ческие катализаторы. Ферменты – это белковые образования, в которых рабочей частью является активный центр, представляющий собой гидрофильно гидро фобную полость, образованную полипептидными фрагментами белковой молекулы и боковыми цепями остатков аминокислот. Около 30 % известных в настоящее время ферментов содержат в ка честве активного центра ионы металлов постоянной или переменной ва лентности, которые образуют с молекулами белка ряд комплексов, отли чающихся степенью лабильности. В качестве таких металлов могут присутствовать железо, цинк, медь, марганец, кальций, кобальт и другие.

Ферментативный катализ Принципиальное отличие ферментов от других катализаторов связа но прежде всего со специфичностью Ферментативный катализ Принципиальное отличие ферментов от других катализаторов связа но прежде всего со специфичностью их действия. Различают четыре типа специ фичности действияферментов: 1. абсолютная специфичность – фермент ускоряет превращение только одного вещества или одной пары субстратов (для бимолекуляр ной реакции) в соответствующие продукты. Без абсолютной специфич ности большинства ферментов существующая форма жизни была бы невозможна, поскольку в клетке существуют различные функционально близкие субстраты, претерпевающие совершенно разные превращения. 2. абсолютно-групповая специфичность – фермент катализирует превращения определенной группы веществ.

Ферментативный катализ 3. Относительная групповая специфичность – каталитическое действие фермента проявляется не к группе Ферментативный катализ 3. Относительная групповая специфичность – каталитическое действие фермента проявляется не к группе веществ, а только к ее части. 4. Стереохимическая специфичность – фермент способен отличать свой субстрат от его оптического изомера. Тогда название фермента со держит буквы D или L. Такой фермент абсолютно стереоспецифичен. Это означает, что адсорбционный участок такого фермента строго комплиментарен избранному субстрату. Важно отметить, что второй сте реоизомер вообще не способен соединяться с ферментом, либо, если такое связывание и происходит, он является конкурентным ингибитором. Это свойство ферментов называют также энантиоселективностью, а молекулы, синтезируемые с помощью их, называют энантиомерами. Это свойство ферментов незаменимо при синтезе лекарственных препаратов.

Ферментативный катализ Ферменты широко применяются в биосинтезе для создания ряда продуктов с разнообразным спектром Ферментативный катализ Ферменты широко применяются в биосинтезе для создания ряда продуктов с разнообразным спектром потребительских свойств: Ø медикаментов – инсулина, интерферона, витаминов, гормональных препаратов, антибиотиков; Ø пищевых добавок – кормового и пищевого белков, простейших саха ров, глюкозы, фруктозы, антиоксидантов, ароматизаторов; Ø биоэнергетиков – спирта, водорода, биогенных углеводородов, фер ментных электродов; Ø биополимеров – полимеров, способных разлагаться под воздействием природных микроорганизмов, приближающихся по свойствам к полу ченным обычным химическим путем.