Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Химияда гомогенді катализ – катализатор мен реактивтердің материяның бірдей фазасында болатын химиялық реакция. Катализатор, әсіресе ерітіндіште еріген катализатор ретінде, реактивтермен бір фазада болады. Керісінше, гетерогенді катализ катализаторлар мен субстраттардың әртүрлі фазаларда болатын процестерді, әдетте қатты және газ фазаларын сипаттайды. Бұл термин көбінесе ерітінділерді сипаттау үшін қолданылады және органометалл қосылыстары арқылы катализді білдіреді. Гомогенді катализ – жақсы қалыптасқан және дамып келе жатқан технология. Маңызды қолданыс мысалы – сірке қышқылын өндіру. Ферменттер – гомогенді катализаторлардың мысалы.
Chemical reaction where catalyst and reactants are in the same phase of matter
In chemistry, homogeneous catalysis is catalysis where the catalyst is in same phase as reactants, principally by a soluble catalyst a in solution. In contrast, heterogeneous catalysis describes processes where the catalysts and substrate are in distinct phases, typically solid gas, respectively. The term is used almost exclusively to describe solutions and implies catalysis by organometallic compounds. Homogeneous catalysis is an established technology that continues to evolve. An illustrative major application is the production of acetic acid. Enzymes are examples of homogeneous catalysts.
Гидрогенациялау және оған байланысты реакциялар
Редуктивті түрлендірулердің маңызды класы – гидрогенациялар. Бұл процесте H2 қанықпаған субстраттарға қосылады. Туыс әдіс, трансферлік гидрогенациялау, сутегін бір субстраттан (сутегі доноры) екінші субстратқа (сутегі қабылдағышы) беру арқылы жүзеге асырылады. Бұған байланысты реакциялар "HX қосылыстарын" қамтиды, мұнда X = силил (гидросилилдеу) және CN (гидроцианизация). Көп көлемді өнеркәсіптік гидрогенациялау – маргарин, аммиак, бензолдан циклогексанға дейін – гетерогенді катализаторлармен жүргізіледі. Дегенмен, әл-ауыр химиялық синтездер көбінесе біртекті катализаторларға сүйенеді.
A prominent class of reductive transformations are hydrogenations. In this process, H2 added to unsaturated substrates. A related methodology, transfer hydrogenation, involves by transfer of hydrogen from one substrate (the hydrogen donor) to another (the hydrogen acceptor). Related reactions entail "HX additions" where X = silyl (hydrosilylation) and CN (hydrocyanation). Most large scale industrial hydrogenations – margarine, ammonia, benzene to cyclohexane – are conducted with heterogeneous catalysts. Fine chemical syntheses, however, often rely on homogeneous catalysts.
Карбонилденуіштер
Гидроформализация, карбонилденудің маңызды түрі, екі байланысқа H және "C(O)H" қосылуын қамтиды. Бұл процесс негізінен ерігіш родий және кобальт комплекстерімен жүзеге асырылады. Карбонилденуге байланысты тағы бір реакция – спирттердің карбон қышқылдарына айналуы. Метанол (MeOH) және көміртегі оксиді (CO) гомогенді катализаторлардың қатысуымен әрекеттесіп, Monsanto және Cativa процестерінде қолданылатын сияқты, сірке қышқылын береді. Соған қоса, гидрокарбоксилдену және гидроэстерификация реакциялары да осыған қатысты.
Hydroformylation, a prominent form of carbonylation, involves the addition of H and "C(O)H" across a double bond. This process is almost exclusively conducted with soluble rhodium and cobalt containing complexes. A related carbonylation is the conversion of alcohols to carboxylic acids. MeOH and CO react in the presence of homogeneous catalysts to give acetic acid, as practiced in the Monsanto process and Cativa processes. Related reactions include hydrocarboxylation and hydroesterifications.
Алкендердің полимерленуі және метатезі
Бірқатар полиолефиндер, мысалы полиэтилен және полипропилен, этилен мен пропиленнен Ziegler-Natta катализі арқылы өндіріледі. Гетерогенді катализаторлар басым, бірақ стереоспецификалық полимерлер үшін әсіресе көптеген ерітінді катализаторлар қолданылады. Олефин метатезі көбінесе өнеркәсіпте гетерогенді катализденеді, бірақ гомогенді түрлері құнды химиялық синтезде маңызды.
A number of polyolefins, e. g. polyethylene and polypropylene, are produced from ethylene and propylene by Ziegler Natta catalysis. Heterogeneous catalysts dominate, but many soluble catalysts are employed especially for stereospecific polymers. Olefin metathesis is usually catalyzed heterogeneously in industry, but homogeneous variants are valuable in fine chemical synthesis.
Окистенулер
Гомогенді катализаторлар түрлі тотығу реакцияларында да қолданылады. Уаккер процесінде этилен мен оттегіден ацетальдегид алынады. Көптеген органометалдық емес кешендер де катализде кеңінен қолданылады, мысалы, ксиленнен терефталь қышқылын өндіру үшін. Алкендер металл кешендері арқылы эпоксидтеліп және дигидроксилденеді, бұл Халькон процесі мен Шарплесс дигидроксилдеуімен көрсетілген.
Homogeneous catalysts are also used in a variety of oxidations. In the Wacker process, acetaldehyde is produced from ethene and oxygen. Many non organometallic complexes are also widely used in catalysis, e. g. for the production of terephthalic acid from xylene. Alkenes are epoxidized and dihydroxylated by metal complexes, as illustrated by the Halcon process and the Sharpless dihydroxylation.
Ферменттер (металлоферменттерді қоса алғанда)
Ферменттер - өмір үшін қажетті, бірақ сонымен қатар өнеркәсіптік процестерде қолданылатын біртекті катализаторлар. Жақсы зерттелген мысал - көмірқышқыл газы дегидратазасы, ол қаннан өкпеге CO2 шығару процесін катализдейді. Ферменттер гомогенді және гетерогенді катализаторлардың қасиеттеріне ие. Сондықтан, олар әдетте катализаторлардың үшінші, бөлек санаты ретінде қарастырылады. Су ферменттік катализде жиі қолданылатын реагент. Эстерлер мен амидтер бейтарап суда баяу гидролизденеді, бірақ металлоферменттердің әсерінен жылдамдықтары күрт өзгереді, оларды үлкен координациялық кешендер деп қарастыруға болады. Акриламид акрилонитрилдің ферменттік катализ арқылы гидролизінен дайындалады. АҚШ-та акриламидқа деген сұраныс 2007 жылдан бері байқалды.
Enzymes are homogeneous catalysts that are essential for life but are also harnessed for industrial processes. A well studied example is carbonic anhydrase, which catalyzes the release of CO2 into the lungs from the bloodstream. Enzymes possess properties of both homogeneous and heterogeneous catalysts. As such, they are usually regarded as a third, separate category of catalyst. Water is a common reagent in enzymatic catalysis. Esters and amides are slow to hydrolyze in neutral water, but the rates are sharply affected by metalloenzymes, which can be viewed as large coordination complexes. Acrylamide is prepared by the enzyme catalyzed hydrolysis of acrylonitrile. US demand for acrylamide was as of 2007.
Артықшылықтар
Біртекті катализаторлар, әдетте, әртүрлі катализаторлардан гөрі таңдамалырақ болады. Экзотермиялық процестерде біртекті катализаторлар жылуды еріткішке бөліп шығарады. Біртекті катализаторларды нақты сипаттау оңай, сондықтан олардың реакция механизмдерін ұтымды түрде басқаруға болады.
Homogeneous catalysts are generally more selective than heterogeneous catalysts. For exothermic processes, homogeneous catalysts dump heat into the solvent. Homogeneous catalysts are easier to characterize precisely, so their reaction mechanisms are amenable to rational manipulation.
Кемшіліктер
Біртекті катализаторларды өнімдерден бөлу қиынға соғуы мүмкін. Кейбір жағдайларда, өте жоғары белсенділікке ие катализаторлар өнімнен бөлініп алынбайды. Ал басқа жағдайларда, органикалық өнімдер жеткілікті түрде ұшқыр болғандықтан, оларды дистилляция арқылы бөлуге болады. Гетерогенді катализаторлармен салыстырғанда, біртекті катализаторлардың жылулық тұрақтылығы шектеулі. Көптеген органометалл кешендері 100 °C-тан төмен температурада ыдырайды. Дегенмен, кейбір пинцерлік (қысқыш) катализаторлар 200 °C-қа жуық температурада жұмыс істей алады.
The separation of homogeneous catalysts from products can be challenging. In some cases involving high activity catalysts, the catalyst is not removed from the product. In other cases, organic products are sufficiently volatile that they can be separated by distillation. Homogeneous catalyst have limited thermal stability compared to heterogeneous catalysts. Many organometallic complexes degrade <100 °C. Some pincer based catalysts, however, operate near 200 °C.