Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Химическая реакция
Chemical reaction
При кислотном и основном катализе химическая реакция катализируется кислотой или основанием. Согласно теории Брёнстеда — Лоури, кислота является донором протонов (ионов водорода, H+), а основание — акцептором протонов. Типичными реакциями, катализируемыми переносом протонов, являются этерификация и альдольные реакции. В этих реакциях конъюгированная кислота карбонильной группы является лучшим электрофилом, чем нейтральная карбонильная группа. В зависимости от химических видов, выступающих в роли кислоты или основания, каталитические механизмы могут быть классифицированы как специфический и общий катализ. Многие ферменты работают посредством общего катализа.
In acid catalysis and base catalysis, a chemical reaction is catalyzed by an acid or a base. By Brønsted–Lowry acid–base theory, the acid is the proton (hydrogen ion, H+) donor and the base is the proton acceptor. Typical reactions catalyzed by proton transfer are esterifications and aldol reactions. In these reactions, the conjugate acid of the carbonyl group is a better electrophile than the neutral carbonyl group itself. Depending on the chemical species that act as the acid or base, catalytic mechanisms can be classified as either specific catalysis and general catalysis. Many enzymes operate by general catalysis.
Бронштедские кислоты
Кислотный катализ в основном используется для органических химических реакций. Многие кислоты могут служить источниками протонов. К кислотам, применяемым в кислотном катализе, относятся фтористоводородная кислота (в процессе алкилирования), фосфорная кислота, толуолсульфоновая кислота, полистиролсульфонат, гетерополикислоты и цеолиты. Сильные кислоты катализируют гидролиз и переэтерификацию сложных эфиров, например, при переработке жиров в биодизель. С точки зрения механизма, карбонильный кислород подвержен протонированию, что увеличивает электрофильность карбонильного углерода.
Acid catalysis is mainly used for organic chemical reactions. Many acids can function as sources for the protons. Acid used for acid catalysis include hydrofluoric acid (in the alkylation process), phosphoric acid, toluenesulfonic acid, polystyrene sulfonate, heteropoly acids, zeolites. Strong acids catalyze the hydrolysis and transesterification of esters, e. g. for processing fats into biodiesel. In terms of mechanism, the carbonyl oxygen is susceptible to protonation, which enhances the electrophilicity at the carbonyl carbon.
Катализаторы твердой кислоты
В промышленной химии многие процессы катализируются "твердыми кислотами". Твердые кислоты не растворяются в реакционной среде. Хорошо известные примеры включают в себя эти оксиды, функционирующие как кислоты Льюиса: алюмосиликаты (цеолиты, оксид алюминия, алюмофосфат кремния), сульфатированный оксид циркония и многие оксиды переходных металлов (оксид титана, оксид циркония, оксид ниобия и другие). Такие кислоты используются в крекинге. Многие твердые кислоты Брёнстеда также применяются в промышленности, включая сульфонированный полистирол, сульфонированный углерод, твердую фосфорную кислоту, ниобиевую кислоту и гетерополиоксометаллаты. Особенно крупномасштабным применением является алкилирование, например, реакция бензола с этиленом с образованием этилбензола. Другим важным применением является перегруппировка оксима циклогексанона в капролактам. Многие алкиламины получают аминированием спиртов, катализируемым твердыми кислотами. В этом случае кислота превращает OH−, являющуюся плохой уходящей группой, в хорошую. Таким образом, кислоты используются для превращения спиртов в другие классы соединений, такие как тиолы и амины.
In industrial scale chemistry, many processes are catalysed by "solid acids". Solid acids do not dissolve in the reaction medium. Well known examples include these oxides, which function as Lewis acids: silico aluminates (zeolites, alumina, silico alumino phosphate), sulfated zirconia, and many transition metal oxides (titania, zirconia, niobia, and more). Such acids are used in cracking. Many solid Brønsted acids are also employed industrially, including sulfonated polystyrene, sulfonated carbon, solid phosphoric acid, niobic acid, and heteropolyoxometallates. A particularly large scale application is alkylation, e. g., the combination of benzene and ethylene to give ethylbenzene. Another major application is the rearrangement of cyclohexanone oxime to caprolactam. Many alkylamines are prepared by amination of alcohols, catalyzed by solid acids. In this role, the acid converts, OH−, a poor leaving group, into a good one. Thus acids are used to convert alcohols into other classes of compounds, such as thiols and amines.
Механизм
Признаны два вида кислотного катализа: специфический кислотный катализ и общий кислотный катализ.
Two kinds of acid catalysis are recognized, specific acid catalysis and general acid catalysis.
Общий катализатор
В целом, при кислотном катализе все виды, способные отдавать протоны, вносят вклад в ускорение реакции. Наиболее эффективны самые сильные кислоты. Реакции, в которых лимитирующей стадией является перенос протона, демонстрируют общий кислотный катализ, например, реакции азосочетания. Если поддерживать pH на постоянном уровне, но изменять концентрацию буфера, изменение скорости свидетельствует об общем кислотном катализе. Постоянная скорость указывает на наличие специфического кислотного катализатора. При проведении реакций в неполярных средах этот вид катализа особенно важен, поскольку кислота часто не ионизирована. Ферменты катализируют реакции, используя как общий кислотный, так и общий основной катализ.
In general acid catalysis all species capable of donating protons contribute to reaction rate acceleration. The strongest acids are most effective. Reactions in which proton transfer is rate determining exhibit general acid catalysis, for example diazonium coupling reactions. When keeping the pH at a constant level but changing the buffer concentration a change in rate signals a general acid catalysis. A constant rate is evidence for a specific acid catalyst. When reactions are conducted in nonpolar media, this kind of catalysis is important because the acid is often not ionized. Enzymes catalyze reactions using general acid and general base catalysis.