Каталитические циклы: Механизмы, Прекатализаторы и Сахаридные Катализаторы
Catalytic cycle
Каталитический цикл: многостадийный механизм реакций с катализатором. Описание роли катализаторов в химии, биохимии и материаловедении. Примеры процессов.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Многоступенчатый механизм реакции с участием катализатора
Multistep reaction mechanism involving a catalyst
В химии каталитический цикл — это многоступенчатый механизм реакции, в котором участвует катализатор. Каталитический цикл является основным методом описания роли катализаторов в биохимии, органометаллической химии, биоорганической химии, материаловедении и других областях. Поскольку катализаторы регенерируются, каталитические циклы обычно представляются в виде последовательности химических реакций, образующих замкнутый контур. В таких циклах начальный этап включает связывание одного или нескольких реагентов с катализатором, а заключительный этап — высвобождение продукта и регенерацию катализатора. Примеры каталитических циклов можно найти в статьях, посвященных процессу Монсанто, процессу Вакера и реакции Хека. Каталитический цикл не обязательно представляет собой полный механизм реакции. Например, может быть, что промежуточные соединения были обнаружены, но механизмы, посредством которых происходят элементарные реакции, остаются неизвестными.
In chemistry, a catalytic cycle is a multistep reaction mechanism that involves a catalyst. The catalytic cycle is the main method for describing the role of catalysts in biochemistry, organometallic chemistry, bioinorganic chemistry, materials science, etc. Since catalysts are regenerated, catalytic cycles are usually written as a sequence of chemical reactions in the form of a loop. In such loops, the initial step entails binding of one or more reactants by the catalyst, and the final step is the release of the product and regeneration of the catalyst. Articles on the Monsanto process, the Wacker process, and the Heck reaction show catalytic cycles. A catalytic cycle is not necessarily a full reaction mechanism. For example, it may be that the intermediates have been detected, but it is not known by which mechanisms the actual elementary reactions occur.
Прекатализаторы
Прекатализаторы – это не катализаторы, а предшественники катализаторов. Прекатализаторы превращаются в реакторе в собственно каталитически активные соединения. Различение катализаторов и прекатализаторов является важной темой в каталитических исследованиях. Превращение прекатализатора в катализатор часто называют активацией катализатора. Многие галогениды металлов являются прекатализаторами для полимеризации алкенов, например, катализатор Каминского и катализ Циглера-Натта. Прекатализаторы, такие как трихлорид титана, активируются органоалюминиевыми соединениями, которые выступают в роли активаторов катализатора. Оксиды металлов часто классифицируют как катализаторы, но на самом деле они почти всегда являются прекатализаторами. Области применения включают метатезис олефинов и гидрирование. Оксиды металлов требуют некоторого активирующего реагента, обычно восстановителя, для включения в каталитический цикл. Часто в каталитических циклах демонстрируется превращение прекатализатора в катализатор.
Precatalysts are not catalysts but are precursors to catalysts. Precatalysts are converted in the reactor to the actual catalytic species. The identification of catalysts vs precatalysts is an important theme in catalysis research. The conversion of a precatalyst to a catalyst is often called catalyst activation. Many metal halides are precatalysts for alkene polymerization, see Kaminsky catalyst and Ziegler Natta catalysis. The precatalysts, e. g. titanium trichloride, are activated by organoaluminium compounds, which function as catalyst activators. Metal oxides are often classified as catalysts, but in fact are almost always precatalysts. Applications include olefin metathesis and hydrogenation. The metal oxides require some activating reagent, usually a reducing agent, to enter the catalytic cycle. Often catalytic cycles show the conversion of a precatalyst to the catalyst.
Катализаторы жертвенных
Часто так называемый жертвенный катализатор также входит в состав реакционной системы с целью регенерации истинного катализатора в каждом цикле. Как следует из названия, жертвенный катализатор не регенерируется и необратимо расходуется, и, следовательно, не является катализатором в строгом смысле. Это жертвенное соединение также известно как стехиометрический катализатор, когда его добавляют в стехиометрических количествах по отношению к основному реагенту. Обычно истинный катализатор представляет собой дорогостоящую и сложную молекулу, которую добавляют в минимально возможных количествах. Стехиометрический катализатор, напротив, должен быть дешевым и доступным. "Жертвенные катализаторы" более точно описывать их фактической ролью в каталитическом цикле, например, как восстановитель.
Often a so called sacrificial catalyst is also part of the reaction system with the purpose of regenerating the true catalyst in each cycle. As the name implies, the sacrificial catalyst is not regenerated and is irreversibly consumed, thereby not a catalyst at all. This sacrificial compound is also known as a stoichiometric catalyst when added in stoichiometric quantities compared to the main reactant. Usually the true catalyst is an expensive and complex molecule and added in quantities as small as possible. The stoichiometric catalyst on the other hand should be cheap and abundant. "Sacrificial catalysts" are more accurately referred to by their actual role in the catalytic cycle, for example as a reductant.