Đang tải... (xem toàn văn)
Quá trình xúc tác dồng thể là loại phản ứng mà chất xúc tác và chất phản ứng ở cùng một pha.Các chất xúc tác đổng thể bao gồm các phân tử đơn giản hoặc các ion như HF, H2S04, Mn2+... hoặc là tổ hợp của các phân tử như là hợp chất cơ kim, phức, các enzym... Tất cả các loại xúc tác này có Ihể hoà tan trong dung dịch phản ứng.Phản ứng xúc tác dồng thể chỉ có thể tiến hành trong hai pha:Pha khí: chất xúc tác và chất phản ứng cùng ở dạng khí.Pha lỏng: chất xúc tác và chất phản ứng cùng ở dạng lỏng.Khi phản ứng xúc tác là H+ có thể có hai khả năng: cộng hợp vào ion và sau đó chuyển dịch liên kết trong phân tử, nhờ sự cộng hợp đó mà tách ra một ion ở chồ khác của phân tử. Ví dụ phản ứng iot hoá axeton, xúc tác là H+ có thể trình bày cơ chê như sau:
CƠ CHẾ PHỨC ION VÀ CƠ CHẾ PHỨC PHÂN TỬ & ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG XÚC TÁC ĐỒNG THỂ I Quá trình xúc tác đồng thể II Cơ chế phức ion III Cơ chế theo phức phân tử IV Phương trình động học phản ứng xúc tác đồng thể V Động học phản ứng xúc tác axit – bazơ VI Động học phản ứng xúc tác enzym I Quá trình xúc tác đồng thể Quá trình xúc tác dồng thể loại phản ứng mà chất xúc tác chất phản ứng pha Các chất xúc tác thể bao gồm phân tử đơn giản ion HF, H2S04, Mn2+ tổ hợp phân tử hợp chất kim, phức, enzym Tất loại xúc tác có Ihể hồ tan dung dịch phản ứng Phản ứng xúc tác dồng thể tiến hành hai pha: Pha khí: chất xúc tác chất phản ứng dạng khí Pha lỏng: chất xúc tác chất phản ứng dạng lỏng II Cơ chế phức ion Khi phản ứng xúc tác H+ có hai khả năng: cộng hợp vào ion sau chuyển dịch liên kết phân tử, nhờ cộng hợp mà tách ion chồ khác phân tử Ví dụ phản ứng iot hố axeton, xúc tác H+ trình bày chê sau: II Cơ chế phức ion Tiếp theo II Cơ chế phức ion Khi phản ứng tiến hành, hợp chất chứa nhóm cacbonyl thể tính bazơ yếu Kết có cộng hợp proton chuyển liên kết c = o thành liên kết c = c, nghĩa có chuyển dịch nối đơi phân tử, sau cộng hợp iot vào nối đôi c = c Các phức trung gian ion tạo thành hợp chất trung gian vịng, ví dụ phản ứng đồng phân hố chuyển vị nối đồi tác dụng ion hydroxyl OH II Cơ chế phức ion hoặc phản ứng loại nước alcol xúc tác H3O Còn phản ứng trung hồ khơng phải q trinh chuyển hố proton đơn mà trình tiến hành qua tạo thành phức cạnh: II Cơ chế phức ion Khi dùng ion kim loại làm chất xúc tác thường hình thành phức nội phân tử với kim loại Ví dụ phản ứng loại C02 để tạo thành a-xetoaxit ion kim loại khác nhau, đặc biệt kim loại có hố trị khơng đổi Zn2+, Al3+ Dễ dàng thấy ví dụ đưa phản ứng xúc tác ion, phản ứng thực nhờ vào chuyển dịch nội phân tử III Cơ chế theo phức phân tử Như biết, tạo thành phức vòng với chất xúc tác làm dễ dàng cho việc đút liên kết Ví dụ phản ứng sunfon hố benzen dung dịch theo chế sau: III Cơ chế theo phức phân tử Tuy nhiên tạo thành phức phân tử với chất xúc tác giảm lượng hoạt hoá phải dạt đến mức làm cho chất xúc tác có orbital tự dễ dàng cho chuyển vị điện tử Các hợp chất B, AI số chất khác thực chức này.Ví dụ chuyển vị pinacolic tiến hành theo chế sau: V Động học phản ứng xúc tác axit - bazơ Giả thiết giai đoạn chậm Khi đó: Vc = V2 =k2[S1-][S2] Phản ứng đạt tới cân bằng, lập phương trình tính tốn trường hợp axit ta có kết luận tốc độ phản ứng phụ thuộc vào lực bazơ [OH ]: vt = f([OH-]) Giả thiết giai đoạn chậm Khi đó: Vc = V3 =k3[P2-] [BH+] Phản ứng đạt tới cân bằng, tương tự ta tìm [P2] => V Động học phản ứng xúc tác axit - bazơ Giá thiết giai đoạn chậm Khi đó: Vc = V4 = k4 [P2-] (1.64) Từ phương trình cân giai đoạn 2, ta có số cân Kn: => V Động học phản ứng xúc tác axit - bazơ Như tốc độ phản ứng phụ thuộc vào lực bazơ [OH ] tỷ lệ nghịch với nồng độ sản phẩm [P]: Để tăng tốc độ chung phản ứng, cần phải tăng nồng độ [OH'] lực bazơ, phải giảm thiểu lượng sản phẩm [P] VI Động học phản ứng xúc tác enzym Nhiệm vụ tính tốc độ phản ứng thời điểm có nồng độ nhiệt độ khác để tìm điều kiện tối ưu phản ứng Động học phản ứng enzym dựa sở lý thuyết Mesaelic-Menten (1913) Theo thuyết phản ứng enzym tiến hành qua giai đoạn tạo thành hợp chất trung gian Ví dụ ta có phản ứng: E - chất xúc tác men ; S - chất phản ứng ; c - hợp chất trung gian ; p - sản phẩm phản ứng VI Động học phản ứng xúc tác enzym Các hợp chất trung gian (C) nghiên cứu quang phổ (vì tồn lâu đung dịch) Đặc biệt enzym có chứa ngun tơ' sắt tồn dưói dạng phức katalaza, peroxydiaza, xytocrom thể mạnh quang phổ Trọng lượng phân tử enzym lớn trọng lượng phân tử chất phản ứng nhiều, kích thước phân tử enzym nằm vùng keo, tạo thành hợp chất trung gian, phân tử enzym có vùng kết hợp với chất phản ứng, có vùng kết hợp với sản phẩm Các phần hoạt tính enzym phần nhỏ so với phân tử enzym Để xác định dược nhóm hoạt động ta dùng thuốc thử, loại thuốc thử tác dụng với nhóm hoạt động enzym VI Động học phản ứng xúc tác enzym Tốc độ tạo thành hợp chất trung gian: E- nồng độ ban đầu men ; e- nồng độ hợp chất trung gian ; (E - e)~ nồng độ tự enzym Tốc độ biến đổi hợp chất ban đầu bằng: VI Động học phản ứng xúc tác enzym S- nồng độ ban đầu chất phản ứng Tốc độ tạo thành sản phẩm Hằng số phản ứng phân huỷ hợp chất trung gian (ks) thể lực men với chất phản ứng: VI Động học phản ứng xúc tác enzym Để xác định kì k.Ị ta tiến hành phản ứng nồng độ chất phản ứng lớn nhiều nồng độ enzym Thường lấy nồng đô enzym khoảng ur6 - 10'1(1 mol Ỏ điều kiện dó, thời gian tiến hành phản ứng, nổng độ hợp chất trung gian coi không biến đổi, nghĩa trạng thái ổn định: => VI Động học phản ứng xúc tác enzym Đại lượng KM gọi số Michaelis, tức số ò trạng thái ổn định, đặc trưng cho loại enzym xác định thực nghiệm Từ phương trình (1.104) rút ra: Từ thực nghiệm ta tính tốc độ phản ứng: VI Động học phản ứng xúc tác enzym Như tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng, nồng độ enzym số KM Ta xét hai trường hợp: Nồng độ chất phản ứng nhỏ: tức S « KM, đó: e.S Khi phương trình có dạng Phản ứng tiến hành bậc theo chất phản ứng VI Động học phản ứng xúc tác enzym Nồng độ chất phản ứng lớn: V= k.E.S = Vmax Tốc độ đạt giá trị cực đại, từ ta rút ra: Từ phương trình (1.109) ta thấy tốc độ phản ứng tỷ lệ nghịch (ĩuyến tính) vói nổng độ chất phản ứng Do suy v„lax KM số đối vđi phản ứng cho Từ thực nghiệm tính KM cách đo tốc độ phản ứng nồng độ khác chất phản ứng Biết dược KM, tính kí, k2, k_/, kr VI Động học phản ứng xúc tác enzym Ví dụ phản ứng: k1= 6.106 giây'1; k.-1 « 0,02 giây-1; k2 = 1,8.107 giây'1 Bằng phương pháp vẽ đồ thị ta tìm KM Vmax Chú ý rằng, để phản ứng tiến hành theo chiều thuận, ta cho số chất phản ứng dư lớn, hay lấy số liệu thí nghiệm phản ứng phản ứng bắt đầu, nghĩa lúc nồng độ sản phẩm VI Động học phản ứng xúc tác enzym Ví dụ ta có phản ứng thuỷ phân đường có mật enzym sacharaza với điéu kiện dư nước, ta tính KM vmax Đối với phản ứng này, tính được: Km = 0,028 mol/lit (Km > 10-4) Sự liên hệ KM rút từ phương trình trên: VI Động học phản ứng xúc tác enzym Giá trị sơ' Michaelis (KM) dùng để xác định nồng độ chất phản ứng, tính tốc độ cực đại (VmttA) số tính chất khác enzym Với loại enzym ta có giá trị KM khác Enzym Chất phản ứng Km (mol/lit) Maltaza Maltaza 2,1.101 Sacha raza Sacharaza 2,8.102 Photphataza Glyxerophotphat 3,0.1 O’3 Lantodehydraza Axit pyrobinograza 3.5.10-5 Bài thuyết trình nhóm đến kết thúc Cám ơn cô bạn ý lắng nghe ... trình xúc tác đồng thể II Cơ chế phức ion III Cơ chế theo phức phân tử IV Phương trình động học phản ứng xúc tác đồng thể V Động học phản ứng xúc tác axit – bazơ VI Động học phản ứng xúc tác enzym... trình động học phản ứng xúc tác đồng thể Thay phương trình vào phương trình tốc độ phản ứng ta có IV Phương trình động học phản ứng xúc tác đồng thể Xét hai trường hợp: K1 lớn: Phản ứng mau... xúc tác đồng thể Quá trình xúc tác dồng thể loại phản ứng mà chất xúc tác chất phản ứng pha Các chất xúc tác thể bao gồm phân tử đơn giản ion HF, H2S04, Mn2+ tổ hợp phân tử hợp chất kim, phức,