Đang tải... (xem toàn văn)
ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC-TIỂU LUẬNBộ tài liệu sưu tập gồm: Các tiểu luận, khóa luận, Luận văn Cao học, Luận án chuyên ngành Hóa học. Đây là nguồn tài liệu quý giá và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, học viên cao học, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập.
TIỂU LUẬN ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC ThS. NGUYỄN ĐỨC TRUNG . 1 DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO Đường dẫn: google -> 123doc -> Nguyễn Đức Trung -> Tất cả (chọn mục Thành viên) Tại đây quý vị sẽ được tiếp cận nhiều tài liệu cần thiết nhất về nhiều lĩnh vực đặc biệt là Hóa học. Hy vọng bộ tài liệu sẽ giúp ích cho quý vị trong công tác, trong học tập, nghiên cứu. Trân trọng cảm ơn. 1. CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC HÓA HỮU CƠ PHẦN 1, PDF 2. CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC HÓA HỮU CƠ PHẦN 1, Word 3. CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC HÓA HỮU CƠ PHẦN 2. PHẦN HỢP CHẤT CÓ NHÓM CHỨC 4. TỔNG HỢP TRI THỨC NHÂN LOẠI 5. 557 BÀI THUỐC DÂN GIAN 6. THÀNH NGỬ-CA DAO TỤC NGỬ ANH VIỆT 7. CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC HÓA HỌC VÔ CƠ PHẦN 1. CHUYÊN Đề TRÌNH HÓA VÔ CƠ 10 VÀ 11 8. CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC HÓA HỮU CƠ PHẦN 2. PHẦN HỢP CHẤT CÓ NHÓM CHỨC 9. BỘ ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC MÔN HÓA HỌC 1-40 10. BỘ ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC MÔN HÓA HỌC 41-70 11. ON THI CAP TOC HỌC HÓA HỮU CƠ PHẦN 1, PDF 12. TỔNG HỢP KIẾN THỨC HÓA HỌC PHỔ THÔNG 13. 70 BỘ ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC MÔN HÓA HỌC, word 14. CHUYÊN ĐỀ VÔ CƠ, LỚP 11 – 12. ĐẦY ĐỦ CÓ ĐÁP ÁN 15. GIÁO TRÌNH HÓA HỮU CƠ DÀNH CHO SINH VIÊN CĐ, ĐH, Hóa học Hữu cơ, tập 1 của tác giả Đỗ Đình Rãng Hóa học Hữu cơ, tập 2 của tác giả Đỗ Đình Rãng Hóa học Hữu cơ, tập 3 của tác giả Đỗ Đình Rãng Hóa học Hữu cơ, tập 1 của tác giả Thái Doãn Tĩnh Hóa học Hữu cơ, tập 2 của tác giả Thái Doãn Tĩnh Hóa học Hữu cơ, tập 3 của tác giả Thái Doãn Tĩnh . 2 Cơ chế Hóa học Hữu cơ, tập 1 của tác giả Thái Doãn Tĩnh Cơ chế Hóa học Hữu cơ, tập 2 của tác giả Thái Doãn Tĩnh Cơ chế Hóa học Hữu cơ, tập 3 của tác giả Thái Doãn Tĩnh 16. ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC TRONG HÓA HỮU CƠ 17. CƠ CHẾ PHẢN ỨNG TRONG HÓA HỮU CƠ-TIỂU LUẬN . 3 MỞ ĐẦU Từ thế kỷ 18 con người đã dùng chất xúc tác trong các phản ứng hóa học như: phản ứng este hóa; xác tác đất sét hoạt hóa cho phản ứng đềhiđro hóa; xúc tác Pt trong phân hủy H 2 O 2 …. Xúc tác ngày càng có ý nghĩa lớn lao trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ trong phòng thí nghiệm cũng như quy mô công nghiệp. ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC TRONG CÁC PHẢN ỨNG CỦA HIĐROCACBON HIĐRO HÓA HỢP CHẤT KHÔNG NO Hiđro hóa xúc tác dị thể. Xúc tác hiđro hóa truyền thống thường dùng là các kim loại chuyển tiếp như Pt, Pd, Ru, Ni nghiền nhỏ, ở dạng tinh khiết hoặc tẩm trên các chất mang như: C, BaSO 4 , CaCO 3 , Al 2 O 3 …. Chúng ở khác pha với các chất khí. Chúng đều không tan trong môi trường phản ứng (dung môi hữu cơ) vì thế gọi là xúc tác dị thể. Pd/C xúc tác cho sự hiđro hóa anken thành ankan trong dung dịch etanol dưới áp suất thường, ngay ở 0-20 0 C. Trong điều kiện đó, nhân benzen, nhóm C=O, C ≡ N… không bị khử. Thí dụ: CH CH 2 + H 2 CH 2 CH 3 Pd/C 20 0 C + H 2 Pd/C, 1atm 20 0 C, C 2 H 5 OH O O + H 2 Pd/C, 1atm 20 0 C, C 2 H 5 OH CH CH COOCH 3 CH CH COOCH 3 Hiđro hóa dùng xúc tác Pt thường được tiến hành trong etanol, trong etylaxetat hoặc trong axit axetic, dưới áp suất thường, ở nhiệt độ 20-50 0 C. Thí dụ: + H 2 Pd/C, 1atm 20 0 C, C 2 H 5 OH CH CH COOCH 3 CH CH COOCH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 2 + H 2 Pt 20 0 C, C 2 H 5 OH CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 Xúc tác Ni được điều chế bằng cách cho hợp kim Ni-Al tác dụng với dung dịch NaOH nung nóng nhằm hòa tan hết Al, để lại Ni dạng hạt xốp, mịn. Ni rẻ hơn nhiều so với các kim loại quý như Pd, Pt… nhưng nó có hoạt độ yếu hơn nên phải tiến hành hiđro hóa ở nhiệt độ cao hơn, 50-100 0 c, dưới áp suất 5-10 atm. Phản ứng hiđro hóa xúc tác dị thể thường xảy ra theo cơ chế cộng syn (cộng vào cùng một phía so với liên kết C=C). Thí dụ: . 4 + H 2 Pt, 20 0 C, 1atm CH 3 COOH CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 H H 1,2-§imetylxiclohexen 1,2-§imetylxiclohexan Pt/C Axit cis-2,3-§imetylbuten®ioic C C COOH CH 3 HOOC CH 3 + H 2 C C COOHHOOC HH CH 3 CH 3 Axit meso-2,3-§imetylbuta®ioic Sở dĩ phản ứng hiđro hóa xúc tác dị thể không theo kiểu cộng anti như phản ứng cộng A E mà theo kiểu cộng syn là do cơ chế phản ứng quyết định. Phân tử H 2 bị hấp phụ trên bề mặt kim loại làm cho liên kết H-H bị yếu đi. Obitan π của liên kết đôi C=C tương tác với bề mặt kim loại tạo ra một trạng thái hoạt hóa rất dễ cộng hợp với phân tử hiđro đã được hóa. Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni CH 2 H CH 2 H CH 2 CH 2 H H CH 3 CH 3 Hiđro hóa xúc tác đồng thể. Hiđro hóa xúc tác dị thể có vài hạn chế như thường kèm theo phản ứng đồng phân hóa và phản ứng làm đứt liên kết C-C. Một trong những thành tựu quan trọng trong lĩnh vực hiđro hóa anken là phát minh ra các phức chất kim loại chuyển tiếp tan được trong dung môi hữu cơ, xúc tác cho phản ứng hiđro hóa anken xảy ra ở điều kiện thường trong hệ đồng thể. Xúc tác đồng thể thường dùng là: [(C 6 H 5 ) 3 P] 3 RhCl , clotris-(triphenyl photphin) rođi và [(C 6 H 5 ) 3 P] 3 Ru(H)Cl , clohiđriđotris-(triphenyl photphin) ruteni. Phức chất [(C 6 H 5 ) 3 P] 3 RhCl (xúc tác Wilkinson) được điều chế dễ dàng từ RhCl 3 và triphenyl photphin nên được dùng phổ biến hơn. Phức kim loại chuyển tiếp ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ. Thí dụ: Sử dụng xúc tác [(C 6 H 5 ) 3 P] 3 RhCl người ta có thể hiđro hóa anken trong hệ đồng thể ở nhiệt độ thường, áp suất thường và với tính chọn lọc cao (trong khi đó sự hiđro hóa dị thể thường kém chọn lọc). Chẳng hạn, có thể hiđro hóa chỉ nối đôi ít bị cản trở không gian hơn nhờ phức chất kim loại: OH + H 2 [(C 6 H 5 ) 3 P]RhCl Benzen OH . 5 + H 2 [(C 6 H 5 ) 3 P]RhCl Benzen O O Carvon Ưu điểm của xúc tác đồng thể là nó khử lựa chọn chỉ các anken nối đôi chứa 1 hoặc 2 nhóm thế khi có mặt cả các liên kết đôi chứa 2 hoặc 4 nhóm thế. Xúc tác Wilkinson làm cho cộng hiđro xảy ra theo kiểu cộng syn. Thí dụ: Từ cis-buten sau đơtơri hóa ta thu được đồng phân meso: + D 2 [(C 6 H 5 ) 3 P]RhCl Benzen C C CH 3 H CH 3 H CH 3 DH DH CH 3 (Meso-2,3-§i®¬t¬robutan) Tính đặc thù lập thể của phản ứng có được là do trong phản ứng này, cả 2 nguyên tử H và olefin đều tạo phức với Rh, ở trong cầu phối trí của phức trung gian đó chúng ở những vị trí thuận lợi cho sự cộng syn. Phản ứng trùng hợp. Phản ứng cộng hợp liên tiếp nhiều phân tử monome tạo thành phân tử polime gọi là phản ứng polime hóa hay phản ứng trùng hợp. Đối với anken, khi dùng xúc tác khơi mào là các hợp chất sinh gốc tự do, phản ứng xảy ra theo cơ chế cộng gốc nên được gọi là trùng hợp gốc. Khi dùng chất khơi mào tạo ion, phản ứng xảy ra theo kiểu ion, nên gọi là trùng hợp ion. Khi dùng xúc tác là phức chất, sự polime hóa xảy ra nhờ tạo liên kết phối trí với kim loại, vì thế gọi là trùng hợp phối trí. Trùng hợp gốc. Polime của các anken và dẫn xuất của chúng phần lớn được sản xuất trong công nghiệp nhờ phản ứng trùng hợp gốc. Thí dụ: nCH 2 CH 2 peoxit, 100-300 0 C > 100 atm CH 2 CH 2 n n = 3000-4000 Polietylen (PE, t 0 hãa dÏo ~110 0 C nCH 2 CH Cl peoxit, t 0 CH 2 CH Cl n Polivinylclua (PVC) Ở phản ứng trùng hợp gốc, các monome cộng với nhau theo kiểu “đầu-đuôi”. Sở dĩ như vậy là vì phản ứng cộng gốc xảy ra theo hướng tạo ra gốc tự do trung gian bền hơn. Thí dụ: CH 2 CH C 6 H 5 R + (bÒn h¬n CH 2 CH C 6 H 5 R) CH 2 CH C 6 H 5 R . 6 CH 2 CH C 6 H 5 R C 6 H 5 CH=CH 2 CH 2 CH C 6 H 5 R CH 2 CH C 6 H 5 C 6 H 5 CH=CH 2 Vì thế polime tạo thành có cấu tạo đầu đuôi đều đặn. Nên phản ứng có thể viết gọn như sau: nCH 2 CH R xóc t¸c, t 0 , p CH 2 CH R n Trùng hợp ion. Các anken tạo được cacbocation bền, khi gặp các axit mạnh thì bị trùng hợp theo cơ chế giống như cơ chế A E gọi là trùng hợp cation. Xúc tác thường dùng là các axit Liuyt như: BF 3 , AlCl 3 , AlBr 3 …với sự tham gia một lượng rất nhỏ nước. Thí dụ: H 2 O + BF 3 ƒ H + + [BF 3 (OH)] - H + + CH 2 CH(CH 3 ) 2 CH 3 C CH 3 CH 3 CH 2 CH(CH 3 ) 2 CH 3 C CH 2 CH 3 CH 3 C + CH 3 CH 3 nCH 2 CH(CH 3 ) 2 - H + CH 3 C CH 2 C CH 3 CH 3 3 n+1 Pliisobutilen Một số anken có nhóm thế hút electron như: -C ≡ N, -COOR…khi gặp các bazơ mạnh như anion amiđua (NH 2 − ), anion ancolat RO − , thì chuyển thành cacbanion khơi mào cho sự trùng hợp xảy ra. Thí dụ: H 2 N - + CH 2 CH C N CH 2 CH C N H 2 N CH 2 =CHCN H 2 N CH CN CH 2 CH CN Trùng hợp phối trí. Các polime thu được nhờ trùng hợp gốc hoặc trùng hợp ion thường không có cấu trúc điều hòa lập thể. Các phân tử polime không thể sắp xếp khít khao với nhau do đó polime có tỉ khối thấp và độ bền không cao. Khi dùng xúc tác là phức chất giữa TiCl 4 với (C 2 H 5 ) 3 Al, người ta thu được các poliankan có cấu trúc điều hòa lập thể. Các phân tử polime điều hòa lập thể sắp xếp khít khao với nhau làm cho lực liên kết giữa chúng được tăng cường. Chúng được gọi là polime mật độ cao. Biểu hiện là chúng không còn trong suốt như poliankan mật độ thấp. Đồng thời độ bền cơ lí cũng được nâng cao. Thí dụ: . 7 C CH 3 H C H H C CH 3 H C H H C CH 3 H C H H C CH 3 H C H H C CH 3 H C H H D¹ng isotactic C CH 3 H C H H C CH 3 H C H H C HCH 3 C H H C CH 3 H C H H C HCH 3 C H H D¹ng atactic Sở dĩ trùng hợp với xúc tác TiCl 4 – Al(C 2 H 5 ) 3 tạo được polime điều hòa lập thể là do cả monome và mạch polime đều phối trí với Ti (IV) và sự phát triển mạch polime xảy ra trong cầu phối trí theo một sự phân bố không gian xác định. Vì thế, gọi là trùng hợp phối trí. Do sự phát minh và phát triển loại xúc tác điều hòa lập thể mà K.Ziegler (Đức) và G. Natta (Ý) đã được nhận giải Noben hóa học năm 1963. Các xúc tác loại này gọi là xúc Ziegler-Natta. Phản ứng . . C CH 3 H C H H C HCH 3 C H H C CH 3 H C H H C HCH 3 C H H C CH 3 H C H H D¹ng syndiotactic 8 . trong môi trường phản ứng (dung môi hữu cơ) vì thế gọi là xúc tác dị thể. Pd/C xúc tác cho sự hiđro hóa anken thành ankan trong dung dịch etanol dưới áp suất. 3 Xúc tác Ni được điều chế bằng cách cho hợp kim Ni-Al tác dụng với dung dịch NaOH nung nóng nhằm hòa tan hết Al, để lại Ni dạng hạt xốp, mịn. Ni rẻ hơn