Распространенные типы реакций с использованием гомогенных катализаторов из драгоценных металлов

Введение

Катализаторы - это вещества, которые ускоряют химические реакции, не изменяя своих собственных свойств. В целом их можно разделить на два типа: гомогенные катализаторы, присутствующие в одной фазе с реактивами, и гетерогенные катализаторы, которые не присутствуют в реакционной смеси.

Драгоценные металлы, такие как платина, палладий, родий и золото, обычно используются в качестве гомогенных катализаторов благодаря их высокой каталитической активности, селективности и стабильности. Они также известны своей высокой термической стабильностью и химической инертностью, что делает их исключительными катализаторами. Благодаря этим характеристикам гомогенные катализаторы на основе драгоценных металлов находят широкое применение в фармацевтике, нефтехимии, химии и материаловедении.

В этой статье мы расскажем о распространенных типах реакций с использованием гомогенных катализаторов из драгоценных металлов. Надеемся, что вы сможете получить более полное представление об этих ценных катализаторах.

Рисунок 1. Катализаторы из драгоценных металлов

Распространенные типы реакций с гомогенными катализаторами из драгоценных металлов

Гомогенные катализаторы из драгоценных металлов используются в различных реакциях. Типичными примерами являются реакции гидрирования, гидроформилирования, сопряжения и т. д.

-Гидрирование:

Гидрогенизация - это реакция, в которой водород добавляется к ненасыщенным органическим соединениям, как правило, с помощью катализатора. Гомогенные катализаторы, такие как платина и палладий, широко используются в реакциях гидрогенизации для превращения алкенов в алканы, а нитросоединений - в амины.

Рисунок 2. Катализируемые металлами реакции гидрирования и дегидрирования для эффективного хранения водорода [1]

-Дегидрогенизация:

Дегидрогенизация - это реакция, противоположная гидрогенизации, при которой водород удаляется из молекулы. Катализаторы из драгоценных металлов, таких как платина и родий, используются в реакциях дегидрирования для получения алкенов из алканов и карбонильных соединений из спиртов.

-Окисление:

В реакциях окисления молекула теряет электроны, и гомогенные катализаторы из драгоценных металлов используются для превращения спиртов в альдегиды или кетоны, а алкенов - в эпоксиды. Среди реакций окисления наиболее известен процесс Хохста-Ваккера, в котором ацетальдегид синтезируется из эфина и кислорода с помощью катализаторов Pd/Cu в водных растворах, содержащих хлориды.

Рисунок 3. Основные процессы окисления и восстановления [2]

-Редукция:

Восстановление - это процесс, противоположный окислению, при котором молекула приобретает электроны. Эти гомогенные катализаторы обычно используются в реакциях восстановления для превращения нитросоединений в амины, а карбонильных соединений - в спирты.

-Сопряжение:

Реакции соединения включают в себя объединение двух или более молекул с образованием более крупной молекулы. Палладий, платина и другие катализаторы применяются в реакциях соединения для образования углерод-углеродных связей, например, в реакции Сузуки и реакции Хека.

-Карбонилирование:

Карбонилирование относится к реакциям, в результате которых образуются альдегиды, кетоны и т.д. с использованием монооксида углерода (CO). Самым известным процессом является карбонилирование метанола до уксусной кислоты. Его также называют процессом Монсанто. Все эти процессы невозможны без родиевых катализаторов.

Рисунок 4. Предлагаемые каталитические циклы реакции карбонилирования метанола, катализируемой родием (процесс Монсанто) [3].

-Гидроформилирование:

Гидроформилирование также известно как оксосинтез. В ходе этого процесса алкены превращаются в альдегиды с помощью смеси монооксида углерода (CO) и водорода (H2). Родиевые катализаторы заняли место прежних кобальтовых катализаторов в таких процессах.

--Изомеризация:

Изомеризация - это реакция, в ходе которой молекула претерпевает структурную перестройку. Платина и родий - типичные гомогенные катализаторы, используемые в реакциях изомеризации для превращения алканов в разветвленные алканы, а алкенов - в изомеры.

Чтобы узнать больше о сравнении различных типов реакций с использованием гомогенных катализаторов из драгоценных металлов, можно обратиться к приведенной ниже таблице.

Таблица 1. Различные типы реакций гомогенных катализаторов из драгоценных металлов

Заключение

Одним словом, гомогенные катализаторы на основе благородных металлов широко используются в различных химических реакциях, включая гидрирование, дегидрирование, окисление, восстановление, сопряжение, карбонилирование, гидроформилирование и изомеризацию. Высокая каталитическая активность, селективность и стабильность делают их бесценными инструментами для химиков в фармацевтической, нефтехимической и тонкой химической промышленности. Понимая общие типы реакций, в которых участвуют гомогенные катализаторы на основе драгоценных металлов, ученые могут разрабатывать более эффективные и устойчивые химические процессы.

Stanford Advanced Materials (SAM) является надежным поставщиком платиновых, палладиевых и других катализаторов из драгоценных металлов. Отправьте нам запрос, если вы заинтересованы.

Ссылки:

[1] Shimbayashi, Takuya & Fujita, Ken-Ichi. (2020). Катализируемые металлами реакции гидрирования и дегидрирования для эффективного хранения водорода. Tetrahedron. 76. 130946. 10.1016/j.tet.2020.130946.

[2] Azman, Nur & Ramli, Muhammad & Isa, Siti. (2019). Обзор гибридизации углеродных нанотрубок в графен для применения в газовых сенсорах. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 551. 012017. 10.1088/1757-899X/551/1/012017.

[3] Budiman, Anatta & Nam, Ji & Park, Jae & Mukti, Ryan & Chang, Tae & Bae, Jong Wook & Choi, Myoung. (2016). Обзор синтеза уксусной кислоты из различных исходных материалов с помощью различных каталитических процессов. Catalysis Surveys from Asia. 20. 10.1007/s10563-016-9215-9.