Фазово-граничный катализ

В химии , межфазный катализ (PBC) представляет собой тип гетерогенной каталитической системы которая облегчает химическую реакцию определенного химического компонента в несмешивающейся фазе для взаимодействия с каталитическим активным центром, расположенным на границе фаз . Химический компонент растворим в одной фазе, но нерастворим в другой. является внутренняя Был разработан катализатор ПБЦ, в котором внешняя часть цеолита гидрофобной , а часть обычно гидрофильна , несмотря на полярную природу некоторых реагентов. ^[1]^[2]^[3]^[4]^[5] В этом смысле среда среды в этой системе близка к среде фермента . Основное различие между этой системой и ферментом заключается в гибкости решетки. Решетка цеолита жесткая, а фермента гибкая.

Проектирование фазограничного катализатора

Схематическое изображение преимущества межфазного катализа по сравнению с традиционной каталитической системой.

Схематическое изображение каталитического действия межфазного катализа по сравнению с традиционной каталитической системой.

Схематическое изображение синтеза фазограничного катализатора.

Фазограничные каталитические системы (PBC) можно противопоставить традиционным каталитическим системам. PBC в первую очередь применим к реакциям на границе раздела водной и органической фаз. В этих случаях необходим такой подход, как ПБХ, из-за несмешиваемости водных фаз с большинством органических субстратов. В ПБЦ катализатор действует на границе раздела водной и органической фаз. Реакционная среда систем межфазного катализа для каталитической реакции несмешивающихся водных и органических фаз состоит из трех фаз; органическую жидкую фазу, содержащую большую часть субстрата, водную жидкую фазу, содержащую большую часть субстрата в водной фазе , и твердый катализатор.

В случае обычной каталитической системы;

При энергичном перемешивании реакционной смеси образуется на первый взгляд гомогенная эмульсия, которая при прекращении перемешивания очень быстро разделяется на две жидкие фазы. Сегрегация происходит за счет образования в эмульсии органических пузырьков, которые движутся вниз, образуя водную фазу, что указывает на то, что эмульсия состоит из диспергированных частиц водной фазы в органической фазе.
Из-за условий трехфазных реакций общая реакция между водной фазой и субстратами органической фазы на твердом катализаторе требует разных процессов переноса. Предусмотрены следующие шаги:
1. перенос водной фазы из органической фазы на внешнюю поверхность твердого катализатора;
2. перенос водной фазы внутрь порового объема твердого катализатора;
3. перенос субстрата из водной фазы в границу между водной и органической фазами
4. перевод субстрата из межфазной фазы в водную фазу;
5. смешивание и диффузия субстрата в водной фазе;
6. перенос субстрата из водной фазы на внешнюю поверхность твердого катализатора;
7. перенос подложки внутрь порового объема твердого катализатора;
8. каталитические реакции ( адсорбция , химическая реакция и десорбция ).

В некоторых системах без интенсивного перемешивания в обычной каталитической системе не наблюдается реакционной способности катализатора. ^[1]^[2]^[3]^[4]^[5] Перемешивание и массоперенос из органической фазы в водную и наоборот необходимы для традиционной каталитической системы. И наоборот, в PBC перемешивание не требуется, поскольку массоперенос не является стадией, определяющей скорость в этой каталитической системе. Уже продемонстрировано, что эта система работает для эпоксидирования алкенов без перемешивания или добавления сорастворителя для обеспечения фазового переноса жидкость-жидкость. ^[1]^[2]^[3] Активный центр, расположенный на внешней поверхности цеолитной частицы, оказался преимущественно эффективным для наблюдаемой межфазной каталитической системы. ^[4] ^[6]

Процесс синтеза

Модифицированный цеолит, внешняя поверхность которого была частично покрыта алкилсиланом , называемый межфазным катализатором, готовили в две стадии. ^[1]^[2]^[3]^[4]^[5] Сначала диоксид титана, полученный из изопропоксида титана, пропитывали порошком цеолита NaY, чтобы получить образец W-Ti-NaY. На втором этапе алкилсилан из н-октадецилтрихлорсилана (ОТС) пропитывали порошком W-Ti-NaY, содержащим воду. Из-за гидрофильности поверхности w-Ti-NaY добавление небольшого количества воды приводило к агрегации за счет капиллярных сил воды между частицами. Ожидается, что в этих условиях только внешняя поверхность агрегатов, контактирующая с органической фазой, может быть модифицирована ОТС, и действительно, почти все частицы располагались на границе фаз при добавлении к несмешивающемуся водно-органическому растворителю ( В/М) смесь. Частично модифицированный образец обозначен как w/o-Ti-NaY. Полностью модифицированный Ti-NaY (o-Ti-NaY), полученный без добавления воды на втором этапе, описанном выше, как и ожидалось, легко суспендируется в органическом растворителе.

Межфазный катализатор Янус

Межфазный катализатор Янус – это новое поколение гетерогенных катализаторов, способных осуществлять органические реакции на границе двух фаз посредством образования эмульсии Пикеринга. ^[7]

См. также

Фазовый катализатор

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Х. Нур, С. Икеда и Б. Отани, Фазово-граничный катализ: новый подход к эпоксидированию алкенов перекисью водорода цеолитом, загруженным оксидом титана, покрытым алкилсиланом , Chemical Communications , 2000, 2235 – 2236. Аннотация
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Х. Нур, С. Икеда и Б. Отани, Фазово-граничный катализ эпоксидирования алкенов водной перекисью водорода с использованием частиц амфифильного цеолита, наполненных оксидом титана , Журнал катализа , 2001, (204) 402 – 408. Аннотация
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д С. Икеда, Х. Нур, Т. Савадаиси, К. Иджиро, М. Шимомура, Б. Отани, Прямое наблюдение бимодальных амфифильных поверхностных структур цеолитных частиц для нового катализа на границе фаз жидкость-жидкость , Ленгмюр , 2001, (17 ) 7976 – 7979. Аннотация
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Х. Нур, С. Икеда и Б. Отани, Фазовые катализаторы для реакций, катализируемых кислотами: роль бимодальной амфифильной структуры и расположения активных центров , Журнал Бразильского химического общества , 2004, (15) 719–724 – 2236 . Бумага
^ Jump up to: ^а ^б ^с Х. Нур, С. Икеда и Б. Отани, Амфифильные частицы цеолита NaY, наполненные ниобиевой кислотой: материалы, применимые для катализа в несмешивающихся системах жидкость-жидкость , Письма о кинетике реакций и катализе ^{[ мертвая ссылка ]}, 2004, (17) 255 – 261. Аннотация
^ С. Икеда, Х. Нур, П. Ву, Т. Тацуми и Б. Отани, Влияние расположения активного центра титана на активность межфазных частиц катализатора для эпоксидирования алкенов водным пероксидом водорода , Исследования в области науки о поверхности и катализа. Архивировано 2006 г. -12-01 в Wayback Machine , 2003, (145) 251–254.
^ М. Вафаизаде, В. Р. Тиль (2020). «Межфазные катализаторы Януса для межфазных органических реакций». Дж. Мол. Лик . 315 : 113735. doi : 10.1016/j.molliq.2020.113735 . S2CID 225004256 .

[:0-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Х. Нур, С. Икеда и Б. Отани, Фазово-граничный катализ: новый подход к эпоксидированию алкенов перекисью водорода цеолитом, загруженным оксидом титана, покрытым алкилсиланом , Chemical Communications , 2000, 2235 – 2236. Аннотация

[:1-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Х. Нур, С. Икеда и Б. Отани, Фазово-граничный катализ эпоксидирования алкенов водной перекисью водорода с использованием частиц амфифильного цеолита, наполненных оксидом титана , Журнал катализа , 2001, (204) 402 – 408. Аннотация

[:2-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д С. Икеда, Х. Нур, Т. Савадаиси, К. Иджиро, М. Шимомура, Б. Отани, Прямое наблюдение бимодальных амфифильных поверхностных структур цеолитных частиц для нового катализа на границе фаз жидкость-жидкость , Ленгмюр , 2001, (17 ) 7976 – 7979. Аннотация

[:3-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Х. Нур, С. Икеда и Б. Отани, Фазовые катализаторы для реакций, катализируемых кислотами: роль бимодальной амфифильной структуры и расположения активных центров , Журнал Бразильского химического общества , 2004, (15) 719–724 – 2236 . Бумага

[:4-5] Jump up to: ^а ^б ^с Х. Нур, С. Икеда и Б. Отани, Амфифильные частицы цеолита NaY, наполненные ниобиевой кислотой: материалы, применимые для катализа в несмешивающихся системах жидкость-жидкость , Письма о кинетике реакций и катализе ^{[ мертвая ссылка ]}, 2004, (17) 255 – 261. Аннотация

[6] С. Икеда, Х. Нур, П. Ву, Т. Тацуми и Б. Отани, Влияние расположения активного центра титана на активность межфазных частиц катализатора для эпоксидирования алкенов водным пероксидом водорода , Исследования в области науки о поверхности и катализа. Архивировано 2006 г. -12-01 в Wayback Machine , 2003, (145) 251–254.

[7] М. Вафаизаде, В. Р. Тиль (2020). «Межфазные катализаторы Януса для межфазных органических реакций». Дж. Мол. Лик . 315 : 113735. doi : 10.1016/j.molliq.2020.113735 . S2CID 225004256 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]