73079734 Axit Bazo Huu Co

Tiêu luân: Xuc tac axit-bazo trong tông hơp hưu cơ

I. MỞ ĐẦU

Ảnh hưởng của chất xúc tác đến phản ứng rất mạnh và dưới tác dụng của

chúng, tốc độ phản ứng có thể tăng hàng trăm lần. Chất xúc tác có thể kích thích

những phản ứng mà nếu không có chúng thì thực tế phản ứng không xảy ra trong điều

kiện khảo sát nhất định. Nhiều chất hóa học tham gia phản ứng rất chậm; để phản ứng

xảy ra cần phải tiến hành ở nhiệt độ và áp suất rất cao. Còn nếu chờ phản ứng trong

điều kiện thường sẽ mất rất nhiều thời gian, không phải hàng giờ mà hàng ngày, hàng

tháng. Những quá trình như vậy không thích hợp cho công nghiệp. Nhưng nếu nhờ đến

các chất xúc tác thì phản ứng trở nên hoàn toàn thực hiện được ở điều kiện nhiệt độ và

áp suất không cao. Điều đó có nghĩa là chất xúc tác làm tăng nhanh tốc độ phản ứng và

làm giảm năng lượng hoạt hóa.

Hiện nay thì xúc tác axit-bazơ là loại được sử dụng nhiều trong tổng hợp hữu

cơ, tạo các hợp chất quan trọng có nhiều ứng dụng trong thực tế. Ví dụ: phản ứng

ankyl hoá vòng benzen tạo các hợp chất chứa vòng thơm phản ứng este hóa; các phản

ứng trong công nghệ hóa dầu…sản phâm của quá trình ứng dụng nhiều trong các lĩnh

vực dược phâm, công nghệ nhuộm, my phâm, sản xuất nhiên liệu….

Trong bài tiểu luận này, tôi xin giới thiệu một số nội dung về các xúc tác axit –

bazo dung để tổng hợp hữu cơ

Hoc viên thưc hiên: Phan Thi Qui Thuân 1


II. NỘI DUNG

1. Phân loai:

1.1. Theo Bronsted:

- Xúc tác axit đặc trưng (hoạt hoá đối chất nhờ H3O+)

- Xúc tác axit tổng quát (hoạt hoá đối chất nhờ chất cho prôton bất kỳ, trừ H3O+),

thường là axit bronsted

- Xúc tác bazơ đặc trưng (hoạt hoá đối chất nhờ OH-)

-Xúc tác bazơ tổng quát (tác dụng bazơ Bronsted)

- Xúc tác axit-bazơ tổng quát: Đồng thời có sự tham gia của xúc tác axit-bazơ kiểu

Bronsted

1.2.Theo lewis:

- Xúc tác electrophin : Chất xúc tác là axit Lewis

- Xúc tác nucleophin: Chất xúc tác là bazơ Lewis

- Xúc tác eletrophin-nucleophin: Đồng thời có sự tham gia của xúc tác axit-bazơ kiểu

Lewis

2. Tinh chât cua cac loai xuc tac:

2.1. Xuc tac axit bazơ đặc trưng: Hoạt hoá nhờ H3O+ và OH-

2.1.1. Phương trình tốc độ:

[s]: Nồng độ đối chất

2.1.2. Phản ứng minh hoa:

* Xuc tac axit:

Thông thường xảy ra ở các phản ứng như: Thuỷ phân nghịch đảo đường, thuỷ

phân este, hiđat hoá anđehit không no

VD: Thuỷ phân este bằng H3O+



* Xuc tac bazơ:

Thông thường xảy ra ở các phản ứng: Ngưng tụ andol, thuỷ phân anđehit, thuỷ

phân este.

Ví dụ: Thuỷ phân este với xúc tác bazơ

2.2. Xuc tac axit-bazơ tổng quat:

2.2.1. Xuc tac axit :

Bất kì axit HA kiểu Bronsted nói chung cho H+

Giai đoạn chậm: Tạo Cation SH+ ( S là đối chất)

Thông thường: Phản ứng thuỷ phân và đehyđat hoá alđehit và thuỷ phân một số este

*Phản ứng cụ thể: Phản ứng iod hoá axeton trong axit

CH3COCH3 + I2 --> CH3COCH2I + HI

Thực nghiệm cho thấy: Tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào giai đoạn iod

hoá



Tốc độ phản ứng :

2.2.2. Xuc tac bazơ:

Bazơ kiểu Bronsted là chất xúc tác

Giai đoạn chậm: Hình thành ion trung gian hoạt động

Thông thường sử dụng cho các phản ứng: andol hóa, croton hóa

*Phản ứng cụ thể:

Giai đoạn 2 quyết định tốc độ phản ứng

2.3. Xuc tac axit - bazơ với Lewis :

2.3.1. Axit Lewis:

a. Tinh chât:



Axit Lewis có thể tách ra thành axit và bazơ yếu

Axit Lewis có thể làm xúc tác cho những phản ứng mà trước đây dung axit

Bronsted và hoạt tính của axit Lewis tương đương hoạt tính của axit Bronsted; ngược

lại độ chọn lọc của axit Lewis lớn hơn độ chọn lọc của axit Bronsted.

Các loại xúc tác Lewis hay gặp: AlCl3 , BF3 , AlBr3 , BCl3 , SnCl4 , ZnCl2 ,

Al2O3 …

Lực axit Lewis cũng có thể nhận biết bằng chất chỉ thị màu theo mức độ ion

hóa bằng bazơ (kèm theo nhiệt độ khoảng 1000C).

Quá trình trung hòa bằng axit Bronsted thì khôngđòi hỏi năng lượng mà còn

toả ra một năng lượng mà không phụ thuộc môi trường. Trái lại, quá trình trung hòa

axit Lewis cần một năng lượng nhỏ phụ thuộc vào môi trường tức là phụ thuộc chất

cặp đôi với nó.

Trong môi trường nước, axit Lewis kết hợp với nước cho proton:

Ví dụ: Kết quả tạo ra axit proton có tính axit mạnh hơn so với hợp chất axit khác.

AlCl3 + H2O --> H+ + AlCl3OH-

b. Phản ứng với xuc tac :

- Tiêu biểu là các phản ứng Friedel - Crafts: tức là các phản ứng alkyl hóa hay

axyl hóa vòng thơm (kết hợp gốc− CO− tạo thành RCO) có mặt xúc tác AlCl3 .

*Alkyl hóa vòng thơm bằng hợp chất có chứa halogen RX(X: halogen)

Cơ chế như sau:

RX + AlCl3 --> R+ + AlCl3X-

Hợp chất trung gian hoạt động trong trường hợp này là ion cacbocation R+

Xúc tác của phản ứng thường dung:

Hiện nay phương pháp alkyl hóa này không dung vì điều chế tác nhân RX

phức tạp, đắt, sản phâm không dừng ở monoankyl thế mà dung phương pháp alkyl hóa

vòng thơm bằng olefin

*Ngoài ra còn có các phản ứng axyl hoá hidrocacbon thơm và dị vòng, phản

ứng dixoandơ:



Ngoài AlCl3 người ta có thể dung muối của Br với kim loại Fe, Zn, Sn… BF3,

…

2.3.2.Bazo Lewis: ít gặp hơn so với Axit Lewis

Một số bazo: NaNH2, NaOCH3, Piridin, amin,…

Thông thường ở những phản ứng axyl hóa các cacbanion ổn định và C-

nucleophin cung loại

Ngưng tụ giữa hợp chất cacbonyl với cacbanion :

3. Xuc tac Zeolit: 3.1. Khai niêm:

Vật liệu này đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp lọc – hóa dầu, xúc tác

hữu cơ trong 50 năm qua

“Zeolit là một aluminosilicat có cấu trúc mạng tinh thể chứa đựng bên trong các

hốc rông cung với nhiều phân tử nước và cation. Nước và cation khá linh động làm

cho Zeolit có thể trao đổi ion và đehydrat hóa thuận nghịch”

Thành phần: biểu diên bằng công thức kinh nghiệm

M2/n Al2O3.xSiO2.yH2O

Trong đó:

n: Hóa trị của cation

x: tỉ số SiO2/Al2O3

y: Là lượng nước trong mao quản Zeolit

3.2. Cơ chê xuc tac cua zeolit

Một phân tử phản ứng trên zeolit phải thực hiện các bước sau:

• Khuếch tán đến bề mặt của zeolit

• Đi vào mao quản qua các cửa ổ và khuếch tán đến trung tâm hoạt động



• Hấp phụ vào bên trong mao quản trên trung tâm hoạt động và hình thành hợp

chất trung gian của phảnứng

• Thực hiện phản ứng tạo sản phâm

• Khử hấp phụ và khuếch tán sản phâm ra ngoài mao quản

Như vậy sự khuếch tán chất phản ứng và sản phâm trong mao quản zeolit đóng

một vai trò quan trọng trong phản ứng xúc tác, và vì vậyảnh hưởng đến vận tốc phản

ứng cũng như sự phân bố sản phâm. Điều này chứng tỏ vận tốc phản ứng không những

phụ thuộc vào hoạt tính của trung tâm hoạt động mà còn phụ thuộc vào kích thước

mao quản có chứa trung tâm hoạt động, kích thước và hình dáng của phân tử.

N ế u kích thước động học các phân tử bé hơn kích thước mao quản thì có thể

vào trong mao quản và gặp trung tâm hoạt động. Tính chất này gọi là tính chọn lọc

hình dạng. Với một hệ mao quản đồng nhất có đường kính nhỏ hơn 10Ao, các zeolit

thể hiện tính chọn lọc hình dáng rất cao.

3.3. Ưu điêm cua Zeolit: Tính chọn lọc hình học

Có 3 hình thức chọn lọc hình dạng là:

• Chọn lọc hình dạng đối với các chất tham gia phảnứng

• Chọn lọc hình dạng đối với sản phâm phảnứng

• Chọn lọc hình dạng đối với các sản phâm trung gian

3.3.1. Chọn lọc chât phản ứng

Trong một hôn hợp các chất phảnứng, chỉ những phân tử có kích thước nhỏ hơn

kích thước mao quản mới được định vị trong mao quản và được chuyển hóa. Những

phân tử có kích thước lớn hơn thì không có khả năng này.

Chẳng hạn phảnứng của hôn hợp n-hexan và i-hexan trong zeolit 4A: thì chỉ n-hexan

mới bị cracking, còn i-hexan không thể đ iđến tâm axit trong mao quản.

CH2 CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2 CH3 OH

OH OH

OH

OH

OH

OH

OH

CH

CH3

CH3

CH3C

CH3

CH2CH3

CH2CH2

CH3 CH

CH2

CH2 CH3

CH3

3.3.2. Chọn lọc sản phẩm phản ứng



Kiểu chọn này xuất hiện giữa những sản phâm hình thành trong phản ứng, những

sản phâm nào có kích thước phân tử nhỏ hơn kích thước cửa sổ mao quản mới có thể

khuếch tán ra ngoài hệ mao quản. Điều này được thể hiện rõ trong các phảnứng alkyl

hóa hydrocacbon thơm. Sản phâm đồng phân para có tốc độ khuếch tán nhanh bao giờ

cũng chiếm tỷ lệ cao hơn so với các sản phâm đồng phân octo và meta trong hôn hợp

sản phâm.

- § é chän läc s¶n phÈm: chØ cã nh÷ng ph©n tö nhá h×nh thµnh trong qu tr×nh ph¶n øng mí i cã thÓ khuÕch t n ra khái hÖ mao qu¶n zeolit.

OH

OH OH

OH

OH

OH

OH

OH

CH2 CH3

CH3

CH3

CH2 CH2

+

CH2 CH3H3C

CH3

CH2 CH3 para-ethyl

toluen

3.3.2. Chọn lọc sản phẩm trung gian

Hiện tượng này xảy ra khi một vài phản ứng bị ngăn cản do kích thước của hợp

chất trung gian không phu hợp với kích thước mao quản của zeolit.

Tóm lại, sự khuếch tán phân đóng một vai trò quan trọng đến vận tốc phản ứng,

đến sự phân bố sản phâm phản ứng. Những phân tử phản ứng có khả năng khuếch tán

lớn sẽ phản ứng bên trong các kênh rãnh, những phân tử khuếch tán chậm sẽ phản ứng

trên bề mặt bên ngoài của zeolit. Tương tự những sản phâm có khả năng khuếch tán

lớn sẽ giải hấp nhanh ra khỏi các kênh rãnh trong zeolit.



III - KÊT LUÂN

Xúc tác axit bazo có thể phân chia theo nhiều loại, môi loại xúc tác sẽ phu hợp

với từng loại phản ứng cụ thể và khả năng làm tăng tốc độ của các phản ứng cũng

khác nhau. Tuy nhiên, tất cả các xúc tác đã nêu đều có vai trò tăng tốc độ phản ứng

trong tổng hợp hữu cơ, đặc biệt các phản ứng làm gắn kết C với C.

Đối với xúc tác axit bazo thì xúc tác đồng thể chiếm số lượng lớn khoảng 90%,

xúc tác dị thể chỉ khoảng 10%. Tuy nhiên, xúc tác dị thể lại có nhiều ưa điểm về độ

chọn lọc hình học, tái sử dụng , chẳng hạn: Zeolit. Vì vậy, xúc tác axit bazo có 2 vai

trò lớn: một là làm tăng tốc độ phản ứng, hai là có sự chọn lọc theo mong muốn của

người tổng hợp

Tai liêu tham khao:

1. Giáo trình “Động học xúc tác” – Nhà xuất bản Đại học Bách khoa Hà Nội- GS

Đào Văn Tường

2. Giáo trình “Xúc tác hữu cơ” – Tác giả: TS Lê Tự Hải

3. Giáo trình “Ky thuật xúc tác” –Nhà xuất bản: Đại Học Bách Khoa Đà Năng –

Th.s Nguyên Thị Diệu Hằng

4. “Tổng hợp hữu cơ “– Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội – Nguyên Minh

Thảo



Muc luc

I. Mơ đâu........................................................................................................................1

II. Nội dung……………………………………………………………………………2

1. Phân loai…………………………………………………………………………….2

1.1. Axit-bazo Bronsted

1.2. Axit-bazo Lewis

2. Tinh chât cua cac loai cu thê……………………………………………………….2

2.1. Axit-bazo đặc trưng

2.1.1. Phương trình tốc độ

2.1.2. Phản ứng minh họa

2.2. Axit-bazo tổng quát

2.2.1. Xúc tác axit

2.2.2. Xúc tác bazo

2.3. Axit- bazo lewis

2.3.1. Xúc tác axit

2.3.2. Xúc tác bazo

3. Xuc tac zeoit ………………………………………………………………………..6

3.1. Khái niệm

3.2. Cơ chế xúc tác của zeolit

3.3. Ưu điểm của Zeolit

3.3.1. Chọn lọc chất phản ứng

3.3.2. Chọn lọc sản phâm phản ứng

3.3.2. Chọn lọc sản phâm trung gian

III. Kêt luân…………………………………………………………………………...9

Tài liệu tham khảo


Documents

73079734 Axit Bazo Huu Co