XÚC TÁC XANH HÓA HỌC XANH

Đề tài XÚC TÁC XANH (GREEN CATYLYST) KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH I.TỔNG QUAN II. XÚC TÁC PHỨC TRÊN POLIME RẮN III. XÚC TÁC PHỨC TRÊN POLYME CHẤT HÒA TAN IV. XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG SILICA V. TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 1

BÁO CÁO SEMINAR

Đề tài: XÚC TÁC XANH (GREEN

Ngọc Sơn

BÁO CÁO SEMINAR

Đề tài: XÚC TÁC XANH (GREEN

Trang 2

Nội dung

Tổng Quan

Xúc tác phức trên chất mang polymer rắn Xúc tác phức trên chất mang polyme hòa tan

Xúc tác phức trên chất mang Silica

I TỔNG QUAN

II XÚC TÁC PHỨC TRÊN POLIME RẮN

III XÚC TÁC PHỨC TRÊN POLYME CHẤT HÒA TAN

IV XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG SILICA

V TLTK

Trang 3

1 Khái niệm

Chất xúc tác (Catalyst) ?

I TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC

Trang 4

Về mặt lý thuyết •Đối với một phản ứng

thuận nghịch, Chất xúc tác làm tăng tốc

độ cả chiều thuận và chiều nghịch, dẫn đến phản ứng đạt cân bằng nhanh hơn

Về mặt lý

thuyết

1 Khái niệm

Trang 5

1 Khái niệm

Trang 6

2 Phân loại

Trang 7

3 Cơ chế tác dụng của xúc tác

Trang 8

Trang 9

Trang 10

Không làm thay đổi

trạng thái của cân

bằng phản ứng

Không làm thay đổi

trạng thái của cân

bằng phản ứng

4 Đặc điểm chất xúc tác

Trang 11

xanh, đặc biệt để bảo

vệ sức khỏe con người

và môi trường.

Để hạn chế việc tạo ra chất thải và các mặt hạn chế nói trên, xúc tác trên chất mang rắn

đã được quan tâm nghiên cứu sử dụng

5 Xúc tác trong hóa học xanh

Trang 12

Không nhiễm vết

KL nặng

và không gây độc hại

5 Xúc tác trong hóa học xanh

Trang 13

Hiện tượng hòa tan xúc tác, kim loại hòa tan đóng vai trò chủ yếu vào khả năng phản ứng của hệ

Hoạt tính và độ chọn lọc thấp hơn so với xúc tác

Trang 15

II XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLYME RẮN

 Xúc tác trong phản ứng hình thành liên kết C-C

Tổng hợp phức cố định trên nhựa Merrifield:

Trang 16

Phản ứng ghép đôi mạch C-C (phản ứng Suzuki):

Trang 17

Lượng xúc tác sử dụng rất nhỏ

Trang 18

Hiệu suất phản ứng rất cao (81-96%) bằng nguồn

Pd(PPh3)4 trong phản ứng xúc tác đồng thể

Trang 19

 Hạn chế của phương pháp tổng hợp truyền

thống:

• Sử dụng dung môi hóa chất độc hại, làm giảm

độ tinh khiết sản phẩm.

• Quá trình tinh chế phức tạp.

II XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLYER RẮN

 Xúc tác trong phản ứng oxy hóa

 Các phản ứng oxy hóa nhóm chức là 1 trong

những quá trình cơ bản của tổng hợp hữu cơ.

Trang 20

Nhóm nghiên cứu của Kobayashi: điều chế xúc tác osmium tetroxide (OsO4) cố định trên polystyrene dạng microcapsule Sử dụng cho phản ứng dihydroxyl hóa nhiều ankene khác nhau.

Suy nhược Depression

Trang 21

Đặc điểm nổi bật:

Hiệu suất khá cao (84%).

Xúc tác được tách ra khỏi hỗn hợp đơn giản bằng lọc.

Tái sử dụng 5 lần mà hoạt tính xúc tác không giảm.

Sản phẩm không bị nhiễm OsO4 như tổng

Hiệu suất khá cao (84%).

Xúc tác được tách ra khỏi hỗn hợp đơn giản bằng lọc.

Tái sử dụng 5 lần mà hoạt tính xúc tác không giảm.

• Sản phẩm không bị nhiễm OsO4 như tổng hợp trong hệ đồng thể.

Trang 22

Khó thu hồi và tái sử dụng.

Trang 23

 Xúc tác trong phản ứng khử

• Các nghiên cứu tập trung vào giải

quyết các hạn chế nói trên, xúc tác khử trên chất mang rắn là giải pháp được đưa ra.

• Nhóm nghiên cứu của Islam đã điều

chế xúc tác phức Pd cố định trên polystyrene.

Trang 24

Xúc tác này được sử dụng cho phản ứng khử các hợp chất nitro, carbonyl, nitrile, alkene thành các sản phẩm tương ứng.

Trang 25

Hiệu suất cao (92-98%).

Dễ thu hồi Tái sử dụng 10 lần

Sau 1 năm, xúc tác vẫn duy trì được hoạt tính

Bền với điều kiện thực hiện ở nhiệt độ cao và áp suất cao

Đặc điểm nổi bật

Trang 26

II XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLY RẮN

Trang 27

Phản ứng Strecker

 Xúc tác trong phản ứng khác

Viêm gan C Hepatitis

Trang 28

II XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLYER RẮN

học cao.

Thu hồi

dễ dàng.

Có thể

sử dụng các loại xúc tác trên chất mang rắn trong các phản ứng khác nhau.

Các loại xúc tác

sử dụng đều thể thiện được những

ưu điểm

Đặc điểm nổi bật

Trang 29

1 Phân riêng xúc tác trên chất mang

polymer theo nhiệt độ

polymer theo pH

polymer theo phương pháp kết tủa

polymer trong hệ hai pha nước – hữu cơ

III XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLYMER HÒA TAN

Trang 30

1 Phân riêng xúc tác trên chất mang polyme theo nhiệt độ

Xúc tác tan trong pha phân cực

Tác chất

Xúc tác

Tác chất Sản phẩm Xúc tác

Sản phẩm Xúc tác

Tách pha

Sản phẩm Xúc tác

Hai pha không tan

Thu hồi xúc tác Tác chất

Pha phân cực

Trang 31

Xúc tác tan trong pha không phân cực

Xúc tác

Tác chất

Tác chất Sản phẩm Xúc tác

Trang 32

Các ưu điểm

khối

Xúc tác đồng thể như hoạt tính và độ chọn lọc cao, không hạn chế bởi quá trình truyền

khối

Tách pha

và tinh chế sản phẩm

Tách pha

và tinh chế sản phẩm

Dễ dàng thu hồi và tái sử dụng xúc tác

Trang 33

 Ví dụ:

• Xúc tác theo phức rhodium cố định trên

chất mang polymer hoà tan

• Xúc tác theo phức palladium cố định trên

chất mang polymer hoà tan

Trang 34

Xúc tác

+

tác chất

Xúc tác + sản phẩm

Phản ứng

CH3SO3H

Sản phẩm

Xúc tác Phân riêng

Sản phẩm

-Tác chất mới -Dung môi mới pH=7,5

Phân riêng thu hồi và tái sử dụng xúc tác trên chất mang

polymer có độ tan thay đổi theo pH của dung dịch

2 Phân riêng xúc tác trên chất mang polyme theo pH

Trang 35

L - R (xúc tác)

Tách và thu hồi xúc tác dễ dàng Phân riêng pha

L - R (xúc tác)

Dựa vào pH của dung dịch

có thể áp dụng cho nhiều xúc tác tan trong nước

Dựa vào pH của dung dịch

có thể áp dụng cho nhiều xúc tác tan trong nước

Trang 36

 Ví dụ:

• Xúc tác theo rhodium trên chất mang

copolymer của maleic anhydride-methyl vinyl

ether.

Trang 37

Xúc tác +

tác chất

Xúc tác + sản phẩm

Phản ứng

Dung môi không hòa tan

Sản phẩm

Xúc tác

Phân riêng

Sản phẩm

-Tác chất mới -Dung môi hòa tan

Xúc tác

Thu hồi và

tái sử dụng

Phân riêng thu hồi và tái sử dụng xúc tác trên chất mang polymer có

độ tan thay đổi theo phương pháp kết tủa bằng dung môi thích hợp

3 Phân riêng xúc tác trên chất mang polyme theo pp kết tủa

Trang 38

Các ưu

điểm

Kết tủa polymer

ra khỏi dung dịch khi cho lượng lớn dung môi không hoà tan polymer vào

Kết tủa polymer

ra khỏi dung dịch khi cho lượng lớn dung môi không hoà tan polymer vào

Không hạn chế bởi quá trình truyền khối

Dễ dàng thu hồi và tái sử dụng xúc tác(quá trình phân riêng L-

R )

Dễ dàng thu hồi và tái sử dụng xúc tác(quá trình phân riêng L-

R )

Phương pháp được áp dụng nhiều nhất cho xúc tác phức hoặc các ligand cố định lên chất mang polymer

dễ tan trong dung môi nước (vd polyethylen-glycol)

Phương pháp được áp dụng nhiều nhất cho xúc tác phức hoặc các ligand cố định lên chất mang polymer

dễ tan trong dung môi nước (vd polyethylen-glycol)

Trang 39

 Ví Dụ:

• Xúc tác theo phức ruthenium sử dụng cho

phản ứng metathesis

• Xúc tác theo phức ruthenium cố định trên

polyethyleneglycol hoà tan

• Xúc tác theo phức scandium trên chất mang

polymer

• Xúc tác theo phức salen cobalt trên chất

mang polystyrene

Trang 40

Tác chất

Xúc tác

Tác chất Sản phẩm Xúc tác

Sản phẩm

Xúc tác

Khuấy trộn

Hai pha không tan lẫn vào nhau ngay cả trong quá trình phản ứng

Phản ứng xảy ra thông thường ở bề mặt phân chia pha (hoặc pha nước hoặc pha hữu cơ)

Thu hồi bằng quá trình phân riêng lỏng – lỏng và tái sử dụng

Phân riêng , thu hồi và tái sử dụng xúc tác trên chất mang polymer trong hệ hai pha nước – hữu cơ

4 Phân riêng xúc tác trên chất mang polyme trong hệ hai pha nước – hữu cơ

Trang 41

 Ví Dụ:

• Xúc tác theo phức Rhodium trên chất

mang polymer tan trong nước

• Xúc tác theo phức rhudium cố định trên

chất mang poly(4-pentenoic acid)

Trang 42

Ưu điểm Khuyết điểm

IV XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG SILCA

Trang 43

 Phương pháp cố định xúc tác phức lên chất mang Silica:

• Tạo liên kết giữa PHỨC và SILICA nhờ phản ứng giữa nhóm –OH với các hợp chất silane trong dung môi hữu cơ ko phân cực (toluene, hexane, khí trơ…)

Trang 45

 Xúc tác phức palladium cố định trên chất mang silica (57-64) do tác giả CLARK thực hiện

• Sử dụng cho phản ứng ghép đôi Heck & Suzuki & 1 số phản ứng khác: đóng vòng Diels-Alder, m ở vòng, ghép đôi kumada…

• Xây dựng bộ khung carbon cho các hóa chất trong CN d ư ợc phẩm & các chất có hoạt tính sinh học.

Trang 46

Trang 47

 Xúc tác trong phản ứng oxi hóa

Dùng trong các phản ứng:

- Oxy hóa bất đối xứng : Epoxy các alkene

- Oxy hóa bất đối: oxy hóa các hợp chất alcohol, allylic, các dẫn

xuất alkyl benzene

Trang 48

PP CỐ ĐỊNH: Xúc t á c Jacobsen là xúc t á c chủ yếu cho các

phản ứng oxh, lần đầu tiên được t á c giả Salvadori cố định Jacobsen lên chất mang silica bằng liên kết cộng hóa trị

O

t Bu

t Bu O

N Mn

N

Hình 74: xúc tác phức manganese họ salen cố định trên chất mang silica bằng 2 liên

kết thioether

 Xúc tác trong phản ứng oxi hóa

Trang 49

Ngoài ra, còn nhiều phương pháp cố định Jacobsen lên chất mang Silica do nhiều tác giả khác thực hiện:

 T á c giả Kim đã cố định Jacobsen lên Silica họ MCM-41 nhờ vào

phản ứng giữa nhóm Aldehyde (của phức maganese) và nhóm amin của chất mang silica

 T á c giả Bigi đã cố định phức manganese họ salen trên chất

mang silica qua liên kết trên cơ sở triazine

• Ưu điểm: cải tiến độ chọn lọc quang học, và tạo điều kiện tối

đa cho phản ứng bất đối xứng, xúc t á c có khả năng thu hồi và tái sử dụng

• Nhược điểm : hiệu suất giảm sau mỗi lần tái sử dụng

Trang 50

 T á c giả Che đã cố định phức chromium lên chất mang silica

MCM-41 bằng phản ứng tạo phức giữa chromium và nhóm amin trên bề mặt silica:

• Ưu điểm: cho hiệu suất và độ chọn lọc quang học tương đối cao

(trong các phản ứng epoxy hóa alkene), có thể thu hồi và tái sử

dụng 4 lần

• Nhược điểm: hoạt tính và độ chọn lọc giảm sau mỗi lần tái sử

dụng, hàm lượng chromium bị mất vào dd phản ứng

 T á c giả Clark đã cố định phức palladium cố định trên chất mang silica dùng cho các phản ứng ohx # bất đối xứng như oxy hóa

ancohol

• Ưu điểm: hiệu suất cao, thu hồi và tái sử dụng được

• Nhược điểm: hoạt tính xúc tác giảm mạnh sau 5 lần tái sử dụng

Trang 51

PP CỐ ĐỊNH: do t á c giả Carpentier cố định phức dirhodium trên

chất mang silica

Trang 52

Hoạt tính độ chọn lọc giảm sau mỗi lần tái sử dụng

Rhodium dễ bị hòa tan vào dd p/ứ

DÙNG CHO P/Ứ

Khử chọn lọc các h/c ketone để điều chế các h/c alcohol

P/ứ chuyển hydrogen

& Hydrogen hóa bất đối xứng:các dẫn xuất cinnamic acid, Ethyl nicotinat

→ et nipecotinate

P/ứ chuyển hydrogen

& Hydrogen hóa bất đối xứng:các dẫn xuất cinnamic acid, Ethyl nicotinat

→ et nipecotinate

Trang 53

Hình 85: P/ư hydrogen hóa bất đối xứng sử dụng xúc tác

xúc tác:

Trang 54

Trang 55

Trang 56

• T á c giả Seebach điều chế xúc tác phức Titanium cố định

trên chất mang silica dùng cho phản ứng giữa hợp chất cơ kẽm và aldehyde

• Ưu điểm: hoạt tính và độ chọn lọc tốt, có khả năng thu hồi

và tái sử dụng đến lần thứ 20 mà vẫn cho hoạt tính tốt

 Các phản ứng cần quan tâm khác

Trang 57

 Ngoài ra còn có các xúc tác:

• Xúc tác phức Đồng cố định lên chất mang silica

• Xúc tác phức cobalt họ salen cố định trên

chất mang silica

• Dùng cho các phản ứng Friedel - Crafts,

phản ứng phân giải thủy động học hỗn hợp racemic - epichlorohydrin, phản ứng giữa

styeren với diazoacetate…

 Các phản ứng cần quan tâm khác

Tiêu đề	Xúc Tác Xanh (Green Đề Tài Catalyst)
Tác giả	Mai Minh Vương, Phạm Thành Lợi, Đỗ Thế Thái, Nguyễn Thanh Nghiêm, Nguyễn Ngọc Sơn
Người hướng dẫn	GVHD: Xúc Tác Xanh
Trường học	Khoa Công Nghệ Hóa
Thể loại	tiểu luận
Năm xuất bản	2018
Thành phố	TP. HCM

Định dạng
Số trang	58
Dung lượng	8,03 MB