Химики СПбГУ: схожие органические катализаторы ускоряют реакции противоположно друг другу
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета исследовали особенности реакций структурно схожих органических катализаторов на основе теллура и йода и выяснили, что производное теллура понижает энтропию и энтальпию активации. В то же время производное йода, наоборот, повышаетэти важнейшие характеристики реакции.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в международном научном журнале ChemCatChem.
Химические реакции протекают, когда частицы, сталкиваясь друг с другом, образуют новое вещество. Причем важно, чтобы частицы сталкивались и поворачивались друг к другу нужным для протекания реакции образом. За успех такого взаимодействия отвечают два параметра — энтальпия и энтропия активации реакции.
Энтальпия показывает, какой избыточной энергией должны обладать частицы, чтобы реакция состоялась. Чем меньше этот показатель, тем больше частиц обладает необходимой энергией и тем выше вероятность эффективного протекания реакции. Энтропия реакции, в свою очередь, позволяет определить вероятность столкновения частиц и их поворота друг к другу нужным для протекания реакции образом. Чем более структурирована система, тем вероятность успешной реакции меньше, то есть чем ниже энтропия активации реакции, тем медленнее она протекает, и наоборот.
Катализатор — это вещество, которое ускоряет или замедляет химическую реакцию, напрямую в ней не участвуя. Чтобы сделать реакцию быстрее, катализатор должен связаться по крайней мере с одним из компонентов реакции. Так как процесс образования одной частицы из двух (ассоциата катализатора и реагента из независимо движущихся частиц) сопровождается упорядочиванием системы, это снижает энтропию, а значит, уменьшает вероятность протекания реакции. Тем не менее реакция все же ускоряется, поскольку катализатор снижает энтальпию.
Химики Санкт-Петербургского университета изучили два типа органических катализаторов и вычисляли то, как они влияют на энтальпию и энтропию активации модельной химической реакции. Исследование проводилось с использованием органических катализаторов, содержащих атом теллура или йода. Как отмечают авторы работы, оба катализатора имели схожее строение и проявляли примерно одинаковую активирующую способность.
Из-за этих сходств мы ожидали, что используемые органокатализаторы будут примерно одинаково изменять ключевые характеристики реакции. Оказалось, что соединения теллура приводили к снижению энтальпии: система приобретала более упорядоченное состояние, но с меньшей избыточной энергией. При этом органокатализатор на основе йода показал противоположный и потому удивительный результат: энтальпия и энтропия активации реакции значительно возросли. Это можно сравнить с уборкой в комнате, когда после попытки навести порядок комната приобрела еще более беспорядочный вид, чем было раньше, — прокомментировал автор исследования, профессор кафедры органической химии СПбГУ Дмитрий Болотин.
В работе использовалось оборудование ресурсных центров «Магнитно-резонансные методы исследования», „Методы анализа состава вещества“ и „Образовательный ресурсный центр по направлению „Химия““ Научного парка СПбГУ. Полученные химиками Университета результаты показывают, что внешне близкие результаты при более детальном изучении могут быть обусловлены совершенно разными процессами, а изучаемые органокатализаторы обладают разносторонними свойствами, понимание которых позволит создавать еще более эффективные и селективные катализаторы в будущем.
03.07.2024, 76 просмотров.