探索催化规律与本质 反应控制让化学合成更简单
2011-01-31 来源:中国聚合物网
在化工、酿造、制药等行业生产中,高选择性催化剂等反应控制技术正起着越来越重要的作用。但对生产生活的需要而言,人们对化学反应中选择性控制的认识和掌握程度还远远不够。科学家们正在寻找更多更好的高效、高选择性反应控制方法,并力图发现其中的规律,提高对化学反应控制的能力。
在国家自然科学基金的支持下,以中科院上海有机化学研究所研究员侯雪龙为负责人,包括中科院大连化学物理研究所研究员周永贵、中科院上海有机化学研究所研究员王正在内的项目组对有机化学反应中的选择性控制进行了探索。他们围绕影响有机反应选择性的若干重要因素及规律,在有机合成方法学、反应选择性控制的理论和实践方面均取得了重要进展。该项目结题时,被国家自然科学基金委员会组织的专家评审组综合评价为优秀。
重要的催化选择性
催化剂在工业上也称为触媒,它能诱导化学反应发生改变,从而使化学反应变快、减慢,或者在较低的反应条件要求下进行。在化工、酿造、制药等行业,在科学实验和生命活动中,催化剂被广泛地使用。
催化剂和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样,具有高度的选择性(或专一性),一种催化剂并非对所有的化学反应都有催化作用。如乙醇在高温时可脱氢转变成乙醛,亦可脱水转变成乙烯,银催化剂能促进前一反应,氧化铝催化剂则促进后一反应。工业上则利用催化选择性使原料向指定的方向转化,减少副反应。
在能发生多种反应的反应系统中,催化剂促进不同反应的程度也不同。例如在石油化工的粗制乙烯中含有少量乙炔,可用催化加氢法使乙炔转变为乙烯(目的反应),但乙烯也能加氢生成乙烷(副反应),导致产品乙烯损失,催化剂的选择性则是乙炔转变为乙烯的反应速度和乙烯转变为乙烷的反应速度的比值。生产中采用具有良好催化选择性的加氢催化剂,使乙炔加氢的速度远远高于乙烯加氢的速度。在化学反应中,不同催化剂对反应中转变为特定产物的比率也不同。如乙烯与氧可转化成环氧乙烷,也可转化成二氧化碳与水。使用优良的银催化剂可使环氧乙烷成为主要产物。
“通常改变化学反应温度、浓度、酸碱度等条件,可以对化学反应进行控制。我们所做的是特定条件的反应控制。”侯雪龙说,“简单说,比如我们要研制一种新药或设计一个有用的分子,假设在合成反应中会出现两种产物,A和B。如果我们想要的是A,B是有害或无用的副产品,我们就要通过对反应条件的了解,对反应进行控制,定向地得到A或尽可能多地得到A。这就是我们的研究目的。”
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