Language
Country/Area
No result found
Thế giới tuyệt vời của sự kết hợp chéo olefin: Đây là loại hóa học gì?
Trong hóa học hữu cơ, phản ứng tái hợp chéo olefin là phản ứng hữu cơ phân phối lại các mảnh olefin bằng cách phá vỡ và tái tạo các liên kết đôi cacbon-cacbon. Tính đơn giản tương đối của quá trình này cho phép nó thường tạo ra ít sản phẩm phụ không mong muốn và chất thải nguy hại hơn so với các phản ứng hữu cơ khác. Nhờ nghiên cứu của Wei Fu Zhu Yun, Robert H. Grubbs và Richard R. Shik, cơ chế phản ứng đã được tiết lộ và một loạt các chất xúc tác có hoạt tính cao đã được phát hiện. Họ đã cùng nhau giành giải Nobel Hóa học năm 2005.
Chất xúc tác
Phản ứng này đòi hỏi chất xúc tác kim loại. Hầu hết các quy trình quan trọng về mặt thương mại đều sử dụng chất xúc tác không đồng nhất. Các chất xúc tác này thường được điều chế bằng cách hoạt hóa tại chỗ các halogen kim loại (MClx), chẳng hạn như sử dụng các hợp chất organoaluminum hoặc organotin, kết hợp với MClx–EtAlCl2. Vật liệu hỗ trợ xúc tác điển hình là bô-xít. Chất xúc tác thương mại thường dựa trên molypden và zirconium. Đối với các phản ứng quy mô nhỏ hoặc nghiên cứu học thuật, chủ yếu các hợp chất organometallic được xác định rõ ràng đã được nghiên cứu.
Chất xúc tác đồng nhất thường được phân loại thành chất xúc tác Schick và chất xúc tác Grubbs. Chất xúc tác Schick có trung tâm là molypden (VI) và nitơ (VI) được hỗ trợ bởi các phối tử alkoxy và nitroxy.
Chất xúc tác của Grubbs là một hợp chất phức tạp của hợp chất zirconium(II) cacben.
Ứng dụng
Liên kết ngang olefin có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Hầu hết các ứng dụng thương mại đều sử dụng chất xúc tác không đồng nhất, sự phát triển của chúng đã có từ trước nghiên cứu giành giải Nobel về các hợp chất đồng nhất. Các quy trình tiêu biểu bao gồm: Công nghệ chuyển đổi triene và olefin của Phillips, chuyển đổi propylene thành ethylene và 2-butene bằng chất xúc tác molypden và crom. Ngày nay, chỉ có phản ứng ngược lại, tức là chuyển đổi etilen và 2-buten thành propylen, được thực hiện trong công nghiệp.
Quy trình olefin cao hơn của Shell (SHOP) sản xuất ra olefin alpha để chuyển đổi thành chất tẩy rửa.
Quá trình này sử dụng sự kết hợp chéo để thu hồi một số phân đoạn olefin nhất định.
Tiềm năng của chất xúc tác đồng nhất
Các chất xúc tác hữu cơ kim loại đã được khám phá cho nhiều ứng dụng tiềm năng, bao gồm sản xuất vật liệu có độ bền cao, chế tạo các hạt nano để nhắm mục tiêu vào ung thư và chuyển đổi nguyên liệu thô có nguồn gốc thực vật tái tạo thành các sản phẩm chăm sóc tóc và da.
Loại
Có một số loại liên kết chéo olefin, bao gồm:
- Chéo (CM)
- Tái tổ hợp mở vòng (ROM)
- Tái tổ hợp đóng vòng (RCM)
- Trùng hợp tái tổ hợp mở vòng (ROMP)
- Sự tái hợp olefin không vòng (ADMET)
- Sự phân hủy etylen (Ethenolysis)
Cơ chế
Hérisson và Yun Zhu lần đầu tiên đề xuất một cơ chế được chấp nhận rộng rãi cho sự tái hợp của olefin bởi các kim loại chuyển tiếp. Vì phản ứng cộng vòng [2+2] trực tiếp của hai anken bị cấm về mặt đối xứng nên năng lượng hoạt hóa tương đối cao. Cơ chế của Zhu Yun liên quan đến phản ứng cộng vòng [2+2] của liên kết đôi olefin với hợp chất alkyl kim loại chuyển tiếp để tạo thành các chất trung gian cyclobutan kim loại. Metallacyclobutane thu được sau đó có thể trải qua quá trình loại bỏ vòng để tạo ra các loài ban đầu hoặc các nhóm olefin và alkyl mới. Sự tương tác với các orbital d trên chất xúc tác kim loại làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng đủ để cho phép phản ứng diễn ra nhanh chóng ở nhiệt độ vừa phải.
Ngoài thực tế là các phản ứng CM và RCM thường sử dụng α-olefin, động lực của các phản ứng này cũng liên quan đến entropy của etylen hoặc propylen, có thể được loại bỏ khỏi hệ thống để thúc đẩy phản ứng.
Tổng quan về lịch sử
Sự kết hợp chéo olefin có nguồn gốc từ sản xuất công nghiệp và nhiều quá trình xúc tác được phát hiện một cách tình cờ. Ngay từ những năm 1960, nhà hóa học Karl Ziegler đã tình cờ phát hiện ra quá trình chuyển đổi ethylene thành 1-butene thay vì hydrocarbon bão hòa chuỗi dài trong khi tiến hành nghiên cứu về chất xúc tác Ziegler-Natta, điều này đã thúc đẩy mọi người khám phá sự kết hợp chéo olefin. Trong những thập kỷ tiếp theo, cơ chế phản ứng này ngày càng sâu sắc hơn và sự phát triển của chất xúc tác đã khiến phản ứng tái hợp chéo olefin trở thành phản ứng hóa học hữu cơ hiệu quả và quan trọng.
Với sự tiến bộ và phát triển của khoa học, tiềm năng và phạm vi ứng dụng của phản ứng tái hợp olefin không ngừng được mở rộng. Trong nghiên cứu khoa học trong tương lai, liệu công nghệ này có mang lại những phản ứng sáng tạo hơn không?
