Применение ионообменников в катализе

Введение 3
1. Реакции, катализируемые ионитными комплексами переходных металлов 5
2. Взаимосвязь состава координационного центра с каталитической активностью 7
2.1 Влияние природы ионов металла 8
2.2 Влияние концентрации ионов металла 9
2.3 Влияние природы и концентрации функциональных групп 10
3. Устойчивость ионитных комплексов в катализе 13
Литература 16

Иониты – высокомолекулярные соединения трехмерной структуры, функциональные группы которых в полярных растворителях способны к ионизации. Функциональные группы почти всех ионитов способны не только к ионизации, но и к координационному взаимодействию за счет гетероатомов с неподеленными sp2- или sр3-электронными парами. Это создает возможность образования донорно-акцепторной связи функциональных групп ионитов с ионами d- (или f-) металлов, которые имеют низкие в энергетическом отношении вакантные d- (или f-) орбитали. Такие орбитали могут заполняться и π-электронами ароматических фрагментов ионитов. При этом ионит уже выполняет функцию своеобразного лиганда, называемого комплекситом.
К особым свойствам ионообменных адсорбентов принадлежит их свойство оказывать каталитическое действие. Для катализа наибольший интерес представляет сорбция ионов металла ионитом за счет образования коорди¬национной связи. Координационная связь возникает в тех слу¬чаях, если функциональные группы ионита находятся в депротонированном состоянии. При использовании ионитных комплексов в качестве катализаторов важно, что субстрат взаимодействует не только с закомплексованными ионами металла, но и с функциональными группами ионита, его полимерной матрицей. Сорбция полярных и неполярных соединений органической и неорганиче¬ской природы осуществляется в результате образования водородной связи и электрорстатического взаимодействия.
Полимерная природа и трехмерная структура ионита-комплексита обусловливают специфику комплексообразования с его участием и, соответственно, свойства образующихся ком¬плексных соединений. Основное отличие ионитов-комплекситов от растворимых полимерных лигандов заключается в их нера¬створимости из-за трехмерной структуры полимерной сетки. Это приводит к тому, что катализ с участием ионитных ком¬плексов протекает в гетерогенных условиях.
Для использования ионитных комплексов в качестве катализаторов очень важна доступность функциональных групп ионита для координации с ионами металлов и последующего взаи¬модействия координационных центров с субстратом, распреде¬ление функциональных групп, его кинетические свойства, осмотическая стабильность и термостойкость. В настоящее время отечественная промышленность выпу¬скает иониты в виде гранул, гранулятов, волокон, тканей, мембран. Для целей катализа наиболее перспективными являются го¬могенные мембраны. В этих мембранах распределение функ-циональных групп и в объеме, и на поверхности наиболее рав¬номерно. Недостаток гомогенных мембран - их невысокая прочность. Для увеличения прочности инертные пленочные ма¬териалы подвергают химической или радиационной активации с последующим проведением полимераналогичных превращений. Это позволяет ввести в мембрану практически любые функциональные группы; их распределение на поверхности и в объеме, как правило, неравномерное.

Работа посвящена применению ионообменных материалов в каталитических процессах. Выполнена и защищена на кафедре аналитической химии Воронежского государственного университета в 2011 году, оценена на "отлично".