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Organic Chemistry

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触媒入門

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触媒より少ないエネルギーを使用して、速く発生する化学反応を有効にする化学システムに追加される物質です。

最小反応を開始するために必要なエネルギー量を活性化エネルギーといいます。触媒は、以下の極端な条件下で起こる反応を許可する低い活性化エネルギーと別の反応経路を提供します。

高温で分子は高速移動しより頻繁に衝突します。分子衝突の割合が高いので反応は反応の活性化エネルギーを克服するために十分なエネルギーをあります。触媒は反応に必要なエネルギーの量を減少させる、低温で衝突の割合を増加させる代替反応機構を提供します。触媒は、しかし、それは反応の完了時に変更することができます、リサイクルするおよび再複数の化学変換に参加できます。

このビデオは触媒作用の基本を強調表示し、研究室では、基本的な触媒反応を実行する方法を示します。

触媒のいくつかの種類があります。酵素は、生体分子の非常に特定の触媒として扱うことです。酵素特定、図形、ガイド分子、反応の最適構成に基板と呼ばれます。均一系金属触媒は、反応として同じ段階に。最も頻繁に、触媒と反応は、両方液相に溶解します。異質触媒作用の触媒と反応は、さまざまな段階段階の境界で区切られました。一般的には、不均一系触媒は、固体とナノスケール触媒エンティティ、通常金属ナノ、サポート材料の分散で構成されます。

サポート材料、通常カーボン、石英、または金属酸化物は、表面積を増やすし、ナノ粒子の凝集に対する安定性を与えるためです。多孔質膜とビーズ、メッシュ、および積層シートは、触媒の使用サポート ジオメトリの一部です。

固体触媒、ナノ粒子では、反応が起こる、表面にアクティブなサイトがあります。反応によって、これらのアクティブなサイトは平坦な面または粒子の表面に結晶エッジかもしれません。通常より小さいナノ粒子触媒のモルあたり原子の表面のより高い量のためのより高い触媒活性があります。

触媒表面での反応は、表面上の反応に続いて、アクティブ サイトに試薬の吸着によって始まります。表面反応は 1 つの吸着種と捻ってリディール機構と呼ばれる一括で 1 つまたはラングミュア ヒンシュルウッド機構と呼ばれる 2 つの吸着種間に発生します。製品は、大部分に表面から脱着します。

今では触媒の基本を理解すると、4-アミノフェノール地面活性炭市販パラジウム触媒を使用する 4-ニトロフェノールの削減を見てみましょう。反応の進行は、反応時に発生する色の変更を使用して測定されます。

実験を開始する前に必ず、白衣、安全メガネおよび手袋などの適切な個人用保護具を着用してください。材料を準備するには、最初 4-ニトロフェノールの 14 mg の重量を量るし、10 mM のソリューションを作成するガラス瓶の脱イオン水 10 mL に溶かします。次に、水素化ホウ素ナトリウム 57 mg の重量を量るし、100 ミリメートルのソリューションを作るために DI 水 15 mL に溶かします。2 つを混合し、均一溶液を形成する室温で攪拌します。水素化ホウ素ナトリウム、触媒なし 4-ニトロフェノールを減らすことはできません完全に、ソリューションの色は変更しないでください。コントロールのサンプルとしてパラジウム活性炭の 10 mg と 10 mg の活性炭触媒なしの重量を量る。

別のバイアルに重量を量られた触媒を転送し、それぞれ 100 mL の脱イオン水を追加します。触媒は、水中に分散よくまでの 135 ワットの出力を持つバイアルの超音波照射します。

今では材料の準備が 4-ニトロフェノールの接触還元を実行できます。1.15 mL 準備 4-ニトロフェノール ・ ナトリウム水素化ホウ素溶液を測定し、5 mL バイアルに転送。

観察し、バイアルにソリューションの色を記録します。バイアルに活性炭触媒溶液に準備されたパラジウムの 1 mL を追加し、ミックスに手を振る。

20 分間反応を観察し、ソリューション色の変更開始時と、完全にフェードを記録します。すべての色が薄れている反応は完了です。

アクティブ カーボン制御ソリューションのためには、同じ手順を繰り返します。反応の進行により、4-ニトロフェノールの消費量を示す無色透明、黄色から色変更。この変更を定量化する測定紫外可視吸光度 400 サンプルの nm。

時間に対する吸光度の自然対数をプロットします。4-ニトロフェノールの消費量を示す反応の過程で吸光度が低下します。コントロールのサンプルは、触媒活性を示さなかった。

触媒は、幅広い産業分野や科学分野において重要なことです。

パラジウム触媒存在下で炭素-炭素カップリング反応が発生、ヘック反応として知られています。ヘック反応は、遷移金属触媒によるカップリング反応の最初の正しいメカニズムとみなされます。現代触媒リチャード ・ ヘックでは化学でのノーベル賞を受け取った彼の発見のためにはとても貴重です。ヘック反応は、この実験のようにパラジウム触媒を使用して実行できます。ここでは、触媒は室温で合成されました。反応後製品を核磁気共鳴分光法や核磁気共鳴を使用して行った。

自然の中で酵素が生体反応の広い範囲を可能にする触媒です。たとえば、酢酸キナーゼはアセチルリン酸を酢酸の可逆の変換を容易にする微生物の酵素であります。

酵素活性は、標準的な曲線で紫外可視吸光光度法を用いて測定しました。

アセチルリン酸消費量は、反応全体の監視し、酵素反応速度論は、時間の関数としてプロットされます。

ポリマーは、触媒の利点を取ることができる別のフィールドです。ここでは、星型ポリマー粒子を合成しました。

まず、触媒を作成し、室温で乾燥します。触媒と高分子枝、混合し、架橋剤の粒子を形成する追加されました。

粒子サイズ、ゲル浸透クロマトグラフィーを使用して行った。この例では、作製した星のポリマーのような高分子のナノ粒子は、薬物送達など自己のアプリケーションの広い範囲に使用されます。

ゼウスの触媒入門を見てきただけ。このビデオを見た後は、触媒の発見と研究室で簡単な反応を実行する方法の概念を理解する必要があります。

見てくれてありがとう!

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