सजातीय उत्प्रेरण (होमोजेनोस कटैलिसीस)

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रसायन विज्ञान में, विलयन में घुलनशील उत्प्रेरक द्वारा उत्प्रेरण सजातीय उत्प्रेरण कहलाता है। सजातीय कटैलिसीस उन प्रतिक्रियाओं को संदर्भित करता है जहां उत्प्रेरक मुख्य रूप से समाधान में अभिकारकों के समान चरण में होता है। इसके विपरीत, विषम उत्प्रेरण उन प्रक्रियाओं का वर्णन करता है जहां उत्प्रेरक और सब्सट्रेट अलग-अलग चरणों में होते हैं, प्रायः ठोस-गैस, क्रमशः।[1] इस शब्द का उपयोग अनुमानतः अनन्य रूप से विलयनों का वर्णन करने के लिए किया जाता है और इसका तात्पर्य ऑर्गोमेटेलिक यौगिक द्वारा उत्प्रेरण से है। सजातीय कटैलिसीस स्थापित तकनीक है जो विकसित हो रही है। एक उदाहरणात्मक प्रमुख अनुप्रयोग एसिटिक अम्ल का उत्पादन है। एंजाइम सजातीय उत्प्रेरक के उदाहरण हैं।[2]

उदाहरण

विवश ज्यामिति परिसर, इस तरह के पूर्व उत्प्रेरक का उपयोग पॉलीओलेफिन जैसे पॉलीथीन और पॉलीप्रोपाइलीन के उत्पादन के लिए किया जाता है।[3]

अम्ल उत्प्रेरण

Main article: अम्ल उत्प्रेरण

प्रोटॉन एक व्यापक सजातीय उत्प्रेरक है[4] क्योंकि पानी सबसे आम विलायक है। पानी के स्व-आयनीकरण की प्रक्रिया द्वारा पानी प्रोटॉन बनाता है। एक उदाहरण में, अम्ल एस्टर केहाइड्रोलिसिस को तेज (उत्प्रेरित) करता है:

CH3CO2CH3 + H2O ⇌ CH3CO2H + CH3OH

तटस्थ पीएच पर,अधिकांश एस्टर के जलीय घोल व्यावहारिक दरों पर हाइड्रोलाइज नहीं करते हैं।

संक्रमण धातु-उत्प्रेरण

सजातीय उत्प्रेरक विल्किंसन के उत्प्रेरक द्वारा उत्प्रेरित एक एल्केन के हाइड्रोजनीकरण के लिए तंत्र।

हाइड्रोजनीकरण और संबंधित प्रतिक्रियाएं

रिडक्टिव ट्रांसफॉर्मेशन का एक प्रमुख वर्ग हाइड्रोजनीकरण है। इस प्रक्रिया में H2 असंतृप्त सबस्ट्रेट्स में जोड़ा गया। एक संबंधित पद्धति, स्थानांतरण हाइड्रोजनीकरण ,एक सब्सट्रेट (हाइड्रोजन डोनर) से दूसरे (हाइड्रोजन स्वीकर्ता) में हाइड्रोजन के हस्तांतरण द्वारा सम्मिलित है। संबंधित प्रतिक्रियाओं में HX जोड़ सम्मिलित हैं जहां X = सिलील (हाइड्रोसिलिलेशन) और CN (हाइड्रोसायनेशन)अधिकांश बड़े श्रेणी पर औद्योगिक हाइड्रोजनीकरण - मार्जरीन, अमोनिया, बेंजीन-टू-साइक्लोहेक्सेन - विषम उत्प्रेरक के साथ संचालित होते हैं। हालांकि, ठीक रासायनिक संश्लेषण अधिकतर सजातीय उत्प्रेरक पर निर्भर करते हैं।

कार्बोनाइलीकरण

हाइड्रोफॉर्माइलेशन ,कार्बोनिलेशन का एक प्रमुख रूप है,जिसमें एक डबल बॉन्ड में H और "C(O)H" को जोड़ना सम्मिलित है। यह प्रक्रिया विशेष रूप से घुलनशील रोडियम और कोबाल्ट युक्त परिसरों के साथ अनुमानतः आयोजित की जाती है।[5]

एक संबंधित कार्बोनिलेशन अल्कोहल का कार्बोक्जिलिक एसिड में रूपांतरण है। मेथनॉल और कार्बन मोनोआक्साइड सजातीय उत्प्रेरक की उपस्थिति में एसिटिक एसिड देने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं, जैसा कि मोनसेंटो प्रक्रिया और कैटिवा प्रक्रियाओं में अभ्यास किया जाता है। संबंधित प्रतिक्रियाओं में हाइड्रोकार्बन और हाइड्रोस्टरीफिकेशन सम्मिलित हैं।

पॉलीमराइजेशन और एल्केनीज़ का मेटाथिसिस

कई पॉलीओलेफ़िन, उदहारण- पॉलीइथाइलीन और पॉलीप्रोपाइलीन, ज़िग्लर-नट्टा कटैलिसीस द्वारा एथिलीन और प्रोपलीन से निर्मित होते हैं। विषम उत्प्रेरक आच्छादित हैं, लेकिन कई घुलनशील उत्प्रेरक विशेष रूप से स्टीरियोस्पेसिफिक पॉलिमर के लिए कार्यरत हैं।[6] ओलेफिन मेटाथिसिस प्रायः उद्योग में विषम रूप से उत्प्रेरित होता है, लेकिन सजातीय रूप ठीक रासायनिक संश्लेषण में मूल्यवान होते हैं।[7] ऑक्सीकरण सजातीय उत्प्रेरक का उपयोग विभिन्न प्रकार के ऑक्सीकरणों में भी किया जाता है। वैकर प्रक्रिया है, एसीटैल्डिहाइड एथीन और ऑक्सीजन से उत्पन्न होता है। कई गैर-ऑर्गेनोमेटेलिक परिसरों का भी व्यापक रूप से कटैलिसीस में उपयोग किया जाता है, उदहारण- ज़ाइलीन से टेरेफ्थालिक एसिड के उत्पादन के लिए। एल्केन्स धातु परिसरों द्वारा एपॉक्सीडाइज़ और डायहाइड्रॉक्सिलेटेड होते हैं, जैसा कि हैल्कॉन प्रक्रिया और शार्पलेस डायहाइड्रॉक्सिलेशन द्वारा चित्रित किया गया है।

एनजाइम (धातुएंजाइम सहित)

एंजाइम सजातीय उत्प्रेरक हैं, जो जीवन के लिए आवश्यक हैं लेकिन औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए भी उपयोग किए जाते हैं। एक अच्छी तरह से अध्ययन किया गया उदाहरण कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ है, जो रक्तप्रवाह से फेफड़ों में CO2 को निकालने के लिए उत्प्रेरित करता है। एंजाइमों में सजातीय और विषमांगी उत्प्रेरक दोनों के गुण होते हैं। जैसे, प्रायः उत्प्रेरक की तीसरी, अलग श्रेणी के रूप में माना जाता है। एंजाइमेटिक उत्प्रेरण में पानी एक सामान्य अभिकर्मक है। एस्टर और एमाइड तटस्थ पानी में हाइड्रोलाइज करने में धीमे होते हैं, लेकिन धातु एंजाइम से दरें तेजी से प्रभावित होती हैं, जिन्हें बड़े समन्वय परिसरों के रूप में देखा जा सकता है। एक्रिलामाइड, एक्राइलोनाइट्राइल के एंजाइम-उत्प्रेरित हाइड्रोलिसिस द्वारा तैयार किया जाता है।[8] 2007 तक अमेरिका में एक्रिलामाइड की मांग 253,000,000 पाउंड (115,000,000 किग्रा) थी।

लाभ और हानि

लाभ

  • सजातीय उत्प्रेरक प्रायः विषम उत्प्रेरक की सादृशता में अधिक चयनात्मक होते हैं।
  • एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रियाओं के लिए,सजातीय उत्प्रेरक गर्मी को विलायक में सन्निक्षेप करते हैं।
  • सजातीय उत्प्रेरक को सटीक रूप से चिह्नित करना आसान होता है, इसलिए उनकी प्रतिक्रिया तंत्र तर्कसंगत हेरफेर के लिए उत्तरदायी होते हैं।[9]

हानि

  • उत्पादों से सजातीय उत्प्रेरकों को पृथक करना चुनौतीपूर्ण हो सकता है। कुछ मामलों में उच्च गतिविधि उत्प्रेरक सम्मिलित होते हैं, उत्प्रेरक को उत्पाद से नहीं हटाया जाता है। अन्य स्थिति में, जैविक उत्पाद पर्याप्त रूप से अस्थिर होते हैं कि उन्हें आसवन द्वारा अलग किया जा सकता है।
  • विषमांगी उत्प्रेरक की तुलना में सजातीय उत्प्रेरक में सीमित तापीय स्थिरता होती है। कई ऑर्गेनोमेटेलिक कॉम्प्लेक्स <100 डिग्री सेल्सियस कम हो जाते हैं। कुछ पिंसर कॉम्प्लेक्स: पिनसर-आधारित उत्प्रेरक, हालांकि, 200 डिग्री सेल्सियस के निकट काम करते हैं।[10]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "catalyst". doi:10.1351/goldbook.C00876
  2. ↑ van Leeuwen, P. W. N. M.; Chadwick, J. C. (2011). सजातीय उत्प्रेरक: गतिविधि - स्थिरता - निष्क्रियता. Wiley-VCH, Weinheim. ISBN 9783527635993. OCLC 739118524..
  3. ↑ Klosin, Jerzy; Fontaine, Philip P.; Figueroa, Ruth (2015). "उच्च तापमान एथिलीन-α-Olefin Copolymerization प्रतिक्रियाओं के लिए समूह IV आणविक उत्प्रेरक का विकास". Accounts of Chemical Research. 48 (7): 2004–2016. doi:10.1021/acs.accounts.5b00065. PMID 26151395.
  4. ↑ Bell, R. P. (11 November 2013). रसायन विज्ञान में प्रोटॉन (in English). New York, NY: Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4757-1592-7. OCLC 1066192105.
  5. ↑ Cornils, Boy; Börner, Armin; Franke, Robert; Zhang, Baoxin; Wiebus, Ernst; Schmid, Klaus (2017). "Hydroformylation". Organometallic यौगिकों के साथ अनुप्रयुक्त सजातीय कटैलिसीस. pp. 23–90. doi:10.1002/9783527651733.ch2. ISBN 9783527328970.
  6. ↑ Elschenbroich, C. ”Organometallics” (2006) Wiley-VCH: Weinheim. ISBN 978-3-527-29390-2
  7. ↑ Beckerle, Klaus; Okuda, Jun; Kaminsky, Walter; Luinstra, Gerrit A.; Baier, Moritz C.; Mecking, Stefan; Ricci, Giovanni; Leone, Giuseppe; Mleczko, Leslaw; Wolf, Aurel; Grosse Böwing, Alexandra (2017). "Polymerization and Copolymerization". Organometallic यौगिकों के साथ अनुप्रयुक्त सजातीय कटैलिसीस. pp. 191–306. doi:10.1002/9783527651733.ch4. ISBN 9783527328970.
  8. ↑ Ohara, Takashi; Sato, Takahisa; Shimizu, Noboru; Prescher, Günter; Schwind, Helmut; Weiberg, Otto; Marten, Klaus; Greim, Helmut (2003). "Acrylic Acid and Derivatives". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a01_161.pub2.
  9. ↑ G. O. Spessard and G. L. Miessler "Organometallic Chemistry", Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 1997, pp. 249-251.
  10. ↑ Haibach, Michael C.; Kundu, Sabuj; Brookhart, Maurice; Goldman, Alan S. (2012). "अग्रानुक्रम द्वारा अल्केन मेटाथिसिस". Accounts of Chemical Research. 45 (6): 947–958. doi:10.1021/ar3000713. PMID 22584036.
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