Báo cáo khoa học: Xúc tác xanh (green catalysts), xúc tác trong hóa học xanh (green chemistry), xúc tác trên chất mang polyme rắn, polyme hòa tan và chất mang silica

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BÁO CÁO SEMINAR
NHỮNG TIẾN BỘ TRONG HÓA HỌC XANH
Chủ đề: XÚC TÁC XANH
Thực hiện:

Nguyễn Văn Tú
Phan Thị Phượng
Lâm Thị Thu Dung
Võ Thị Kiều Diễm

GVHD:

PGS.TS Phan Thanh Sơn Nam

- 51305919
- 91305001
- 13051164
- 13051163

TPHCM, tháng 4 năm 2014


Nghiên cứu
và công
nghiệp

Xúc tác
trong sản

xuất dược
phẩm

Xúc
tác

Lựa chọn
hệ xúc t|c
phù hợp?

Xúc tác trên
chất mang
rắn
2


NỘI DUNG
1
3

Tổng quan về xúc tác

2

Xúc tác phức trên chất mang polyme rắn

3

Xúc tác phức trên chất mang polyme hòa tan

4

Xúc tác phức trên chất mang Silica

5

Kết luận
3


LOGO

I. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC
1. Khái niệm
Chất xúc tác

Tăng tốc độ phản
ứng = tham gia
tương tác hóa học
với các chất phản
ứng ở giai đoạn
trung gian.

Được phục hồi lại và
giữ nguyên về lượng,

về thành phần và tính
chất hóa học.

Nguyễn Đình Soa. Hóa đại cương, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2011.

4


LOGO

I. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC
1. Khái niệm
Trong thực tế, chất xúc tác được sử dụng rộng rãi

trong sản xuất các hóa phẩm vô cơ, hữu cơ như
amoniac, axit sunfuric, rượu etylic, polime, cao su,
dược phẩm…

- Nguyễn Đình Soa. Hóa đại cương, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2011.
- />
5


I. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC

6


I. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC

7


I. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC

2. Phân loại

Quá trình xúc tác
Đồng thể

Dị thể

(Homogenous Catalyst)

(Heterogenous Catalyst)

Nguyễn Đình Soa. Hóa đại cương, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2011.

8


I. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC

3. Cơ chế tác dụng của chất xúc tác
Giảm năng
lượng hoạt

T|c dụng

hóa Ea

chủ yếu
Tăng tốc độ
phản ứng

9


I. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC

3. Cơ chế tác dụng của chất xúc tác
 Cơ chế tác dụng của xúc tác dị thể phức tạp hơn so

với xúc tác đồng thể. Phản ứng xảy ra trên bề mặt

chất xúc tác (ở các trung tâm hoạt động).

Nguyễn Đình Soa. Hóa đại cương, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2011.

10


LOGO

I. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC
4. Đặc điểm của chất xúc tác
Chỉ cần lượng nhỏ

Không thay đổi lượng và chất

Chọn lọc

Không làm thay đổi trạng thái
cấn bằng của phản ứng

Nguyễn Đình Soa. Hóa đại cương, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2011.

11


I. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC
5. Xúc tác với hóa học xanh
Phần lớn các quá trình sản xuất dược phẩm sử dụng xúc
tác đồng thể:
Hình thành sản phẩm phụ độc hại

Tạo ra chất thải trong cả khi phản ứng và
tách, tinh chế sản phẩm

Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

12


I. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC
5. Xúc tác với hóa học xanh
Phần lớn các quá trình sản xuất dược phẩm sử dụng xúc
tác đồng thể:

Sự nhiễm vết kim loại nặng

Khó thu hồi và tái sử dụng
Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

13

I. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC

5. Xúc tác với hóa học xanh
Để hạn chế việc tạo ra chất thải và các mặt hạn chế nói

trên, xúc tác trên chất mang rắn đã được quan tâm
nghiên cứu sử dụng:

T|ch v{ tinh chế đơn giản (lọc, ly t}m)

Có khả năng thu hồi, t|i sử dụng
Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

14


I. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC

5. Xúc tác với hóa học xanh
Để hạn chế việc tạo ra chất thải và các mặt hạn chế nói
trên, xúc tác trên chất mang rắn đã được quan tâm

nghiên cứu sử dụng:

Không nhiễm vết KL nặng
Không hoặc ít chất thải
Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

15


I. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC

5. Xúc tác với hóa học xanh
Tuy nhiên, việc sử dụng xúc tác trên chất mang rắn

cũng có những hạn chế nhất định:
 Hoạt tính và độ chọn lọc thấp hơn so với xúc tác đồng

thể tương ứng.
 Hiện tượng hòa tan xúc tác, kim loại hòa tan đóng vai

trò chủ yếu vào khả năng phản ứng của hệ.

Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

16


II. XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLYME RẮN

1. Xúc tác trong phản ứng hình thành liên kết C-C
Phản ứng
ghép đôi

Xúc tác phức

Một công trình

Suzuki giữa

Pd cố định

nghiên cứu

hợp chất

trên nhựa

đầu tiên - Jang

organoborane

Merrifield

và cộng sự

với dẫn xuất

alkenyl
bromide
Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

17


II. XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLYME RẮN

1. Xúc tác trong phản ứng hình thành liên kết C-C
Tổng hợp phức cố định trên nhựa Merrifield:

Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

18


II. XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLYME RẮN

1. Xúc tác trong phản ứng hình thành liên kết C-C
Phản ứng ghép đôi mạch C-C (phản ứng Suzuki):

Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

19


II. XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLYME RẮN

1. Xúc tác trong phản ứng hình thành liên kết C-C
Đặc điểm nổi bật:
Xúc tác có hoạt tính cao tương tự như dạng xúc
tác đồng thể là Pd(PPh3)4
Xúc tác được tách ra khỏi hỗn hợp sản phẩm
dễ dàng bằng phương pháp lọc
Lượng xúc tác sử dụng rất nhỏ

Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

20


II. XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLYME RẮN

1. Xúc tác trong phản ứng hình thành liên kết C-C
Đặc điểm nổi bật:

Khả năng tái sử dụng. Tái sử dụng 10 lần mà

hoạt tính giảm không đáng kể

Hiệu suất phản ứng rất cao (81-96%) = nguồn

Pd(PPh3)4 trong phản ứng xúc tác đồng thể

Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

21


II. XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLYME RẮN

2. Xúc tác trong phản ứng oxy hóa
* Các phản ứng oxy hóa nhóm chức là 1 trong

những quá trình cơ bản của tổng hợp hữu cơ.
* Hạn chế của phương pháp tổng hợp truyền

thống:

- Sử dụng dung môi hóa chất độc hại, làm giảm độ

tinh khiết sản phẩm.
- Quá trình tinh chế phức tạp.
Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

22


II. XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLYME RẮN

2. Xúc tác trong phản ứng oxy hóa
Nhóm nghiên cứu của Kobayashi: điều chế xúc tác
osmium tetroxide (OsO4) cố định trên polystyrene dạng

microcapsule. Sử dụng cho phản ứng dihydroxyl hóa
nhiều ankene khác nhau.

Suy nhược
Depression

Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

23


II. XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLYME RẮN

2. Xúc tác trong phản ứng oxy hóa
Đặc điểm nổi bật:

Hiệu suất khá cao (84%).
Xúc tác được tách ra khỏi hỗn hợp đơn giản
bằng lọc.
Tái sử dụng 5 lần mà hoạt tính xúc tác không
giảm.

Sản phẩm không bị nhiễm OsO4 như tổng
hợp trong hệ đồng thể.
Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

24


II. XÚC TÁC PHỨC TRÊN CHẤT MANG POLYME RẮN

3. Xúc tác trong phản ứng khử
Tương tự các phản ứng oxy hóa, các phản ứng khử

có sử dụng xúc tác đồng thể có những hạn chế:
- Sản phẩm có nguy cơ nhiễm vết xúc tác.
- Tách và tinh chế sản phẩm khó khăn, tạo ra nhiều
chất thải, tốn kém.
- Khó thu hồi và tái sử dụng.
Phan Thanh Sơn Nam. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, TPHCM, 2012.

25