Вплив розчинника на швидкість каталітичного розкладу аліфатичних пероксикислот

Вивчено каталітичну активність ацетатів мангану, кобальту, ніколу, міді, хрому та бензоату церію в реакції розкладу пероксидеканової кислоти (ПКК). Показано, що каталітична активність солей спадає в ряді: Mn⁺²>Co⁺²>Ce⁺³>Cr⁺³>Ni⁺²>Cu⁺². Знайдено ефективні константи швидкості та е...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2008
Автори: Дутка, В., Загорська, В., Дутка, Ю., Мацюк, Н.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Західний науковий центр НАН України і МОН України 2008
Назва видання:Праці наукового товариства ім. Шевченка
Теми:
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74098
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Вплив розчинника на швидкість каталітичного розкладу аліфатичних пероксикислот / В. Дутка, В. Загорська, Ю. Дутка, Н. Мацюк // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2008. — Т. XXI: Хемія і біохемія. — С. 74-79. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-74098
record_format dspace
spelling irk-123456789-740982015-01-19T03:01:51Z Вплив розчинника на швидкість каталітичного розкладу аліфатичних пероксикислот Дутка, В. Загорська, В. Дутка, Ю. Мацюк, Н. Хемія Вивчено каталітичну активність ацетатів мангану, кобальту, ніколу, міді, хрому та бензоату церію в реакції розкладу пероксидеканової кислоти (ПКК). Показано, що каталітична активність солей спадає в ряді: Mn⁺²>Co⁺²>Ce⁺³>Cr⁺³>Ni⁺²>Cu⁺². Знайдено ефективні константи швидкості та енергії активації каталітичного розкладу. Показано, що механізм реакції охоплює швидке формування проміжної сполуки йон металу каталізатора – пероксикислота, яка розпадаючись дає продукти реакції. Запропоновано кінетичне рівняння реакції каталітичного розкладу. Ключові слова: пероксикислоти, каталітичний розклад, константа швидкості каталітичного розкладу. Catalytic activity of Mangan, Cobalt, Nickel, Copper, Chrome acetates and Cerium benzoate in peroxydecanoic acid (PDA) decomposition reaction was studied. It was shown, catalytic activity of salts falls in the next raw: Mn⁺²>Co⁺²>Ce⁺³>Cr⁺³>Ni⁺²>Cu⁺². Effective constants of catalytic decomposition rate and activation energies were found. It was shown, that reaction mechanism includes fast creation of metal catalyst ion intermediate compound – peroxyacid, which during its decomposition on the second stage gives reaction products. It was proposed kinetic reaction of catalytic decomposition. Key words: peroxyacids, catalytic decomposition, solvent effects, decomposition rate constant, activation energies. 2008 Article Вплив розчинника на швидкість каталітичного розкладу аліфатичних пероксикислот / В. Дутка, В. Загорська, Ю. Дутка, Н. Мацюк // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2008. — Т. XXI: Хемія і біохемія. — С. 74-79. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 1563-3569 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74098 547.292-39:542.924 uk Праці наукового товариства ім. Шевченка Західний науковий центр НАН України і МОН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
topic Хемія
Хемія
spellingShingle Хемія
Хемія
Дутка, В.
Загорська, В.
Дутка, Ю.
Мацюк, Н.
Вплив розчинника на швидкість каталітичного розкладу аліфатичних пероксикислот
Праці наукового товариства ім. Шевченка
description Вивчено каталітичну активність ацетатів мангану, кобальту, ніколу, міді, хрому та бензоату церію в реакції розкладу пероксидеканової кислоти (ПКК). Показано, що каталітична активність солей спадає в ряді: Mn⁺²>Co⁺²>Ce⁺³>Cr⁺³>Ni⁺²>Cu⁺². Знайдено ефективні константи швидкості та енергії активації каталітичного розкладу. Показано, що механізм реакції охоплює швидке формування проміжної сполуки йон металу каталізатора – пероксикислота, яка розпадаючись дає продукти реакції. Запропоновано кінетичне рівняння реакції каталітичного розкладу. Ключові слова: пероксикислоти, каталітичний розклад, константа швидкості каталітичного розкладу.
format Article
author Дутка, В.
Загорська, В.
Дутка, Ю.
Мацюк, Н.
author_facet Дутка, В.
Загорська, В.
Дутка, Ю.
Мацюк, Н.
author_sort Дутка, В.
title Вплив розчинника на швидкість каталітичного розкладу аліфатичних пероксикислот
title_short Вплив розчинника на швидкість каталітичного розкладу аліфатичних пероксикислот
title_full Вплив розчинника на швидкість каталітичного розкладу аліфатичних пероксикислот
title_fullStr Вплив розчинника на швидкість каталітичного розкладу аліфатичних пероксикислот
title_full_unstemmed Вплив розчинника на швидкість каталітичного розкладу аліфатичних пероксикислот
title_sort вплив розчинника на швидкість каталітичного розкладу аліфатичних пероксикислот
publisher Західний науковий центр НАН України і МОН України
publishDate 2008
topic_facet Хемія
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74098
citation_txt Вплив розчинника на швидкість каталітичного розкладу аліфатичних пероксикислот / В. Дутка, В. Загорська, Ю. Дутка, Н. Мацюк // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2008. — Т. XXI: Хемія і біохемія. — С. 74-79. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.
series Праці наукового товариства ім. Шевченка
work_keys_str_mv AT dutkav vplivrozčinnikanašvidkístʹkatalítičnogorozkladualífatičnihperoksikislot
AT zagorsʹkav vplivrozčinnikanašvidkístʹkatalítičnogorozkladualífatičnihperoksikislot
AT dutkaû vplivrozčinnikanašvidkístʹkatalítičnogorozkladualífatičnihperoksikislot
AT macûkn vplivrozčinnikanašvidkístʹkatalítičnogorozkladualífatičnihperoksikislot
first_indexed 2025-07-05T22:34:40Z
last_indexed 2025-07-05T22:34:40Z
_version_ 1836848127118671872
fulltext Праці НТШ Хем. Біохем. 2008. Т. 21. C. 74–79 Proc. Sevchenko Sci. Soc. Chem. Biochem. 2008. Vol. 21. P. 74–79 УДК 547.292-39:542.924 Володимир ДУТКА, Вікторія ЗАГОРСЬКА, Юрій ДУТКА, Наталія МАЦЮК ВПЛИВ РОЗЧИННИКА НА ШВИДКІСТЬ КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ АЛІФАТИЧНИХ ПЕРОКСИКИСЛОТ Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 м. Львів, e-mail: vika−foxy@bigmir.net Вивчено каталітичну активність ацетатів мангану, кобальту, ніколу, міді, хрому та бензоату церію в реакції розкладу пероксидеканової кислоти (ПКК). Показано, що каталітична активність солей спадає в ряді: Mn+2>Co+2>Ce+3>Cr+3>Ni+2>Cu+2. Знайдено ефективні константи швидкості та енергії активації каталітичного роз- кладу. Показано, що механізм реакції охоплює швидке формування проміжної сполу- ки йон металу каталізатора – пероксикислота, яка розпадаючись дає продукти ре- акції. Запропоновано кінетичне рівняння реакції каталітичного розкладу. Ключові слова: пероксикислоти, каталітичний розклад, константа швидкості ка- талітичного розкладу. Пероксикислоти (ПК) є нестабільними органічними пероксидами, тому що в чистому вигляді та в розчинах здатні розкладатися з високими швидкостями, інко- ли за багатьма механізмами одночасно [1–3]. Однак сьогодні ПК практично неза- мінні в процесах одержання епоксидних сполук, оксидів, сульфоксидів та інші. То- му інформація про можливі механізми їхнього розкладу в різних середовищах є ак- туальною. Активний розклад ПК спричиняють йони металів змінного ступеня окиснення, які можуть потрапляти в реакційні суміші в ході синтезу та за рахунок корозії обладнання, в якому відбуваються процеси з пероксидними сполуками. В більшості праць з вивчення каталітичного розкладу ПК використовували солі ко- бальту, а каталітичну активність інших йонів досліджено недостатньо [4–7]. Мета нашої праці дослідити каталітичну активність солей ніколу, кобальту, церію, хро- му, міді, мангану в реакції розкладу пероксидеканової кислоти (ПКК) в різних органічних розчинниках . Пероксикислоту отримували реакцією деканової кислоти з пероксидом водню в середовищі концентрованої сульфатної кислоти за методикою [8]. Після синтезу одержаний препарат декілька разів перекристалізовували з гексану, в досліджен- нях використовували зразки з вмістом ПКК не менше, ніж 99%. Як каталізатори використовували ацетати міді, ніколу, кобальту, хрому, мангану та бензоат церію. Всі розчинники очищували за методиками [9–10] та переганяли в атмосфері арго- ну, відбираючи фракції, фізико-хімічні параметри яких відповідали літературним ВПЛИВ РОЗЧИННИКА НА ШВИДКІСТЬ КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ АЛІФАТИЧНИХ ... 75 даним. Швидкість каталітичного розкладу ПКК вивчали в скляному реакторі в ат- мосфері аргону в інтервалі температур 303–323 К. Розчин пероксикислоти певної концентрації термостатували за визначеної температури протягом 10–15 хв після цього в реактор швидко вводили мікрошприцом розчин каталізатора в оцтовій кис- лоті та відмічали початок реакції. Через певні проміжки часу з реакційної суміші відбирали проби, в яких визначали вміст ПКК йодометрично [11]. Попередньо було з’ясовано, що нагрівання розчинів ППК у досліджуваних роз- чинниках без каталізатора при температурах 303–323 К протягом 4–6 год не змі- нювало концентрації пероксикислоти. Кінетика каталітичного розкладу ПКК доб- ре описується кінетичним рівнянням реакції першого порядку. В координатах lnC0/Ct від t дані кінетичних досліджень – лінійні (рис. 1). 0 20 40 60 80 100 120 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 5 4 3 2 1 ln C 0/C t t,хв Рис. 1. Кінетичні криві каталітичного розкладу ПКК в оцтовій кислоті в присутності ацетату хрому. Концентрація каталізатора 8,0 10–4 моль/л. Температура, К: 1 – 303; 2 – 308; 3 – 313; 4 – 318; 5 – 323. За тангенсом кута нахилу кінетичних залежностей (рис. 1) розрахували сумарні константи швидкості (kеф) каталітичного розкладу ППК в оцтовій кислоті в при- сутності досліджуваних каталізаторів (див. табл. 1). За температурною залежністю kеф знайдено ефективні енергії активації процесу каталітичного розкладу ПКК (Еак). Числові значення ефективних констант швидкості каталітичного розкладу в досліджуваному інтервалі температур змінюються в досить широких межах. Швидкість каталітичного розкладу ПКК у присутності ацетату міді та ніколу нез- начна. Ацетат мангану та кобальту виявляють високу каталітичну активність у досліджуваній реакції. Каталітична активність досліджуваних йонів, яку визначали за числовим зна- ченням kеф та концентрацією солі-каталізатора, зменшується в ряді: Mn+2> Co+2> Ce+3> Cr+3>Ni+2>Cu+2. Енергія активації процесів каталітичного розкладу ПКК у присутності ацетатів мангану, кобальту, ніколу та хрому близькі та лежать у ме- жах 80,4–88,0 кДж/моль. Процес, який відбувається за участю ацетатів міді та бен- зоату церію, характеризується нижчими значеннями Еак.(табл. 1). Механізм каталі- тичного розкладу пероксикислот у присутності йонів металів змінного ступеня 76 ВОЛОДИМИР ДУТКА, ВІКТОРІЯ ЗАГОРСЬКА, ЮРІЙ ДУТКА, НАТАЛІЯ МАЦЮК окиснення охоплює в почергове окиснення – відновлення йона металу каталізатора згідно зі схемою: R C O HOO Me R C O O Me OH+ +(n+1) ++n+ Таблиця 1 Кінетичні та активаційні параметри каталітичного розкладу ПКК (С0=0,1 моль/л) в оцтовій кислоті в присутності досліджуваних каталізаторів kеф·105, с-1, Δk = 0.03k Каталізатор Концентрація каталізатора, Скат·104 моль/л 303 K 308 К 313 К 318 K 323K Енергія активації, Еак, кДж/моль Cu(CH3COO)2 67 0,467 0,670 0,840 – 1,44 45,9 Ni(CH3 COO)2 30 1,89 2,83 5,17 8,17 15,0 80,4 Ce(C6H5COO)3 8,0 3,13 4,66 7,29 10,4 15,7 65,5 Cr(CH3COO)3 8,0 2,15 3,53 6,14 10,4 18,0 88,0 Co(CH3COO)2 4,0 27,0* 65,4 97,4 151 265 83,1 Mn(CH3COO)2 0,80 24,1 38,5 66,8 112 192 84,0 *Температура 301 К. Еак визначено з точністю ±5,0 кДж/моль Подібний механізм каталітичного розкладу спостерігали для реакцій гідропер- оксидів у присутності йонів металів змінного ступеня окиснення [12]. При контак- ті солі-каталізатора з розчином ПКК спостерігали зміну кольору реакційного сере- довища. Слаборожеві розчини ацетату кобальту ставали темно-зеленими, а без- барвні розчини бензоату церію – жовтими, що свідчить про проходження реакції окиснення йона металу каталізатора. У випадку каталітичного розкладу ПКК в присутності ацетату марганцю спостерігали окиснення йона Mn+2 до Mn+4 та Mn+6, чим, напевно, і можна пояснити високу каталітичну активність ацетату мангану в досліджуваній реакції. У всіх каталітичних процесах простежувалась слабка люмі- несценція. Зазначені факти можуть бути аргументом на користь запропонованої схеми почергового окиснення–відновлення йона металу-каталізатора в присутнос- ті пероксикислоти. Заміна розчинника в досліджуваному процесі приводить до зміни числових значень kеф, однак порядок реакції не міняється. На рис. 2 показано дані каталітич- ного розкладу ПКК в діоксані в присутності ацетату кобальту. Як свідчать одержані результати, каталітичний розклад ПКК у діоксані добре описується кінетичним рівнянням швидкості реакції першого порядку. В толуені та тетрахлорметані кінетичні криві лінійні лише на початкових стадіях реакції, при глибших ступенях перетворення швидкість процесу різко зменшується. Зменшен- ня швидкості процесу з конверсією в цих розчинниках пояснюється швидкою дез- активацією йонів металу каталізатора. За тангенсом кута нахилу кінетичних залеж- R C O HO O Me R C O O Me H O + +(n+1) ++ n+ + ВПЛИВ РОЗЧИННИКА НА ШВИДКІСТЬ КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ АЛІФАТИЧНИХ ... 77 ностей було обчислено сумарні константи швидкості каталітичного розкладу ПКК, числові значення яких наведено в табл. 2. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 5 4 3 2 1 ln C 0/C t t,хв Рис. 2. Кінетичні криві каталітичного розкладу ППК (С0 = 0,1 моль/л) в діоксані. Каталізатор – ацетат кобальту (Скат = 2,0 10–3 моль/л). Температура, К: 1 – 323; 2 – 318; 3 – 313; 4 – 308; 5 – 303. Таблиця 2 Ефективні константи швидкості та енергії активації реакції каталітичного розкладу ПКК (С0 = 0,1 моль/л) у присутності ацетату кобальту (Скат = 2,0·10–3 моль/л ) в досліджуваних розчинниках kеф·105, с-1. Δk = 0.03k Розчинник 303 К 308 К 313 К 318 К 323 К Енергія активації, Еак,кДж/моль Ацетон 6,82 14,8 31,8 63,3 126 121,0 Діоксан 18,5 42,2 69,0 136 270 107,3 Пропанол-2 37,8 76,8 175 320 750 121,0 Тетрахлорметан 35,5 67,1 132 287 517 110,8 Етилацетат – 99,4 162 270 573 94,5 Оцтова к-та 140 274 438 695 1180 85,5 Толуен 338 677 2290 5340 – 146,8 Еак визначено з точністю ±5,0 кДж/моль. З найбільшою швидкістю каталітичний розклад ПКК відбувається в толуені, а в ацетоні швидкість процесу найменша. Під час каталітичних дослідів у пропанолі-2 не спостерігали реакції ПКК з розчинником, яка можлива за вищих температур. Варто заначити, що при заміні оцтової кислоти на інший розчинник треба збільшу- вати концентрацію каталізатора – ацетату кобальту, оскільки при низькому вмісті солі - каталізатора каталітичний розклад ПКК у досліджуваних розчинниках не простежується. За температурною залежністю kеф розрахували ефективні енергії активації реакції каталітичного розкладу Еак, числові значення яких наведено в 78 ВОЛОДИМИР ДУТКА, ВІКТОРІЯ ЗАГОРСЬКА, ЮРІЙ ДУТКА, НАТАЛІЯ МАЦЮК табл. 2. Зауважимо, що Еак найменші в оцтовій кислоті, а в толуені числове зна- чення сумарної енергії активації майже вдвічі вище і становить 146,8 кДж/моль. Ефективні енергії активації процесу каталітичного розкладу в досліджуваних роз- чинниках значно вищі, ніж відповідний параметр, знайдений для розчину оцтової кислоти, і перебувають у межах від 94,5 кДж/моль для етилацетату до 146,8 кДж/моль для толуену (табл. 2). Отож, реакційне середовище, яке використовують для проведення каталітичної реакції впливає на величини kеф та на сумарні енергії активації процесу. Враховуючи отримані результати, можна запропонувати меха- нізм реакції каталітичного розкладу ПКК у присутності досліджуваних каталізато- рів. Перша стадія процесу – швидке формування проміжної сполуки ПКК та йону металу – каталізатора згідно зі схемою: ПКК + Me+n ↔ ПКК* Me+n (1) Цю стадію реації можна охарактеризувати константою рівноваги Кс. Лімітую- чою стадією процесу є розклад цієї проміжної сполуки. Швидкість розкладу про- міжної сполуки можна охарактеризувати „істинною” константою розкладу kр. Під час розкладу проміжної сполуки утворюються продукти реакції, йон металу ката- лізатора звільняється і може знову вступати в реакцію. Цю стадію процесу можна зобразити схемою: ПКК* Me+n → Продукти + Me+n. (2) Кінетичне рівняння каталітичного розкладу ПКК у присутності йонів металів має такий вигляд: W= ]ПКК[K1 ]Me][ПКК[Kk c n c.р + + , (3) де W – швидкість каталітичного розкладу; Кс – константа рівноваги утворення проміжної сполуки; kр – константа швидкості; [ПКК] та [Me+n] – вихідні концент- рації пероксикислоти та каталізатора. Очевидно, розчинник, в якому проводять реакцію, буде впливати на першу та на другу стадію процесу каталітичного розкладу. Перевірка рівняння підтверджує його правильність. Зменшення початкової концентрації ПКК при постійній кон- центрації каталізатора приводить до росту сумарної константи швидкості реакції каталітичного розкладу (табл. 3). Таблиця 3 Вплив вихідної концентрації пероксидеканової кислоти на сумарну константу швидкості каталітичного розкладу. Температура 313 К. Каталізатор ацетат кобальту kеф 105 , c-1; Δk=±0.03k Розчинник Скат103 моль/л 0,025 0,050 0,100 0,150 0,200 Оцтова к-та 0,40 125 116 97,4 96,8 96,2 Діоксан 2,0 89,1 82,3 69,0 65,5 63,1 Перетворивши рівняння 3, можна легко обчислити числові значення Кс та kр. Для цього будують лінійну залежність 1/W від 1/[ПКК]. За числовими залежностя- ми тангенса кута нахилу і відрізка, який відсікається на осі ординат, обчислюють Кс та kр В оцтовій кислоті Кс = 2,56 а kр = 1,25 с-1, тоді як для розчину діоксану Кс = 2,92 а kр = 0,15 с-1. Отож, природа реакційного середовища впливає на параметри реакції каталітичного розкладу пероксикислот. ВПЛИВ РОЗЧИННИКА НА ШВИДКІСТЬ КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ АЛІФАТИЧНИХ ... 79 ЛІТЕРАТУРА 1. Антоновский В.Л. Органические перекисне инициаторы. – М.: Химия, 1972 – С. 446. 2. Антоновский В.Л., Хурсан С.Л. Термолиз органических пероксидов в растворе.// Успехи химии. – 2003. – Т.72, № 11. – С. 1055–1080. 3. Swern D. Organic peroxides. – Vol. 1. – 1970. – Vol. 2. – 1972. Vol. 3. – 1972. 4. Метелев А.К., Шушунов В.А., Щенникова М.К., Гурьянова В.А. Каталитическое разложение перкаприновой и перуксусной кислот в ледяной уксусной кислоте, в воде и в их смеси // Кинетика и катализ – 1968. – Т. 9, № 6. – С. 1205–1210. 5. Дутка В.С., Ревкевич О. М., Ткаченко С.Л. Каталітичний розклад пероксикапринової кис- лоти // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім. 1997. Вип. 37. – С. 65–67. 6. Капустин А.Е., Егоренко А.А., Милько С.Б. Закономерности реакций надуксусной кислоты в присутствии ионов кобальта // Журн. физ. химии – 1990. – Т. 64, № 11. – С. 3093–3096. 7. Дутка В.С. Стабилизация растворов перкислот.// Укр. хим. журн. – 1991. – Т. 57, № 11. – С. 1136–1138. 8. Parker W.E., Rucciuti C., Ogg G.L., Swen D. Peroxides II. Preparation, characterization and polarographic behavior of long-chain aliphatic peracids // J. Amer. Soc. – 1955. – Vol 77, N 15.– P. 4037–4041. 9. Вайсбергер А., Проскауэр Э., Риддик Дж., Тупс Э. Органические растворители. – М.: Изд- во иностр. лит., 1958. – С. 520 . 10. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. – М.: Мир, 1976. – С. 541. 11. Антоновский В.Л., Бузланова М.М. Аналитическая химия органических пероксидов. – М.: Химия, 1978. – С. 308. 12. Скибида И.И. Кинетика и механизм распада органических гидроперекисей в присутствии соединений переходных металлов // Успехи химии. – 1975. – Т. 44, № 10. – С. 1729–1747. SUMMARY Volodymyr DUTKA, Viktoriya ZAGORSKA, Yuryy DUTKA, Natalia MATSIUK SOLVENT EFFECT OF ALIPHATIC PEROXYACIDS CATALYTIC DECOMPOSITION RATE Ivan Franko National University of Lviv, Kyryla and Mefodiya Str. 6, 79005 Lviv, Ukraine, e-mail: vika-foxy@bigmir.net Catalytic activity of Mangan, Cobalt, Nickel, Copper, Chrome acetates and Cerium benzoate in peroxyde- canoic acid (PDA) decomposition reaction was studied. It was shown, catalytic activity of salts falls in the next raw: Mn+2>Co+2>Ce+3>Cr+3>Ni+2>Cu+2. Effective constants of catalytic decomposition rate and activation ener- gies were found. It was shown, that reaction mechanism includes fast creation of metal catalyst ion intermedia- te compound – peroxyacid, which during its decomposition on the second stage gives reaction products. It was proposed kinetic reaction of catalytic decomposition. Key words: peroxyacids, catalytic decomposition, solvent effects, decomposition rate constant, activation energies. Надійшла 05.11.2008 Після доопрацювання 27.11.2008 Прийнята до друку 01.12.2008