التحفيز المتجانس

📅 آخر تحديث: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

في الكيمياء، يُعرف التحفيز المتجانس بأنه التحفيز الذي يكون فيه العامل الحفاز في نفس طور المواد المتفاعلة، وخاصةً باستخدام عامل حفاز قابل للذوبان في محلول. في المقابل، يصف التحفيز غير المتجانس العمليات التي يكون فيها العامل الحفاز والمادة المتفاعلة في أطوار مختلفة، عادةً ما تكون صلبة وغازية على التوالي. [ 1 ] يُستخدم هذا المصطلح بشكل شبه حصري لوصف المحاليل، ويشير إلى التحفيز بواسطة المركبات العضوية الفلزية . يُعد التحفيز المتجانس تقنية راسخة لا تزال تتطور. ومن أبرز تطبيقاته إنتاج حمض الخليك . وتُعد الإنزيمات أمثلة على العوامل الحفازة المتجانسة. [ 2 ]

أمثلة

مركب ذو هندسة مقيدة . تُستخدم هذه المحفزات الأولية لإنتاج البولي أوليفينات مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين . [ 3 ]

محفز حمضي

يُعدّ البروتون عاملًا حفازًا متجانسًا واسع الانتشار [ 4 ] لأن الماء هو المذيب الأكثر شيوعًا. يُكوّن الماء البروتونات من خلال عملية التأين الذاتي . على سبيل المثال، تُسرّع الأحماض (تحفّز) عملية التحلل المائي للإسترات .

CH 3 CO 2 CH 3 + H 2 O ⇌ CH 3 CO 2 H + CH 3 OH

عند درجة حموضة متعادلة، لا تتحلل المحاليل المائية لمعظم الإسترات بمعدلات عملية.

التحفيز بالمعادن الانتقالية

آلية هدرجة الألكين المحفزة بواسطة المحفز المتجانس محفز ويلكنسون .

تُعدّ الهدرجة فئةً بارزةً من التحولات الاختزالية . في هذه العملية، لا يُضاف الهيدروجين (H₂ ) إلى الركائز غير المشبعة. وتتضمن منهجيةٌ ذات صلة، هي الهدرجة الانتقالية ، نقل الهيدروجين من ركيزةٍ (مانحة الهيدروجين) إلى أخرى (مستقبلة الهيدروجين). وتشمل التفاعلات ذات الصلة "إضافات HX" حيث X = سيليل ( هدرجة السيليل ) وCN ( هدرجة السيانات ). تُجرى معظم عمليات الهدرجة الصناعية واسعة النطاق - مثل السمن النباتي والأمونيا وتحويل البنزين إلى سيكلوهكسان - باستخدام محفزات غير متجانسة. ومع ذلك، غالبًا ما تعتمد عمليات تصنيع المواد الكيميائية الدقيقة على محفزات متجانسة.

الكربنة

تتضمن عملية الهيدروفورميليشن ، وهي شكل بارز من أشكال الكربنة ، إضافة الهيدروجين ومجموعة "C(O)H" عبر رابطة مزدوجة. وتُجرى هذه العملية بشكل حصري تقريبًا باستخدام مركبات قابلة للذوبان تحتوي على الروديوم والكوبالت . [ 5 ]

تُعدّ عملية الكربنة تحويل الكحولات إلى أحماض كربوكسيلية. يتفاعل الميثانول وأول أكسيد الكربون بوجود محفزات متجانسة لإنتاج حمض الأسيتيك ، كما هو مُتبع في عملية مونسانتو وعمليات كاتيفا . تشمل التفاعلات ذات الصلة عملية الكربوكسيل الهيدروجيني وعملية الأسترة الهيدروجينية .

بلمرة وتفاعل تبادل الألكينات

تُنتَج العديد من البولي أوليفينات، مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين، من الإيثيلين والبروبيلين باستخدام حفز زيغلر-ناتا . وتُهيمن المحفزات غير المتجانسة، ولكن تُستخدم العديد من المحفزات القابلة للذوبان، خاصةً للبوليمرات ذات التخصص الفراغي. [ 6 ] عادةً ما يُحفَّز تفاعل تبادل الأوليفينات بشكل غير متجانس في الصناعة، ولكن للأنواع المتجانسة قيمة كبيرة في تصنيع المواد الكيميائية الدقيقة. [ 7 ]

الأكسدة

تُستخدم المحفزات المتجانسة أيضًا في العديد من عمليات الأكسدة. ففي عملية واكر ، يُنتج الأسيتالدهيد من الإيثين والأكسجين . كما تُستخدم العديد من المركبات غير العضوية المعدنية على نطاق واسع في التحفيز، على سبيل المثال في إنتاج حمض التيريفثاليك من الزيلين . وتُخضع الألكينات لعمليات الأكسدة الإيبوكسيدية والهيدروكسيلية الثنائية بواسطة المركبات المعدنية، كما يتضح من عملية هالكون وعملية شاربلس للهيدروكسيلية الثنائية .

الإنزيمات (بما في ذلك الإنزيمات المعدنية)

الإنزيمات عوامل حفزية متجانسة ضرورية للحياة، وتُستخدم أيضًا في العمليات الصناعية. ومن الأمثلة المدروسة جيدًا إنزيم الأنهيدراز الكربوني ، الذي يحفز إطلاق ثاني أكسيد الكربون من مجرى الدم إلى الرئتين. تمتلك الإنزيمات خصائص كل من العوامل الحفزية المتجانسة وغير المتجانسة، ولذلك تُصنف عادةً كفئة ثالثة منفصلة من العوامل الحفزية. يُعد الماء كاشفًا شائعًا في التحفيز الإنزيمي. تتحلل الإسترات والأميدات ببطء في الماء المتعادل، لكن معدلات التحلل تتأثر بشدة بالإنزيمات المعدنية ، التي يمكن اعتبارها معقدات تنسيقية كبيرة. يُحضر الأكريلاميد عن طريق التحلل المائي للأكريلونيتريل المحفز بالإنزيم . [ 8 ] بلغ الطلب الأمريكي على الأكريلاميد 253 مليون رطل (115 مليون كيلوغرام) في عام 2007. 

المزايا والعيوب

المزايا

  • غالباً ما تكون المحفزات المتجانسة أكثر انتقائية من المحفزات غير المتجانسة.
  • بالنسبة للعمليات الطاردة للحرارة، تقوم المحفزات المتجانسة بإطلاق الحرارة في المذيب.
  • يسهل توصيف المحفزات المتجانسة، مما يجعل آليات تفاعلها قابلة للتلاعب العقلاني. [ 9 ]

العيوب

  • قد يكون فصل المحفزات المتجانسة عن المنتجات أمرًا صعبًا. في بعض الحالات التي تتضمن محفزات عالية النشاط، لا يُزال المحفز من المنتج. وفي حالات أخرى، يمكن للتقطير استخلاص المنتجات العضوية المتطايرة.
  • تتميز المحفزات المتجانسة بثبات حراري محدود مقارنةً بالمحفزات غير المتجانسة. تتحلل العديد من المركبات العضوية المعدنية عند درجة حرارة أقل من 100  درجة مئوية. ومع ذلك، تعمل بعض المحفزات القائمة على بنية الملقط  عند درجة حرارة تقارب 200 درجة مئوية. [ 10 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " المحفز ". doi : 10.1351/goldbook.C00876
  2. ↑ فان ليوين، PWNM؛ تشادويك، JC (2011). المحفزات المتجانسة: النشاط - الاستقرار - التعطيل . وايلي-في سي إتش، فاينهايم. ISBN 9783527635993. OCLC 739118524 ​​. .
  3. ↑ كلوسين، جيرزي؛ فونتين، فيليب ب.؛ فيغيروا، روث (2015). "تطوير محفزات جزيئية من المجموعة الرابعة لتفاعلات بلمرة الإيثيلين-ألفا-أوليفين عند درجات حرارة عالية" . مجلة أبحاث الكيمياء . 48 (7): 2004-2016 . doi : 10.1021/acs.accounts.5b00065 . PMID 26151395 . 
  4. ↑ بيل، آر بي (11 نوفمبر 2013). البروتون في الكيمياء . نيويورك، نيويورك: سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ISBN 978-1-4757-1592-7. OCLC 1066192105 . 
  5. ↑ كورنيلز، بوي؛ بورنر، أرمين؛ فرانكي، روبرت؛ تشانغ، باوكسين؛ ويبوس، إرنست؛ شميد، كلاوس (2017). "التشكيل الهيدروجيني". الحفز المتجانس التطبيقي بالمركبات المعدنية العضوية . الصفحات من 23 إلى 90. دوى : 10.1002/9783527651733.ch2 . رقم ISBN  9783527328970.
  6. ↑ Elschenbroich، C. "المعادن العضوية" (2006) Wiley-VCH: Weinheim. رقم ISBN 978-3-527-29390-2
  7. ↑ بيكرلي، كلاوس؛ أوكودا، جون؛ كامينسكي، والتر؛ لوينسترا، جيريت أ.؛ باير، موريتز س.؛ ميكينغ، ستيفان؛ ريتشي، جيوفاني؛ ليون، جوزيبي؛ مليكزكو، ليسلاو؛ وولف، أوريل؛ غروس بوينغ، ألكسندرا (2017). "البلمرة والبلمرة المشتركة". التحفيز المتجانس التطبيقي باستخدام المركبات العضوية المعدنية . الصفحات 191-306 . doi : 10.1002/9783527651733.ch4 . ISBN  9783527328970.
  8. ^ أوهارا، تاكاشي؛ ساتو، تاكاهيسا؛ شيميزو، نوبورو؛ بريشر، غونتر؛ شويند، هيلموت؛ ويبيرج، أوتو؛ مارتن، كلاوس؛ جريم ، هيلموت (2003). “حمض الأكريليك ومشتقاته”. موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-VCH. دوى : 10.1002/14356007.a01_161.pub2 . رقم ISBN 3527306730.
  9. ↑ GO Spessard و GL Miessler "الكيمياء العضوية المعدنية"، برنتيس هول، أبر سادل ريفر، نيوجيرسي، 1997، ص 249-251.
  10. ↑ هايباخ، مايكل سي؛ كوندو، سابوج؛ بروكهارت، موريس؛ غولدمان، آلان إس. (2012). "تفاعل تبادل الألكانات عن طريق التحفيز المتسلسل لنزع الهيدروجين من الألكانات - تبادل الأوليفينات والكيمياء ذات الصلة". مجلة أبحاث الكيمياء . 45 (6): 947-958 . doi : 10.1021/ar3000713 . PMID 22584036 .