Влияние концентрации катализатора

В работе было изучено влияние концентраций катализаторов на скорость протекания реакции метанолиза дифенилсилана.

В качестве катализаторов были исследованы три различных комплекса: [RhCl(PPh₃)₃], [Rh(DMSO)₃Cl₃] и [Pt(DESO)₂Cl₂]. При разбавлении (понижении концентрации) катализатора скорость реакции во всех трёх случаях падала, но характер этого изменения для каждого катализатора носит индивидуальный характер. На рисунке 5 изображены кинетические кривые реакции дегидроконденсации дифенилсилана и метанола в присутствии катализатора Уилкинсона при разных концентрациях, на рисунке 6 – катализатора [Rh(DMSO)₃Cl₃], а на рисунке 7 – катализатора [Pt(DESO)₂Cl₂].

Рисунок 5 – Влияние концентрации катализатора Уилкинсона на реакцию дегидроконденсации Ph₂SiH₂ (5,4·10^-3 моль) с CH₃OH (5·10^-2 моль)

1 – количество катализатора [RhCl(PPh₃)₃] 10 ·10^-7 моль;

2 – количество катализатора [RhCl(PPh₃)₃] 5 ·10^-7 моль;

3 – количество катализатора [RhCl(PPh₃)₃] 1 ·10^-7 моль.

В таблице 4 показаны мольные соотношения компонентов для данных экспериментов.

Таблица 4 – Мольные соотношения компонентов при различных концентрациях катализатора Уилкинсона

Рисунок 6 – Влияние концентрации катализатора [Rh(DMSO)₃Cl₃] на реакцию дегидроконденсации Ph₂SiH₂ (5,4·10^-3 моль) с CH₃OH (5·10^-2 моль)

1 – количество катализатора [Rh(DMSO)₃Cl₃] 10 ·10^-7 моль;

2 – количество катализатора [Rh(DMSO)₃Cl₃] 5 ·10^-7 моль;

3 – количество катализатора [Rh(DMSO)₃Cl₃] 1 ·10^-7 моль.

В таблице 5 показаны мольные соотношения компонентов для данных экспериментов.

Таблица 5 – Мольные соотношения компонентов при различных концентрациях катализатора [Rh(DMSO)₃Cl₃]

Рисунок 7 – Влияние концентрации катализатора [Pt(DESO)₂Cl₂] на реакцию дегидроконденсации Ph₂SiH₂ (5,4·10^-3 моль) с CH₃OH (5·10^-2 моль)

1 – количество катализатора [Pt(DESO)₂Cl₂] 10 ·10^-7 моль;

2 – количество катализатора [Pt(DESO)₂Cl₂] 5 ·10^-7 моль;

3 – количество катализатора [Pt(DESO)₂Cl₂] 1 ·10^-7 моль.

В таблице 6 показаны мольные соотношения компонентов для данных экспериментов.

Таблица 6 – Мольные соотношения компонентов при различных концентрациях катализатора [Pt(DESO)₂Cl₂]

Наиболее чувствительным к изменению концентрации катализатора является трифенилфосфиновый комплекс родия (I). При десятикратном разбавлении катализатора (соотношение всех остальных компонентов сохраняется постоянным) скорость реакции падает в 23 раза. А для диметилсульфоксидного комплекса родия (III) это изменение составило всего 6 раз, то есть трёхвалентный родий может успешно использоваться при меньших концентрациях по сравнению с катализатором Уилкинсона, что может оказаться решающим фактором при проведении реакции в практических условиях.

Платиновый диэтилсульфоксидный катализатор по этому показателю находится в промежуточном состоянии между Rh (I) и Rh (III). При разбавлении скорость реакции уменьшается в 9 раз.

Таким образом, можно сделать заключение, о том, что концентрация катализатора может радикальным образом влиять на скорость катализа, изменяя скорость процесса от практически нуля до почти мгновенного протекания реакции. При этом важно отметить, что для каждого катализатора эта шкала влияния сугубо индивидуальная. Таким образом, изменение концентрации катализатора является удобным фактором для регулирования каталитическим процессом.