Российские ученые исследовали особенности реакций структурно схожих органических катализаторов на основе теллура и йода и выяснили, что производное теллура понижает энтропию и энтальпию активации. В то же время производное йода, наоборот, повышает эти важнейшие характеристики реакции. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале ChemCatChem, сообщает пресс-служба Санкт-Петербургского государственного университета.
Химические реакции протекают, когда частицы, сталкиваясь друг с другом, образуют новое вещество. Важно, чтобы частицы сталкивались и поворачивались друг к другу нужным для протекания реакции образом. За успех такого взаимодействия отвечают два параметра — энтальпия и энтропия активации реакции.
Энтальпия показывает, какой избыточной энергией должны обладать частицы, чтобы реакция состоялась. Чем меньше этот показатель, тем больше частиц обладает необходимой энергией и тем выше вероятность эффективного протекания реакции. Энтропия реакции, в свою очередь, позволяет определить вероятность столкновения частиц и их поворота друг к другу нужным для протекания реакции образом. Чем более структурирована система, тем вероятность успешной реакции меньше, то есть чем ниже энтропия активации реакции, тем медленнее она протекает, и наоборот.
Катализатор — это вещество, которое ускоряет или замедляет химическую реакцию, напрямую в ней не участвуя. Чтобы сделать реакцию быстрее, катализатор должен связаться по крайней мере с одним из компонентов реакции. Так как процесс образования одной частицы из двух (ассоциата катализатора и реагента из независимо движущихся частиц) сопровождается упорядочиванием системы, это снижает энтропию, а значит, уменьшает вероятность протекания реакции. Тем не менее реакция все же ускоряется, поскольку катализатор снижает энтальпию.
Химики из Санкт-Петербургского государственного университета изучили два типа органических катализаторов и вычислили, как они влияют на энтальпию и энтропию активации модельной химической реакции. Исследование проводилось с использованием органических катализаторов, содержащих атом теллура или йода. Оба катализатора имели схожее строение и проявляли примерно одинаковую активирующую способность.
«Из-за этих сходств мы ожидали, что используемые органокатализаторы будут примерно одинаково изменять ключевые характеристики реакции. Оказалось, что соединения теллура приводили к снижению энтальпии: система приобретала более упорядоченное состояние, но с меньшей избыточной энергией. При этом органокатализатор на основе йода показал противоположный и потому удивительный результат: энтальпия и энтропия активации реакции значительно возросли. Это можно сравнить с уборкой в комнате, когда после попытки навести порядок комната приобрела еще более беспорядочный вид, чем было раньше», — прокомментировал автор исследования, профессор кафедры органической химии СПбГУ Дмитрий Болотин.
Результаты показывают, что внешне близкие результаты при более детальном изучении могут быть обусловлены совершенно разными процессами, а изучаемые органокатализаторы обладают разносторонними свойствами, понимание которых позволит создавать еще более эффективные и селективные катализаторы в будущем.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
