Дослідження впливу середовища на реакцію оксосинтезу

Узагальнено дані по константах швидкості реакції оксосинтезу з метилакрилатом у різних розчинниках за допомогою лінійного багатопараметрового рівняння, причому сольватаційні параметри сприяють реакції, а енергія когезії та мольний об’єм розчинників її сповільнюють. Подібно можна узагальнити дані п...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Праці наукового товариства ім. Шевченка
Date:2008
Main Authors: Макітра, Р., Мідяна, Г., Пальчикова, О.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Західний науковий центр НАН України і МОН України 2008
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/74097
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Дослідження впливу середовища на реакцію оксосинтезу / Р. Матіра, Г. Мідяна, О. Пальчикова // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2008. — Т. XXI: Хемія і біохемія. — С. 68–73. — Бібліогр.: 10 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-74097
record_format dspace
spelling Макітра, Р.
Мідяна, Г.
Пальчикова, О.
2015-01-18T16:12:36Z
2015-01-18T16:12:36Z
2008
Дослідження впливу середовища на реакцію оксосинтезу / Р. Матіра, Г. Мідяна, О. Пальчикова // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2008. — Т. XXI: Хемія і біохемія. — С. 68–73. — Бібліогр.: 10 назв. — укр.
1563-3569
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/74097
541.12.038.2 + 541.127.0
Узагальнено дані по константах швидкості реакції оксосинтезу з метилакрилатом у різних розчинниках за допомогою лінійного багатопараметрового рівняння, причому сольватаційні параметри сприяють реакції, а енергія когезії та мольний об’єм розчинників її сповільнюють. Подібно можна узагальнити дані по каталізуючому впливу додатку третинних амінів, але тут вплив сольватаційних характеристик протилежний. Ключові слова: оксосинтез, метилакрилат, багатопараметрові рівняння
Values of the rate constants of oxosynthese reaction with the methylmetacrylate in various solvents have been generalized by means of a linear multiparameter equation in which the solvation factors favour the reaction. On the contrary the cohesion energy density and molar volume of solvents decelerate it. The data of catalysing influence of tertiary amines addition can be similarly generalized too, however in such case the influence of solvation characteristics is opposite. Key words: oxosynthesis, methylacrylate, multiparametric equations.
uk
Західний науковий центр НАН України і МОН України
Праці наукового товариства ім. Шевченка
Хемія
Дослідження впливу середовища на реакцію оксосинтезу
Іnvestigation of the medium effect on the oxosynthesys reaction
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Дослідження впливу середовища на реакцію оксосинтезу
spellingShingle Дослідження впливу середовища на реакцію оксосинтезу
Макітра, Р.
Мідяна, Г.
Пальчикова, О.
Хемія
title_short Дослідження впливу середовища на реакцію оксосинтезу
title_full Дослідження впливу середовища на реакцію оксосинтезу
title_fullStr Дослідження впливу середовища на реакцію оксосинтезу
title_full_unstemmed Дослідження впливу середовища на реакцію оксосинтезу
title_sort дослідження впливу середовища на реакцію оксосинтезу
author Макітра, Р.
Мідяна, Г.
Пальчикова, О.
author_facet Макітра, Р.
Мідяна, Г.
Пальчикова, О.
topic Хемія
topic_facet Хемія
publishDate 2008
language Ukrainian
container_title Праці наукового товариства ім. Шевченка
publisher Західний науковий центр НАН України і МОН України
format Article
title_alt Іnvestigation of the medium effect on the oxosynthesys reaction
description Узагальнено дані по константах швидкості реакції оксосинтезу з метилакрилатом у різних розчинниках за допомогою лінійного багатопараметрового рівняння, причому сольватаційні параметри сприяють реакції, а енергія когезії та мольний об’єм розчинників її сповільнюють. Подібно можна узагальнити дані по каталізуючому впливу додатку третинних амінів, але тут вплив сольватаційних характеристик протилежний. Ключові слова: оксосинтез, метилакрилат, багатопараметрові рівняння Values of the rate constants of oxosynthese reaction with the methylmetacrylate in various solvents have been generalized by means of a linear multiparameter equation in which the solvation factors favour the reaction. On the contrary the cohesion energy density and molar volume of solvents decelerate it. The data of catalysing influence of tertiary amines addition can be similarly generalized too, however in such case the influence of solvation characteristics is opposite. Key words: oxosynthesis, methylacrylate, multiparametric equations.
issn 1563-3569
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/74097
citation_txt Дослідження впливу середовища на реакцію оксосинтезу / Р. Матіра, Г. Мідяна, О. Пальчикова // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2008. — Т. XXI: Хемія і біохемія. — С. 68–73. — Бібліогр.: 10 назв. — укр.
work_keys_str_mv AT makítrar doslídžennâvplivuseredoviŝanareakcíûoksosintezu
AT mídânag doslídžennâvplivuseredoviŝanareakcíûoksosintezu
AT palʹčikovao doslídžennâvplivuseredoviŝanareakcíûoksosintezu
AT makítrar ínvestigationofthemediumeffectontheoxosynthesysreaction
AT mídânag ínvestigationofthemediumeffectontheoxosynthesysreaction
AT palʹčikovao ínvestigationofthemediumeffectontheoxosynthesysreaction
first_indexed 2025-11-25T20:34:23Z
last_indexed 2025-11-25T20:34:23Z
_version_ 1850523084037029888
fulltext Праці НТШ Хем. Біохем. 2008. Т. 21. C. 68–73 Proc. Sevchenko Sci. Soc. Chem. Biochem. 2008. Vol. 21. P. 68–73 УДК 541.12.038.2 + 541.127.0 Роман МАКІТРА1, Галина МІДЯНА1, Олена ПАЛЬЧИКОВА2 ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ СЕРЕДОВИЩА НА РЕАКЦІЮ ОКСОСИНТЕЗУ 1Відділення фізико-хімії горючих копалин Інституту фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України 2Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України Узагальнено дані по константах швидкості реакції оксосинтезу з метилакрилатом у різних розчинниках за допомогою лінійного багатопараметрового рівняння, причо- му сольватаційні параметри сприяють реакції, а енергія когезії та мольний об’єм розчинників її сповільнюють. Подібно можна узагальнити дані по каталізуючому впливу додатку третинних амінів, але тут вплив сольватаційних характеристик протилежний. Ключові слова: оксосинтез, метилакрилат, багатопараметрові рівняння. При дослідженні одержання синтетичного рідкого палива за допомогою реакції Фішера-Тропша, Релєн у 1938 р. показав, що компоненти водяного газу – СО і Н2 – в присутності сполук кобальту взаємодіють з олефінами, утворюючи альдегіди [1]. Ця реакція, яку назвали реакцією Релєна або реакцією оксосинтезу, стала тепер одним з головних шляхів для одержання вищих альдегідів і спиртів і здобула ва- гоме значення в технології органічного синтезу. Незважаючи на численні дослід- ження, її механізм ще достатньо не вивчили [1, 2]. Загалом вважають, що ця реак- ція є багатостадійною, причому як активні реагенти виступають комплекси ко- бальту з СО, а саме дікобальтооктакарбоніл [Cо(CO)4]2 і продукт його взаємодії з воднем гідрокарбоніл кобальту НСо(СО)4. Вивчення впливу розчинників на кінетику хемічних процесів може дати цінні вказівки про їхній механізм, а також і для оптимізації самого процесу. З цією ме- тою в праці [3] вивчено кінетику взаємодії метилакрилату з СО + Н2 (1:1) в присут- ності дікобальтооктакарбонілу в 15 розчинниках різної природи. Реакцію проводи- ли в автоклаві при 120°С. Співвідношення реагентів 30,5 г (0,35 моля) метилакри- лату та 0,60 г (0,0017 моля) [Co(CO)4]2 в 150 мл розчинника. Початковий тиск газів 200 атм, а хід реакції простежували за зменшенням тиску газів. Одержані значення констант першого порядку k хвил-1 подано в табл.1. Найбільша швидкість просте- жується в спиртах, суттєво менша в п–електрон-донорних кисневих сполуках (ете- ри, естери, кетони); одначе безпосереднього зв’язку між k та діелектричною кон- стантою ε не виявлено. Автор вважає, що спирти, як і піридин, можуть утворювати ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ СЕРЕДОВИЩА НА РЕАКЦІЮ ОКСОСИНТЕЗУ 69 проміжний комплекс з карбонілом кобальту, який легше переходить в активний гідрокарбоніл, що підтверджено окремими експериментами. Пасивність трет–бу- танолу в реакції пояснено стеричними затрудненнями. Цікаво, що в гліколі оксо- реакція не проходить, мабуть у результаті утворення стабільних сполук йона Со2+. Подібно негативно впливає і додавання до активних розчинників – спиртів, води. За винятком якісних пояснень у цитованій праці [3] не зроблено спроб пов’яза- ти величини констант швидкості процесу в різних розчинниках з їхніми фізико-хе- мічними характеристиками. В даній праці ми опрацювали ці величини на основі принципу лінійності вільних енергій за допомогою рівняння (1) lgk = a0 + a1 2n 1n 2 2 + − + a2 12 1 + − ε ε + a3Ет + a4B + a5δ2 + а6VМ. (1) У рівнянні (1) n — показник заломлення світла; ε — діелектрична постійна екстрагенту, які визначають його поляризованість і полярність, що відповідають за неспецифічну сольватацію субстратів; В — основність за Коппелем-Пальмом [4]; Ет — елєктрофільність за Райхардтом [5], які визначають специфічну (кислотно- основну) взаємодію; квадрат параметра розчинності Гільдебрандта δ2, пропорцій- ний енергії когезії органічної фази, та VМ — її мольний об’єм характеризують структурні особливості. Рівняння типу (1) широко використовують в літературі для узагальнення даних з впливу розчинників на поведінку розчинених речовин та пояснення хемізму про- цесів [6]. Характеристики розчинників брали з оглядів [7, 8], методика розрахунків згід- но з рекомендаціями Групи з кореляційного аналізу в хемії при ІЮПАК (САС IUPAC) [9]. Виявилось, що величини lgk із табл.1 можуть бути задовільно узагальнені шестипараметровим рівнянням (2): lg(k·103) = –1.278 + (4.534 ± 1.573)f(n2) – (0.649 ± 0.603)f(ε) + (1.063 ± 0.409) ·103B + +(0.079 ± 0.016)EТ – (1.739 ± 0.587) ·10–3δ2 – (6.154 ± 2.394) )·10–3VМ. (2) Значення множинного коефіцієнта кореляції R = 0.955, середньоквадратична похибка s = ± 0.090. Величини парних коефіцієнтів кореляції r між lgk та поодино- кими членами рівняння дорівнюють r1 – 0.328, r2 – 0.638, r3 – 0.461, r4 – 0.861, r5 – 0.704, r6 – 0.507, свідчать про визначаючу роль електрофільної взаємодії, що узгод- жується з максимальною швидкістю процесу в спиртах. Очевидно, йдеться про пе- ретворення гідроксильними розчинниками октакарбонілкобальту в гідрокарбоніл. Величина r між lgk та EТ відносно низька, отже, на швидкість реакції впливають значимо й інші фактори, одначе внаслідок крайньо низьких значень відповідних величин r з іншими членами рівняння їхні значимості не можна визначити безпо- середньо. Тому згідно з рекомендаціями [9] значимість поодиноких членів рівнян- ня (2) визначали шляхом почергового виключення з кожноразовим визначенням R одержуваних рівнянь з меншою кількістю членів. Виявилась практична незначи- мість впливу полярності середовища на швидкість процесу lg(k·103) = –1.376 + (5.417 ± 1.397)f(n2) + (1.123 ± 0.421)·103B + (0.068 ± 0.012)EТ – (1.468 ± 0.552) ·10–3δ2 – (6.342 ± 2.485)·10–3VМ (3) R = 0.952, s = ± 0.094. 70 РОМАН МАКІТРА, ГАЛИНА МІДЯНА, ОЛЕНА ПАЛЬЧИКОВА П’ятипараметрове рівняння (3) задовільно описує зв’язок між характеристиками розчинників і швидкістю процесу. Одначе подальше виключення з цього рівняння якого-небудь з членів або суттєво погіршує кореляцію (R одержуваних чотири- параметрових рівнянь без B, δ2 чи VМ ≈ 0.92) або взагалі її руйнує (R без n2 – 0.89, без VМ – 0.82). Розгляд рівняння (3) засвідчує на визначальну роль у процесі електрофільності середовища; водночас підтверджена думка автора праці [3] про важливу роль сте- ричних затруднень (сповільнюючий вплив факторів VМ та δ2). Згідно з [3] немає за- лежності між lgk та полярністю середовища. У табл. 1 подано величини lg(k·103), обчислені за допомогою рівняння (3), та їхні розходження з експериментом Δlg(k·103). Як видно, їхні значення переважно вкла- даються в коридор похибок s = ± 0.094, або лише незначно його перевищують – най- більше розходження стверджено для метилетилкетону Δlg(k·103) ≅0.207. Таблиця 1 Вплив розчинника на оксосинтез з метилакрилатом (120°С) [3] lg(k·103) Номер за порядком Розчинник k·10 -3, хв-1 експер. розрах. Δ lg k 1 Бензол 41.8 1.6212 1.5047 -0.1165 2 Толуол 43.4 1.3692 1.4032 0.0340 3 Етилацетат 36.4 1.5611 1.4902 -0.0709 4 Діетиловий етер 41.2 1.6149 1.4472 -0.1677 5 Метанол 157 2.1959 2.1615 -0.0344 6 Етанол 186 2.2695 2.2290 -0.0405 7 н–Бутанол 167 2.2227 2.2064 -0.0163 8 Циклогексанол 154 2.1875 2.1387 -0.0488 9 трет- Бутанол 66.2 1.8209 1.8289 0.0080 10 Ацетон 59.5 1.7745 1.8325 0.0580 11 Метилетилкетон 39.1 1.5922 1.7990 0.2068 12 Тетрагідрофуран 57.1 1.7566 1.7785 0.0219 13 Діоксан 27.4 1.4378 1.5582 0.1204 14 Оцтовий ангідрид 30.2 1.4800 1.5617 0.0817 15 Ацетонітрил 77.2 1.8876 1.8517 -0.0359 Відомо, що внаслідок утворення відносно стійких солей з гідрокарбонілом ко- бальту реакція оксосинтезу не відбувається в середовищі амінів. Одначе наявність невеликої кількості амінів має, навпаки, каталізуючий вплив. Для з’ясування приро- ди цього впливу автор праці [3] провів дослідження кінетики взаємодії метилакри- лату з СО та Н2 в інертному середовищі (бензол) в присутності [Со(СО)4]2 та не- великих кількостей амінів[10]. Умови експерименту подібні, як в праці [3]: в авто- клав поміщають 0.232 моля метилакрилату, 0.00116 моля дікобальтооктакарбонілу, розчинених в 148 мл бензолу та додають 0.00116 моля аміну, розчиненого в 2 мл бензолу. Автоклав заповнюють сумішшю СО та Н2 в співвідношенні 1:1 до тиску 200 атм і нагрівають до 120°С. В праці [10] подано не абсолютні значення констант, а лише відносні швидкості до швидкості в бензолі, прийнятої за одиницю. Ми визначили величини k, перемножуючи їх на значення констант швидкості в бензолі ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ СЕРЕДОВИЩА НА РЕАКЦІЮ ОКСОСИНТЕЗУ 71 із праці [3] k =41.8·10–3 хв–1. Ці значення констант швидкості k·10–3 хв–1 подано в табл. 2. Таблиця 2 Вплив додатку аміну на швидкість реакції оксосинтезу з метилакрилатом при 120° lg(k·103) Номер за порядком Розчинник k·10 -3, хв-1 експер. розрах. Δ lg k Основ- ність В 1 Триетиламін 18.392 1.2646 1.2896 0.0250 650 2 Трибутиламін 25.916 – – – – 3 Анілін 43.054 1.6340 1.7655 0.1315 346 4 Метиланілін 45.980 1.6626 1.6249 –0.0377 452 5 Етиланілін 50.160 – – – – 6 Бутиламін 47.234 1.6743 1.7552 0.0809 537 7 Циклогексиламін 44.726 – – – – 8 Діетиламін 45.054 1.6340 1.5981 –0.0359 637 9 Дібутиламін 39.710 1.5989 1.5789 –0.0200 691 10 Діетиланілін 57.266 1.7579 1.7552 –0.0270 316 11 Піридин 102.828 2.0121 1.8888 –0.1233 472 12 α-Піколін 90.288 1.9556 1.9952 0.0396 502 13 β-Піколін 118.712 – – – – 14 γ-Піколін 147.136 2.1677 2.1633 –0.0044 265 15 2,4-Лютидин 112.024 – – – – 16 2,6-Лютидин 46.398 – – – – 17 Хінолін 66.044 1.8198 1.7997 –0.0201 494 18 Бензол 41.800 1.6212 1.5871 –0.0341 48 Аналізуючи одержані дані, Іванага зробив висновок, що каталізуючі властивос- ті притаманні лише третинним ароматичним амінам, точніше похідним піридину. Первинні та вторинні аміни, ароматичні й аліфатичні, практично не дають приско- рюючого ефекту, очевидно внаслідок того, що їхня NH група легко взаємодіє з СО, при чому утворюються формаміди з дуже низькою основністю. Дивно, що третин- ні аліфатичні аміни теж не каталізують процес, а навіть його суттєво сповіль- нюють. Автор це пояснює їхньою високою основністю, позаяк їхні солі з гідрокар- бонілом кобальту надто стабільні. Автор висуває концепцію вирішального значення основності добавлених амінів на швидкість реакції оксосинтезу, тому доцільно детальніше дослідити вплив харак- теристик амінів на реакцію. На рис. на підставі даних табл. 2 показано співвідно- шення між lgk процесу та основністю амінів за Пальмом. Як бачимо, між цими фак- торами простежується антибатність – чим більша основність аміну, тим менша швидкість процесу в його присутності. Цікаво, що з наведеною прямою узгоджують- ся також дані для спиртів, взяті з табл. 1 (за винятком стерично затрудненого трет- бутанолу). Водночас дані для усіх інших негідроксильних розчинників перебувають на значній відстані нижче від проведеної прямої. Пряма, зображена на рис. 1, віддзеркалює лише тенденцію процесу, а експери- ментальні значення lgk доволі помітно розсіяні довкола неї. Очевидно, на lgk впли- ває не лише основність доданого аміну, а й інші його властивості. 72 РОМАН МАКІТРА, ГАЛИНА МІДЯНА, ОЛЕНА ПАЛЬЧИКОВА Рис. Співвідношення між lg (k·10–3) реакції оксосинтезу в присутності амінів та їхньою основністю В см–1. Тому дані із табл. 2 для розчинників, для яких відомі всі характеристики, були узагальнені за допомогою рівняння (1). В обчислення врахували і значення констант для „нейтрального” розчинника – бензолу. Для 12 розчинників одержано рівняння lg(k·103) = 2,045 – (5.965 ± 1.514)f(n2) + (2.737 ± 0.609)f(ε) – (0.760 ± 0.143)·10–3B – (0.018 ± 0.011)EТ + (2.923 ± 0.851)·10–3δ2 + (3.283 ± 1.148)·10–3VМ (4) з R = 0.969, s = ± 0.058 та r між lgk та поодинокими членами рівняння дорівню- ють r1 – 0.399, r2 – 0.796, r3 – 0.332, r4 – 0.491, r5 – 0.716, r6 – 0.404. А після виключен- ня малозначимого члена з EТ lg(k·103) = 1,729 – (7.319 ± 1.412)f(n2) + (2.188 ± 0.566)f(ε) – (0.801 ± 0.156)·10–3B + (3.343 ± 0.904) ·10–3δ2 + (4.140 ± 1.139)·10–3VМ (5) R = 0.960, s = ± 0.065. Виключення якого-небудь з інших членів знижує R в незадовільно низькі границі 0.86 – 0.91. Отож, каталітичний вплив амінів на реакцію оксосинтезу можна також описати багатопараметровими рівняннями, проте, на відміну від впливу розчинників знаки при більшості членів рівняння тут протилежні. Очевидно, це зумовлено складним, багатостадійним хемізмом процесу, в тім числі тим, що вплив розчинників очевид- но виявляється на всіх стадіях, а аміни каталізують лише одну. Л І Т Е Р А Т У Р А 1. Азингер Ф. Химия и технология олефинов. – М: Гостоптехиздат, 1969. – С. 519–565. 2. Рудковский Д.М., Шевцова Г.Н. О механизме реакций оксосинтеза // В кн. “Оксосин- тез” – Л: Гостоптехиздат, 1963. – С. 7–21. 3. Iwanaga R. Effect of Solvents on the Rate of Oxo Reaction of Methylacrylate // Bull. Chem. Soc. Japan. – 1962. – Vol.35, N6. – P. 869 – 872. ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ СЕРЕДОВИЩА НА РЕАКЦІЮ ОКСОСИНТЕЗУ 73 4. Коппель И.А., Паю А.И. Параметры общей основности растворителей / Реакц. способн. органич. соед. – 1974. – Т.11, № 1. – С.121. 5. Reichardt Ch. // Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry. Weinheim. Wiley VCH, 2003. – 630 р. 6. Makitra R.G., Turovsky A.A., Zaikov G.E. Correlation Analysis in Chemistry of Solutions // Utrecht – Boston, VST Ed., 2004. – 320 p. 7. Макитра Р.Г., Пириг Я.Н., Кивелюк Р.Г. Важнейшие характеристики растворителей, применяемые в уравнениях ЛСЭ. // Деп. в ВИНИТИ №628 – В86, М., 1986. 34 с. 8. Abboud J.L.M., Notario R. Critical Compilation of Scales of Solvent Parameters // Pure Appl. Chem. – 1999 – Vol. 71, N 4. – P. 645. 9. Recommendations for reporting the results of correlation analysis in chemistry using regression analysis // Quant. Struct. – Act. Relat. – 1985. – Vol. 4, N 1. – P. 29. 10. Iwanaga R. Effects of Organic Bases on the Rate of the Oxo Reaction of Methylacrylate // Bull. Chem. Soc. Japan. – 1962. – Vol.35, N6. – P. 865 – 869. SUMMARY Roman MAKITRA, Halyna MIDYANA1, Helen PALTSHIKOVA2 INVESTIGATION OF THE MEDIUM EFFECT ON THE OXOSYNTHESYS REACTION 1Physical–Chemistry of Combustible Minerals Department, Institute of Physical–Organic Chemistry and Coal Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine 2Institute of Geology and Geochemistry of Combustible Minerals, National Academy of Sciences of Ukraine Values of the rate constants of oxosynthese reaction with the methylmetacrylate in various solvents have been generalized by means of a linear multiparameter equation in which the solvation factors favour the reaction. On the contrary the cohesion energy density and molar volume of solvents decelerate it. The data of catalysing influence of tertiary amines addition can be similarly generalized too, however in such case the influence of solvation characteristics is opposite. Key words: oxosynthesis, methylacrylate, multiparametric equations. Надійшла 11.11.2008 Прийнята до друку 21.11.2008