| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Поиск на сайте DPVA Поставщики оборудования Полезные ссылки О проекте Обратная связь Ответы на вопросы. Оглавление
| Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация/ / Рабочие среды/ / Вода, лед и снег (хладагент R718) / / Химические свойства воды. 6 основных типов химических реакций для воды. Поделиться:
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Коды баннеров проекта DPVA.ru Консультации и техническая | Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator |
Химик РУДН показал, что вода играет важнейшую роль в механизме реакции Анри, катализируемой новыми медными комплексами
Наука
25 августа 2020
Химик из РУДН пересмотрел механизм реакции Анри катализируемой комплексами меди(II). Так, используя новые комплексы меди(II) (разработанные в этой же лаборатории), он показал, что вода играет важнейшую роль в асимметрической реакции Анри, напрямую участвуя в каталитическом цикле реакции. Ранее этот фактор никогда не учитывался, и все ученые считали, что комплекс меди(II) работает как классическая кислота Льюиса.
На деле оказалось, что медный комплекс координируясь с молекулой воды активирует ее, превращая в кислоту Бренстеда, и тем самым вода активирует исходный альдегид Данные, которые получились в результате опыта, позволяют понять механизм реакции Анри и помогут в создании важнейших классов веществ для фармацевтической промышленности: α-нитрокетонов, кетонов, нитроалкенов и β-аминоспиртов.
Асимметрическую реакцию Анри, позволяющую синтезировать ценные органические молекулы, первым провел японский химик Масакацу Шибасаки в 1992 году. Ему удалось провести реакцию с высокой энантиоселективностью, используя катализаторы на основе медных комплексов. Однако до настоящей работы все еще оставались вопросы по поводу мезанизма данной реакции. Владимир Ларионов с кафедры неорганической химии РУДН, кандидат химических наук, используя новые комплексы меди(II) показал, что в реакции Анри молекула воды играет критическую роль и напрямую вовлекается в каталитический цикл. На то раньше ученые не обращали большого внимания, а констатировали только факт, что при участи воды скорость реакции увеличивается на несколько порядков.
Данные комплексы могут быть использованы для получения прекурсоров таких лекарств, как (S)-пропранолол (β-блокатор), ®-норэпинефрин и ®-сальбутамол (агонисты β-рецептора), ампренавир — Vertex 478 (ингибитор протеазы ВИЧ) и L-акозамин (класс антрациклиновых антибиотиков).
Из предыдущих исследований было известно, что асимметрическую реакцию Анри лучше всего проводить в водных и спиртовых растворителях. Поэтому авторы исследования протестировали реакцию Анри в растворителях (метанол, альдегид-нитрометан-вода) с двумя каталитическими системами — комплексы кобальта (III) и меди(II). В случае кобальтового комплекса ион металла не участвовал в реакции, а ион меди мог координировать молекулу (или молекулы) воды. При использовании медного комплекса реакция шла быстрей, и химики получили сразу несколько необходимых типов химических веществ (лиганды и нитроспирты). Кобальтовый катализатор работал хуже, особенно при производстве нитроспиртов. На этом основании авторы решили остановиться на медном катализаторе.
Однако использование медного катализатора в метаноле тоже вызывало проблемы. При конденсации наблюдалось образование нитроспирта лишь рацемической формы. В этом случае скорость реакции не замедлялась, блокировки каталитического центра иона меди не происходило. Расчеты показали, что вода образует прочную связь между медным центром и карбонильной группой. Реакция завершалась уже в течение 1 часа, а выход нитроспирта достигал 61%. При этом образующийся нитроспирт вытеснялся водой и тем самым не блокировал каталитический центр медного комплекса. Таким образом, вопреки прежним представлениям, было показано, что вода усиливает каталитические свойства медных комплексов.
Химики пришли к заключению, что эффективность ранее изученных хиральных катализаторов на основе меди (II) была недооценена, поскольку содержание воды (или спиртов) в реакции не принималось во внимание и не оценивалось. Эта работа откроет путь для изучения механизма реакции Анри и создания новых каталитических систем на основе комплексов меди.
Результаты работы опубликованы в международном американском журнале Inorganic Chemistry.
Реакции элементов основной группы с водой
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 608
Вода состоит из двух атомов водорода и атома кислорода. Он проявляет полярность и в природе встречается в жидком, твердом и парообразном состояниях. {-}(водн.) + h3(г)} \]
Из этой реакции видно, что образуются ОН — , создавая щелочную или щелочную среду. Элементы группы 1 называются щелочными металлами из-за их способности вытеснять H 2 (g) из воды и создавать щелочной раствор.
Известно также, что щелочные металлы бурно и взрывоопасно реагируют с водой. Это связано с тем, что во время экзотермической реакции выделяется достаточно тепла, чтобы воспламенить H 2 (g).
Рисунок \(\PageIndex{1}\): Реакционная способность металлов лития (вверху), натрия (в центре) и калия (внизу) и воды. (Бесплатно только для образовательного использования, chemlegin). 9-_{(водн.)}+H_{2(г)} \label{4}\]
Эту реакцию можно обобщить на все гидриды щелочных металлов.
Группа 2: Щелочноземельные металлы
Большинство щелочноземельных металлов также образуют гидроксиды при взаимодействии с водой. Гидроксиды кальция, стронция и бария мало растворимы в воде; однако образуется достаточно ионов гидроксида, чтобы создать щелочную среду. Общая реакция кальция, стронция и бария с водой представлена ниже, где М представляет собой кальций, стронций или барий:
\[M_{(s)} + 2H_2O_{(l)} \longrightarrow M(OH)_{2(aq)}+H_{2\;(g)} \label{5}\]
Магний (Mg) реагирует с водяным паром с образованием гидроксида магния и газообразного водорода. Бериллий (Be) — единственный щелочноземельный металл, не вступающий в реакцию с водой. Это связано с его небольшими размерами и высокой энергией ионизации по сравнению с другими элементами группы.
Оксиды щелочноземельных металлов и вода
Подобно оксидам щелочных металлов, монооксиды щелочноземельных металлов соединяются с водой с образованием гидроксидных солей металлов (как показано в приведенном ниже уравнении). Исключением из этого общего предположения является бериллий, оксид которого (BeO) не реагирует с водой.
\[MO_{(s)}+H_2O_{(l)} \longrightarrow M(OH)_{2(s)} \label{6}\]
Одним из наиболее известных оксидов щелочноземельных металлов является CaO или негашеная известь. Это вещество часто используется для очистки воды и удаления вредных \(SO_{2(g)}\) из промышленных дымовых труб.
Гидриды щелочноземельных металлов и вода
За исключением бериллия (Be), гидриды щелочных металлов реагируют с водой с образованием гидроксида металла и газообразного водорода. Реакцию этих гидридов металлов можно описать ниже:
\[MH_{2(s)}+2H_2O_{(l)} \longrightarrow M(OH)_{2(aq)}+2H_{2(g)} \label{7} \]
Жесткая вода
Два типа жесткой воды включают временную жесткую воду и постоянную жесткую воду. Временно жесткая вода содержит бикарбонат (HCO 3 — ), который при нагревании образует CO 3 -2 (водн.), CO 2 (г) и H 2 O. Ионы бикарбоната реагируют с катионами щелочноземельных металлов и выпадают в осадок из раствора, вызывая образование накипи и проблемы в водонагревателях и сантехнике. Общие катионы в воде включают Mg +2 и Ca +2 . Чтобы смягчить воду, в водоочистные сооружения добавляют гидроксид щелочноземельного металла, такой как гашеная известь [Ca(OH) 2 ]. Это твердое вещество растворяется в воде с образованием иона металла (M +2 ) и ионов гидроксида (OH —). Ионы гидроксида объединяются с ионами бикарбоната в воде, образуя воду и ион карбоната. Затем ион карбоната осаждается вместе с ионом металла с образованием MCO 3 (s). Установки водоподготовки способны удалять осажденный карбонат металла и, таким образом, смягчать воду.
Другой тип жесткой воды – постоянная жесткая вода. Постоянная жесткая вода содержит ионы бикарбоната (HCO 3 — ), а также другие анионы, такие как сульфат-ионы (SO 4 -2 ). Затвердевающие частицы часто не удается выпарить. Для смягчения постоянной воды добавляется карбонат натрия (Na 2 CO 3 ). Карбонат натрия осаждает ионы Mg +2 и Ca +2 в виде соответствующих карбонатов металлов и вводит Na + ионов в растворы.
Группа 13: Семейство бора
Элементы группы 13 слабо реагируют с водой. На самом деле бор (B) не реагирует с водой. Одной из примечательных реакций в этой группе является реакция алюминия (Al) с водой. Алюминий, по-видимому, не реагирует с водой, потому что внешний слой оксида алюминия (Al 2 O 3 ) образует твердое вещество и защищает остальную часть металла.
Группа 14: Семейство углерода
По большей части элементы группы 14 не реагируют с водой. Одним интересным следствием этого является то, что олово (Sn) часто напыляют в качестве защитного слоя на железные банки, чтобы предотвратить коррозию банки.
Рис.: Пустая консервная банка. Стальные банки изготавливаются из белой жести (сталь с луженым покрытием) или из стали, не содержащей олова. из Википедии.
Группа 15: Семейство азота
Чистые элементы этого семейства не вступают в реакцию с водой. Соединения азота (нитраты и нитриты), а также газообразный азот (N 2 ) растворяются в воде, но не вступают в реакцию.
Группа 16: Семейство кислорода
Как упоминалось ранее, многие оксиды групп 1 и 2 реагируют с водой с образованием гидроксидов металлов. Оксиды неметаллов реагируют с водой с образованием оксокислот. Примеры включают фосфорную кислоту и серную кислоту.
Группа 17: Галогены
Обычно галогены реагируют с водой с образованием галогенидов и гипогалогенидов. Газообразные галогены по-разному реагируют с водой из-за их различной электроотрицательности. Поскольку фтор (\(\ce{F2}\)) настолько электроотрицателен, он может вытеснять газообразный кислород из воды. Продукты этой реакции включают газообразный кислород и фтористый водород. Галогениды водорода реагируют с водой с образованием галоидоводородных кислот (\(\ce{HX}\)). За исключением \(\ce{HF}\), галогеноводородные кислоты являются сильными кислотами в воде. Примером является соляная кислота (\(\ce{HCl}\)), сильная кислота.
\[\ce{Cl2(г) + 2h3O(ж) → HCl(водн.) + HOCl(водн.)}\]
Хлорноватистая (\(\ce{HOCl}\)) кислота является сильным отбеливающим агентом и не очень стабилен в растворе и легко разлагается, особенно под воздействием солнечного света, с выделением кислорода.
\[\ce{ 2 HClO -> 2 HCl + O2}\]
Жидкий бром медленно растворяется в воде с образованием желтовато-коричневого раствора.
\[\ce{Br2(g) + 2h3O(l) → HBr(aq) + HOBr(aq)}\]
Бромноватая (\(\ce{HOBr}\)) кислота является слабым отбеливающим агентом.
\[\ce{I2(g) + 2h3O(l) → HI(aq) + HOI(aq)}\]
Лишь небольшое количество йода растворяется в воде с образованием желтоватого раствора и гипойодистого (\(\ce {HOI}\)) кислота обладает очень слабой отбеливающей способностью.
Группа 18: Инертные газы
Инертные газы не вступают в реакцию с водой.
Общие сведения
Реагент #1 | Реагент #2 | Продукция |
---|---|---|
Металл группы 1 периода 3 или выше | Холодная вода | Гидроксид металла и молекулярный водород |
Металл группы 2 периода 3 или выше | Холодная вода | Гидроксид металла и молекулярный водород |
Неметаллический элемент (кроме галогенов) | Холодная вода | Нет реакции |
Фтор (F 2 ) | Вода | Фторид водорода (HF) и молекулярный кислород (O 2 ) |
Галоген | Вода | Галоидоводородная кислота или галоидоводородная кислота |
Металл с E 0 < -4,14 В для низшей степени окисления | Пар | Оксид металла и молекулярный водород |
Неметаллический галогенид | Вода | Оксид неметалла и галогеноводород |
Оксид металла | Вода | Гидроксид металла |
Оксид неметалла | Вода | оксокислота |
Ссылки
- Бирк, Джеймс П. «Предсказание неорганических реакций». Применение экспертных систем в химии . Вашингтон: Американское химическое общество, 1989. Печать.
- Хьюи, Джеймс Э., Эллен А. Кейтер и Ричард Л. Кейтер. Неорганическая химия: принципы строения и относительности . 4-е изд. Нью-Йорк: Колледж ХарперКоллинз, 1993. Печать.
- Massey, A.G. Химия основной группы . Лондон: Эллис Хорводд, 1990. Печать.
- Петруччи и др. Общая химия: принципы и современные приложения. 9изд. Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси, 2007 г.
.
Задачи
- Предскажите продукты следующих реакций:
- \(Be_{(s)}+2H_{2}O_{(l)} \longrightarrow\)
- \(Ne_{(g)}+2H_{2}O_{(l)} \longrightarrow\)
- \(Cl_{2\;(g)}+2H_{2}O_{(l)} \longrightarrow\)
- \(Li_2O_{(s)}+2H_{2}O_{(l)} \longrightarrow\)
- Верно/Ложно
- Оксиды металлов образуют основные растворы в воде
- Дифтор не реагирует с водой.