催化材料导论-第二章酸碱催化剂概述

酸碱催化剂一、酸碱催化剂的应用工业上重要的酸催化剂及催化反应固体碱的分类序号 名 称 举 例1 浸润类 NaOH 、KOH 、KF 等浸润于SiO2、Al2O3、分子筛等载体上（烧结物）2 合成分子筛用碱金属离子或碱土金属离子交换的分子筛3 阴离子交换树脂4 活性炭 在1173K 下热处理或用N2O 和 NH3 活化5 金属氧化物 MgO 、CaO 、TiO2、ZnO 、Na2O 、K2O 、SnO2 、BaO 等6金属盐Na2CO3、K2CO3、CaCO3、(NH4)2CO3、 Na2WO4·2H2O 、KCN 等 7 复合氧化物SiO2-MgO 、Al2O3-MgO 、 SiO2-ZnO 、ZrO2-ZnO 、TiO2-MgO 等三、酸碱催化作用及其机理1、均相酸碱催化 (homocatalysis by acids and bases)A. 特殊酸碱催化A + H+ -→产物 + H+ 反应速率为：例：叔碳离子> 仲碳离子> 伯碳离]][[][A H k dt A d H ++=-][][A k dtA d 表=-][H +H k k ＋＝表pHlog log H-＋＝表k k2、多相酸碱催化A、正碳离子的形成1.L 酸位与烷烃、环烷烃、烯烃、烷基芳烃作用L 酸中心夺取烃上的负氢离子而使烃上形成正碳离子2.B 酸位与烯烃、芳烃的双键作用子与烯烃双键或苯环加成形成正碳离子烯烃、烷基芳烃在B 酸位活化产生正碳离子，易于在L 酸位上3.烷烃、环烷烃、烯烃、烷基芳烃与R+ 的氢转移，产生新的正碳离子三、酸位酸强与催化作用关系（1）大多数酸催化与B酸位有关。

如异构化，苯类歧化，脱烷基化等。

（2）有些反应需L酸位。

如有机物的乙酰化反应及涉及π重组。

（3）有的反应需要强B酸作用下才能发生。

如烷基芳烃的歧化等。

（4）有的反应需要L酸、B酸同时存在而且有协同效应才行。

酸强不同有不同的催化活性进而影响选择性。

各类催化剂的组成结构及其催化作用规律与催化机理催化剂是一种能够加速化学反应速率而不发生化学变化的物质。

不同类型的催化剂在组成、结构和催化作用规律及催化机理上存在差异。

1.金属催化剂：金属催化剂主要由一种或多种金属元素组成。

它们的结构可以是单质金属，合金或金属氧化物。

金属催化剂的催化作用规律是活性中心和反应物之间的相互作用。

催化机理有两种类型：双电子传递和继承。

2.酸碱催化剂：酸碱催化剂是通过提供或接受质子（酸）或氢氧根离子（碱）来促进反应的催化剂。

它们的组成可以是无机酸或碱（如氢氟酸和氢氧化钠），也可以是有机酸或碱（如有机酸和胺）。

酸碱催化剂的催化作用规律是在酸碱性环境中，反应物与催化剂之间的反应活性。

3.酶催化剂：酶是一种生物催化剂，是由蛋白质组成的大分子催化剂。

它们的组成是由酶蛋白质和辅助物质（如金属离子和辅酶）组成。

酶催化剂的催化作用规律是酶与底物形成酶底物复合物，并通过改变底物的反应活性、方向和速率来催化反应。

4.氧化剂：氧化剂是一种能够在反应中接受电子的催化剂。

它们的组成可以是金属氧化物（如铬酸和二氧化锰）或有机化合物（如过氧化物和过氧硫酸氢钠）。

氧化剂的催化作用规律是通过在反应中接受电子，使反应底物发生氧化反应。

5.还原剂：还原剂是一种能够在反应中捐赠电子的催化剂。

它们的组成可以是金属（如钠和锌）或有机化合物（如氢化钠和氢气）。

还原剂的催化作用规律是通过在反应中捐赠电子，使反应底物发生还原反应。

催化剂的催化机理是根据不同的催化剂类型而不同的。

例如，金属催化剂通过吸附反应底物并与其发生反应来催化反应。

酸碱催化剂通过给予或接受质子或氢氧根离子来改变反应底物的反应性质。

酶催化剂通过形成酶底物复合物并在酶的活性位点上发生催化反应。

氧化剂通过向底物接受电子来氧化底物，而还原剂则捐赠电子给底物来还原底物。

总之，不同类型的催化剂在组成、结构、催化作用规律和催化机理上存在差异。

了解和掌握不同催化剂的特点和催化机理对于合理设计和选择催化剂，并优化催化反应至关重要。

酸碱催化剂石油炼制和石油化工是催化剂最大的应用领域，在国民经济中占有重要地位。

在石油炼制和石油化工中，酸催化剂占有重要的地位。

烃类的催化裂化，芳烃和烯烃的烷基化，烯烃和二烯烃的齐聚、共聚和高聚，烯烃的水合制醇和醇的催化脱水等反应，都是在酸催化剂的作用下进行的。

工业上用的酸催化剂，多数是固体。

20世纪60年代以来，又发现一些新型的固体酸催化剂，其中最有影响的是分子筛型催化剂，其次是硫酸盐型酸性催化剂。

1. 固体酸碱的定义和分类固体酸：一般认为是能够化学吸附碱的固体，也可以了解为能够使碱性指示剂在其上面改变颜色的固体。

固体酸又分为布朗斯特（Brφnsted）酸和路易斯（Lewis）酸。

前者简称为B酸，后者简称为L酸。

B 酸B碱的定义为：能够给出质子的都是酸，能够接受质子的都是碱，所以B酸B碱又叫质子酸碱。

L酸L 碱的定义为：能够接受电子对的都是酸，能够给出电子对的都是碱，所以L酸L碱又叫非质子酸碱。

2. 固体酸碱的强度和酸碱量B酸强度，是指给出质子的能力；L酸强度是指接受电子对的能力。

酸强度通常用Hammeett函数H0表示，定义如下：若一固体酸表面能够吸附一未解离的碱，并且将它转变为相应的共轭酸，且转变是借助于质子自固体酸表面传递于吸附碱，即：式中[B]a和[BH+]a分别为未解的碱（碱指示剂）和共轭酸的浓度。

pKa是共轭酸BH+解离平衡常数的负对数，类似pH。

若转变是借助于吸附碱的电子对移向固体酸表面，即式中[A:B]是吸附碱B与电子对受体A形成的络合物AB的浓度。

H0越小酸度越强。

酸量：固体表面上的酸量，通常表示为单位重量或单位表面积上酸位的毫摩尔数，即m mol/wt或m mol/m2。

酸量也叫酸度，指酸的浓度。

固体碱的强度，定义为表面吸附的酸转变为共轭碱的能力，也定义为表面给出电子对于吸附酸的能力。

碱量的表示，用单位重量或者单位表面积碱的毫摩尔数，即m mol/wt或m mol/m2。

碱量也叫碱度，指碱中心的浓度。

酸碱催化剂正文指因物质的酸、碱性质而发生催化功能的催化剂，它们能使反应物转变为离子型活化了的过渡状态，从而发生催化作用。

按催化剂在使用时的状态，可分为液体酸碱催化剂和固体酸碱催化剂，前者多用于液相催化反应系统。

若催化剂在溶液状态中使用，其催化活性有时与溶剂的性质有关。

多数液态酸碱催化剂为化学药剂或由用户自配制成的溶液，它们常有腐蚀性，在贮运时必须注意。

使用液态酸碱催化剂，在其反应终了时，要将催化剂与反应混合物分离；而用固态催化剂时，流体反应物与固体催化剂各自成相，生产工艺简单。

多数固体酸碱催化剂为催化剂工业的产品，最广泛使用的是固体酸催化剂。

酸碱催化剂种类繁多,可按酸碱的性质分两大类,即质子酸碱（亦称布朗斯台德酸碱，简称B-酸、B-碱）催化剂，能放出质子者为酸催化剂，接受质子者为碱催化剂;另一类为路易斯酸碱(简称L－酸、L－碱)催化剂,其中能接受电子对者为酸催化剂，能给予电子对者为碱催化剂。

B-酸催化剂如盐酸、硫酸、磷酸、三氯乙酸等。

例如酯的水解，其作用机理如下：B-碱催化剂氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠等。

例如在氢氧化钠的水溶液中，乙醛发生醇醛缩合反应：L－酸催化剂三氯化铝、三氟化硼、三氧化硫、硫酸铜、二氯化锡、H+、R+等,如以三氯化铝为催化剂,可催化卤代烷与苯的烷基化反应：L－碱催化剂NH3、RNH2、ROH、RONa、OH-、R-等，如NaNH2-NH3（-33.5℃）可使苯乙烯聚合：超强酸催化剂 为B-酸与L-酸结合成的催化剂，具有很高的酸强度,如FSO 3H-SbF 5、HF-SbF 5等；以前者为例,催化剂中有【FSO 3H 2】+，是很强的质子施主，它能使烷烃变成正电荷非定域的五配位正烃离子，如：从而使烷烃在低温下异构化。

酸－碱双功能催化剂 借助酸催化与碱催化的协同作用而发挥催化功能的催化剂。

如由苯酚与吡啶组成的混合催化剂，使葡萄糖旋光转化反应的速度高于使用单一催化剂时的速度,当 α-四甲基葡萄糖在苯溶液中旋光转化反应时，α-羟基吡啶是高效催化剂。

酸碱催化名词解释生物化学
酸碱催化是一种生物化学过程，它涉及到酸碱催化剂在生物体内促进化学反应的发生。

在生物化学中，许多重要的生物分子的合成、降解和转化都需要酸碱催化来加速反应速率。

酸碱催化剂通常是一些特定的酶或其他生物大分子，它们在特定的环境条件下（如适宜的温度和 pH 值）能够与底物分子相互作用，从而降低反应的活化能，加速反应的进行。

酸碱催化剂通过提供或接受质子（H+）来改变反应物的电荷分布，从而促进化学键的形成或断裂。

在生物化学中，酸碱催化起着关键的作用。

例如，在消化过程中，胃液中的胃酸（酸性环境）能够催化食物中的蛋白质降解为小肽和氨基酸；而在细胞呼吸过程中，酶催化剂能够促使葡萄糖分子的氧化代谢，产生能量和二氧化碳。

总的来说，酸碱催化在生物化学中起着至关重要的作用，它能够加速生物分子的合成和降解反应，从而维持生物体内的正常代谢和功能。