4 Reaksi Katalisis Asam Zeolit yang Harus Anda Tahu

Mengikuti prinsip reversibilitas mikroskopis, zeolit ​​​​juga merupakan katalis yang cocok untuk alkilasi alkana, alkena dan molekul aromatik dengan alkena. Karena suhu reaksi yang lebih rendah, langkah desorpsi seringkali sulit dalam reaksi ini, terutama karena produk reaksi lebih kuat teradsorpsi daripada reaktan.

Reaksi yang Melibatkan Pembentukan Ikatan Karbon-Karbon dalam Senyawa Alifatik

Reaksi yang paling menuntut adalah alkilasi isobutana dengan alkena ringan yang mengarah pada pembentukan campuran kompleks alkana bercabang. Siklus reaksi utama yang terjadi selama alkilasi terdiri dari adisi olefin ke gugus butoksi tersier/ion karbenium, isomerisasi melalui reaksi pergeseran metil dan hidrida dari gugus alkoksi C8 yang dihasilkan dan transfer hidrida dari isobutana ke gugus alkoksi C8, yang kemudian terdesorbsi sebagai yang sesuai. isooktana.

Reaksi dimulai dengan penyerapan n-butena pada situs asam Brønsted diikuti dengan penambahan olefin dan transfer hidrida (yaitu, dimerisasi n-butena diikuti oleh transfer hidrida dari isobutana) atau dengan adsorpsi n-butena pada situs asam Brønsted , diikuti oleh transfer hidrida yang menghasilkan molekul n-butana dan gugus butoksi tersier.

Masa pakai katalis ditentukan oleh laju relatif adisi olefin dan transfer hidrida. Laju transfer hidrida secara intrinsik dipengaruhi oleh stabilitas ion karbenium (sebaliknya dikendalikan oleh komposisi kimia saringan molekuler) dan hambatan sterik melalui lingkungan mikropori.

Semakin lambat transfer hidrida (relatif terhadap penambahan olefin) semakin besar kemungkinan terjadinya alkilasi ganda, yang mengarah ke ion karbenium C12 atau C16. Transfer hidrida ke molekul-molekul ini semakin lambat, oleh karena itu, mereka tidak dapat terdesorbsi dan, dengan demikian, akan memblokir situs tertentu. Perhatikan bahwa laju transfer hidrida juga akan mempengaruhi distribusi isomer, karena reaksi pergeseran metil akan menyebabkan distribusi produk lebih dekat ke kesetimbangan kimia.

Reaksi Yang Melibatkan Penataan Ulang Ikatan Karbon-Karbon

Adapun perengkahan, aktivitas katalitik untuk isomerisasi sangat terkait dengan konsentrasi situs asam Brønsted yang kuat. Katalis sebagian besar berfungsi ganda, yaitu, mengandung logam untuk memfasilitasi dehidrogenasi alkana dan alkena terisomerisasi.

Jadi, spesi yang bereaksi adalah alkena, konsentrasinya bergantung pada kondisi operasi. Karena isomerisasi dan perengkahan berbagi zat antara yang sama (yaitu, gugus alkoksi atau ion karbenium), reaksi saling terkait. Masa pakai ion karbenium yang lebih tinggi, biasanya terkait dengan situs asam yang lebih kuat, menyebabkan keretakan yang lebih jelas dan isomerisasi yang lebih sedikit. Ini menyiratkan bahwa konstanta laju reaksi untuk perengkahan lebih rendah daripada untuk isomerisasi.

Isomerisasi rangka alkana dapat dikelompokkan dalam dua kategori, satu yang menghasilkan pergeseran posisi percabangan dan lainnya yang menambah atau mengurangi jumlah cabang, untuk tinjauan lebih lanjut silakan berkonsultasi. Kedua proses menggabungkan reaksi pergeseran hidrida (mudah) dan pembentukan cincin siklopropil, tetapi berbeda sejauh pada isomerisasi tipe A hanya terjadi penutupan dan pembukaan cincin, sedangkan pada reaksi tipe B juga terjadi lompatan proton dari sudut ke sudut.

Kompleks keadaan transisi untuk reaksi terakhir ini tampaknya secara energetik secara signifikan lebih tinggi daripada untuk jalur reaksi A. Dengan demikian, perubahan percabangan hanya akan terjadi pada kondisi yang lebih parah daripada isomerisasi pergeseran metil. Ukuran pori dan bentuk zeolit ​​memiliki pengaruh yang nyata pada isomerisasi dan keretakan berikutnya, yang dapat dikaitkan dengan regangan untuk membentuk dan memecahkan cincin di pori-pori zeolit.

Substitusi Nukleofilik Dan Reaksi Adisi

Substitusi nukleofilik dan reaksi adisi mengikuti dua jalur mekanistik, yaitu, substitusi nukleofilik dua langkah (SN1) dan proses satu langkah (SN2). Dalam rute sebelumnya, spesies perantara yang sangat polar atau, dalam kasus pembatas, karbokation distabilkan oleh katalis, sedangkan pada rute terakhir, keadaan transisi yang terdiri dari substituen dan gugus pergi dibentuk secara terpadu.

Bukti langsung untuk intermediet karbokation stabil terbatas pada substrat yang paling dasar. Jalannya reaksi ditentukan oleh sifat kimia dari gugus pergi dan substitusi, zeolit ​​dalam kekuatan asam, pengaruh koreaktan dan ketersediaan ruang untuk reaksi berlangsung. Mayoritas substitusi nukleofilik melibatkan penggantian gugus -OH dengan gugus -NH2, -NR2, -S, -SH, -SR, dan -OR.

Seringkali, produk yang dihasilkan berinteraksi lebih kuat dengan saringan molekuler daripada reaktan. Dalam kasus ini, reaksi dikontrol desorpsi dan memerlukan baik reaktan untuk desorbsi (desorpsi bantuan adsorpsi) atau ko-katalis gas/cair yang juga memfasilitasi desorpsi produk tanpa berpartisipasi dalam reaksi. Perhatikan bahwa untuk reaksi fase cair, pelarut dapat berperan sebagai ko-katalis.

Pembentukan eter dari alkohol

Pembentukan dimetileter dari metanol yang dipelajari dengan baik secara eksperimental dan teoritis adalah contoh yang sangat baik, bagaimana kondisi reaksi mempengaruhi mekanisme reaksi, yaitu, apakah reaksi berlangsung sepanjang jalur SN1 atau SN287-90.

Studi reaksi terprogram suhu konversi metanol melalui HZSM-5 menunjukkan bahwa ada tiga rute reaksi ke dimetileter, yaitu melalui kation alkoxonium dan melalui dua jalur alkoksi. Pada suhu rendah, reaksi berlangsung melalui mekanisme tipe Eley-Rideal.

Dalam keadaan transisi satu molekul metanol membentuk ion metoksonium, air meninggalkan molekul dan secara bersamaan metanol yang diserap lemah lainnya mengikat gugus metil membentuk dimetileter terprotonasi. Dimetileter terprotonasi menyumbangkan proton kembali ke zeolit ​​dan terdesorbsi.

Ketika suhu reaksi meningkat, sebagian molekul metanol diubah menjadi gugus metoksi menggantikan proton dalam gugus hidroksil penghubung (SiOHAl) dan terminal (SiOH). Gugus metoksi ini bereaksi dengan metanol yang berasosiasi lemah untuk membentuk dimetileter di bawah restitusi simultan gugus hidroksil. Sementara gugus metoksi terikat secara kovalen pada kerangka zeolit, reaktivitasnya meningkat dengan kekuatan asam gugus hidroksil yang digantikannya.

Dengan demikian, gugus metoksi pada gugus hidroksil yang menjembatani menghasilkan dimetileter pada suhu yang lebih rendah daripada gugus metoksi pada gugus hidroksil terminal. Kimia komputasi oleh Blazowski dan van Santen menunjukkan bahwa jalur untuk membentuk dimetileter melalui ion metoksonium lebih disukai daripada jalur melalui gugus metoksi. Reaksi SN2 melibatkan keadaan transisi yang kompleks.

 

Untuk reaksi yang berhasil, empat langkah dasar harus dilakukan secara bersama-sama, yaitu,

(i) pembentukan ion metoksonium dengan sumbangan proton dari zeolit,

(ii) pembelahan air dari ion metoksonium dan pembentukan ion metilkarbenium,

(iii) pengikatan ion metil karbenium ke molekul metanol kedua untuk membentuk dimetileter terprotonasi dan

(iv) donasi proton kembali ke zeolit. Stabilisasi ion metoksonium oleh katalis akan menyebabkan keadaan transisi yang kurang kompleks dan, oleh karena itu, dapat diperkirakan bahwa laju intrinsik reaksi akan lebih tinggi.

Reaksi alkohol dengan amonia

Aminasi alkohol mengikuti jalur mekanistik yang mirip dengan eterifikasi. Seperti untuk pembentukan eter, mekanismenya bervariasi sebagai fungsi dari situs aktif dan suhu reaksi yang digunakan. Untuk zeolit ​​asam Brønsted murni, kebasaan reaktan menentukan bahwa pada awal reaksi, amonia hadir dalam saringan molekuler sebagai ion amonium.

Gugus alkil bereaksi dengan ion amonium membentuk air sebagai gugus pergi dan ion alkilamonium. Ion alkilamonium, bagaimanapun, tidak dapat terdesorbsi pada kondisi reaksi, yaitu pada suhu 625 K.

Dengan demikian, alkilamina yang dilepaskan ke dalam fase gas berasal baik dari substitusi nukleofilik lebih lanjut di mana gugus alkil dari ion alkilamonium diambil oleh amonia yang teradsorpsi lemah atau desorpsi ion alkilamonium dibantu oleh pembentukan ion amonium secara simultan.

Kedua jalur reaksi telah ditemukan menjadi penting dalam kondisi reaksi yang khas. Selektivitas tinggi terhadap mono- dan dialkylamine dicapai dengan modifikasi permukaan zeolit ​​dengan melapisi dengan lapisan silika. Dalam bahan yang dihasilkan trimetilamina dapat dibentuk, tetapi tidak dapat meninggalkan pori-pori dan bereaksi melalui disproporsionasi dengan mono- dan dimetilamin yang lebih kecil.

Pembentukan alkilamin dengan penambahan amonia ke olefin

Katalisis untuk adisi alkena dan amonia membutuhkan alkena untuk diaktifkan oleh situs asam Brønsted dari zeolit, yang hanya mungkin jika situs asam tidak sepenuhnya diblokir oleh ion amonium.

Contohnya termasuk aminasi etena dengan H-Y, H-erionit dan H-mordenit pada suhu reaksi antara 500 dan 550 K95. Pada suhu yang lebih tinggi, nitril cenderung terbentuk. Reaksi isobutena dengan amonia berhasil dikatalisis dengan B-ZSM-596. Untuk mendukung adsorpsi alkena, suhu reaksi ringan dan tekanan tinggi alkena menguntungkan selain situs asam sedang hingga lemah.

Substitusi Elektrofilik Pada Cincin Aromatik

Reaksi dicirikan oleh serangan spesies yang kekurangan elektron, yaitu spesies dengan muatan parsial positif, karbokation atau radikal pada cincin aromatik, lebih disukai pada atom karbon dengan muatan negatif tertinggi. Generasi spesies tersebut terjadi melalui beberapa jalur, di antaranya protonasi, abstraksi hidrida dan pembelahan kelompok kutub adalah yang paling penting.

Ikatan koordinatif antara elektron dari cincin aromatik dan elektrofil sering terjadi pada langkah pertama. Bukti spektroskopi terbaru untuk zat antara semacam itu dilaporkan untuk metilasi toluena98. Cincin aromatik hanya boleh dipegang lemah oleh zeolit ​​agar tidak mengurangi ketersediaan elektron .

Selanjutnya, satu atom karbon dari cincin berinteraksi dengan elektrofil sebelum substitusi yang sebenarnya. Dengan adanya substituen pada cincin, posisi atom karbon di mana interaksi dengan elektrofil terjadi akan tergantung pada efek induktif dari substituen cincin. Untuk substituen penyumbang elektron, atom karbon yang lebih disukai untuk menerima elektrofil adalah atom karbon yang berada pada posisi orto dan para pada gugus substituen.

Distributor Zeolit Untuk Berbagai Aplikasi dan Industri

Jika Anda adalah perusahaan yang membutuhkan zeolit untuk pengolahan berbagai produk Anda, kami siap membantu. Ady Water jual zeolit untuk filter air jenis batu, pasir, dan tepung. Kemasan zeolit per karung 20 kilogram dan eceran 4 kilogram.

Kami juga sudah suplai zeolit ke industri food and beverage, berbagai BUMN, kebutuhan softener (Pelunak Air / Pengurang Kesadahan Air) rumah tangga. Semua produk kami ready stock. Selain itu, kami juga dapat memberikan suplai hingga puluhan ton secara rutin per bulan atau sesuai dengan kebutuhan Anda.

Untuk informasi lebih lanjut bisa hubungi kami di;

Pusat Zeolit Unggulan Ady Water Bandung

Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194

 

Zeolit Filtrasi Air Jakarta

Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830

 

Zeolit Untuk Air Bersih Jakarta Barat

Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480

 

 Atau Anda juga bisa langsung kontak sales kami secara langsung baik via phone maupun WhatsApp:

•         0821 2742 4060 (Ghani)

•         0812 2165 4304 (Yanuar)

•         0821 2742 3050 (Rusmana)

•         0821 4000 2080 (Fajri)

•         0812 2445 1004 (Kartiko)

•         0812 1121 7411 (Andri)               

Untuk Anda yang membutuhkan zeolit baik untuk kebutuhan pengolahan air rumah tangga maupun industri termasuk bagi Anda yang menjalankan bisnis pengolahan air, silahkan kontak kami segera.

Jika Anda memiliki pertanyaan seputar zeolit, silahkan kontak kami untuk diskusi lebih lanjut dan temukan produk zeolit sesuai kebutuhan. Kami di Ady Water menawarkan zeolit terbaik untuk berbagai aplikasi. Silahkan datang ke kantor kami atau kontak sales kami di nomor di atas. Terima kasih.