МЕТАЛЛОКО́МПЛЕКСНЫЙ КАТА́ЛИЗ

МЕТАЛЛОКО́МПЛЕКСНЫЙ КАТА́ЛИЗ, ус­ко­ре­ние хи­мич. ре­ак­ций, вы­зван­ное об­ра­зо­ва­ни­ем про­ме­жу­точ­ных со­еди­не­ний (ак­ти­ва­ци­ей) мо­ле­кул транс­фор­ми­руе­мых суб­стра­тов при их взаи­мо­дей­ст­вии со сво­бод­ным или за­кре­п­лён­ным на спец. но­си­те­ле ком­плек­сом ме­тал­ла, обыч­но пе­ре­ход­но­го, с ор­га­нич. или не­ор­га­нич. ли­ган­да­ми; один из важ­ней­ших ви­дов го­мо­ген­но­го ка­та­ли­за и, в мень­шей сте­пе­ни, ге­те­ро­ген­но­го ка­та­ли­за. В ря­де слу­ча­ев ме­ха­низм М. к. ана­ло­ги­чен ме­ха­низ­му фер­мен­та­тив­но­го ка­та­ли­за на ме­талл­со­дер­жа­щих фер­мен­тах. Важ­ней­шую роль в М. к. иг­ра­ет ор­га­нич. или не­ор­га­нич. ли­ганд­ное ок­ру­же­ние ко­ор­ди­ни­рую­ще­го ато­ма (или ио­на) ме­тал­ла ком­плек­са, спо­соб­ное ока­зать влия­ние на гео­мет­рич. и энер­ге­тич. па­ра­мет­ры про­ме­жу­точ­ных со­еди­не­ний. Как пра­ви­ло, ко­ор­ди­на­ция мо­ле­кул суб­стра­та про­ис­хо­дит не­по­сред­ст­вен­но к ио­ну или ато­му ме­тал­ла внут­ри ко­ор­ди­на­ци­он­ной сфе­ры ме­тал­ла, и сле­до­ва­тель­но, наи­боль­шую ре­ак­ци­он­ную спо­соб­ность про­яв­ля­ют ко­ор­ди­на­ци­он­но-не­на­сы­щен­ные ме­тал­ло­ком­плек­сы или ме­тал­ло­ком­плек­сы с ла­биль­ны­ми ли­ган­да­ми. В отд. слу­ча­ях ко­ор­ди­на­ция мо­ле­ку­лы реа­ген­та про­ис­хо­дит не к ко­ор­ди­ни­рую­ще­му ио­ну ме­тал­ла, а к ли­ган­ду, и реа­ли­зу­ет­ся внеш­не­сфер­ный ме­ха­низм ак­ти­ва­ции реа­ген­тов.

Ме­тал­ло­ком­плекс­ные ка­та­ли­за­то­ры ха­рак­те­ри­зу­ют­ся вы­со­кой од­но­род­но­стью ак­тив­ных цен­тров (т. н. од­но­цен­тро­вые ка­та­ли­за­то­ры), по­это­му об­ла­да­ют, как пра­ви­ло, бо­лее вы­со­кой се­лек­тив­но­стью дей­ст­вия по срав­не­нию с ге­те­ро­ген­ны­ми ка­та­ли­за­то­ра­ми. Ме­тал­ло­ком­плекс­ным ка­та­ли­за­то­рам свой­ст­вен­ны вы­со­кая ката­ли­тич. ак­тив­ность, про­яв­ляю­щая­ся и при низ­ких тем­пе­ра­ту­рах, и вы­со­кая про­из­во­ди­тель­ность. Напр., совр. ме­тал­ло­ком­плекс­ные ка­та­ли­за­то­ры по­ли­ме­ри­за­ции оле­фи­нов по­зво­ля­ют по­лу­чить до 10 т це­ле­во­го про­дук­та на 1 г ак­тив­но­го ме­тал­ла.

Пу­тём на­прав­лен­но­го из­ме­не­ния в струк­ту­ре ли­ган­дов мож­но управ­лять ка­та­ли­тич. свой­ст­ва­ми ме­тал­ло­ком­плекс­ных ка­та­ли­за­то­ров. За­кре­п­ле­ние ме­талло­ком­плек­сов на но­си­те­лях (ор­га­нич. по­ли­ме­рах, не­ор­га­нич. со­лях, ке­ра­мич. ма­те­риа­лах и т. п.) уп­ро­ща­ет про­це­ду­ру от­де­ле­ния ка­та­ли­за­то­ра от про­дук­тов ре­ак­ции, что име­ет важ­ней­шее тех­но­ло­гич. зна­че­ние.

Осн. ти­пы ре­ак­ций, ка­та­ли­зи­руе­мых ме­тал­ло­ком­плекс­ны­ми ка­та­ли­за­то­ра­ми: гид­ри­ро­ва­ние; син­те­зы с уча­сти­ем ок­си­да уг­ле­ро­да (гид­ро­фор­ми­ли­ро­ва­ние); пар­ци­аль­ное окис­ле­ние разл. уг­ле­во­до­ро­дов в кар­бо­ниль­ные со­еди­не­ния и эпок­си­ды; ме­та­те­зис оле­фи­нов и аце­ти­ле­нов; ак­ти­ва­ция ал­ка­нов в рас­тво­рах; по­ли­ме­ри­за­ция, ди­ме­ри­за­ция и оли­го­ме­ри­за­ция оле­фи­нов и аце­ти­ле­нов; фик­са­ция азо­та; гид­ро­си­ли­ли­ро­ва­ние; окис­ле­ние и вос­ста­нов­ле­ние во­ды до ки­сло­ро­да и во­до­ро­да со­от­вет­ст­вен­но. Ме­тал­ло­ком­плек­сы с оп­ти­че­ски ак­тив­ны­ми ли­ган­да­ми ис­поль­зу­ют в ка­че­ст­ве ка­та­ли­за­то­ров асим­мет­ри­че­ско­го син­те­за.

М. к. име­ет важ­ное прак­тич. зна­че­ние для сред­не- и ма­ло­тон­наж­ных хи­мич. про­из­водств, осо­бен­но для осу­ще­ст­в­ле­ния тон­ко­го ор­га­нич. син­те­за. Ис­сле­до­ва­ние ме­ха­низ­ма дей­ст­вия ме­тал­ло­ком­плекс­ных ка­та­ли­за­то­ров во мно­гих слу­ча­ях по­зво­ля­ет по­лу­чить ин­фор­ма­цию о ме­ха­низ­ме ка­та­ли­тич. ре­ак­ций. Это спо­соб­ст­ву­ет раз­ра­бот­ке бо­лее тех­но­ло­гич­ных и ус­той­чи­вых к вы­со­кой темп-ре ге­те­ро­ген­ных ка­та­ли­за­то­ров с изо­ли­ро­ван­ны­ми ак­тив­ны­ми цен­тра­ми на ос­но­ве ио­нов ме­тал­ла, по­сколь­ку функ­цио­ни­ро­ва­ние та­ко­го цен­тра по­доб­но дей­ст­вию ме­тал­ло­ком­плекс­но­го ка­та­ли­за­то­ра с тем же ме­тал­лом. Напр., кван­то­во­хи­мич. рас­чёты ге­те­ро­ген­ных ка­та­ли­тич. про­цес­сов не­ред­ко опи­ра­ют­ся на ис­поль­зо­ва­ние т. н. кла­стер­ных мо­де­лей изо­ли­ро­ван­но­го ак­тив­но­го цен­тра, ана­ло­гич­но­го мо­де­ли со­от­вет­ст­вую­ще­го ме­тал­ло­ком­плек­са.