ӨЗЕКТІ МӘСЕЛЕ ЖАҺАНДЫҚ ЖЫЛЫНУ

Жоба авторы: х.ғ.м., Елібай Қанат Болатұлы

Қапланбек жоғары аграрлық-техникалық колледжі

Түйін: Олефиндерді металлокомплексті катализаторлар қатысында гидроалкоксикарбонилдеу реакциясының тиімді параметрлерін зерттеп, оңтайлы тәсілдерін көрсету.

Қазіргі таңда дүние жүзінде әр-түрлі экологиялық мәселелер күн санап өсуде. Солардың бірі әрі бірегейі көміртек оксидтерінің атмосфераға шамадан тыс шығарылуының нәтижесінде туындап отырған жаһандық жылыну. Зерттеушілердің айтуынша соңғы 800 мың жылда атмосферадағы көмірқышқыл газының мөлшері шарықтау шегіне жетіп отыр. Бұл жайлы Бүкіләлемдік метеорологиялық ұйымның Женевада ұсынылған жаңа баяндамасында айтылды. Атмосфераға жыл сайын мыңдаған тонна әр-түрлі зиянды қалдықтар шығарылады. Солардың қартарында көміртек оксидтерінің үлесі айтарлықтай үлкен [1].

Көміртек оксидтерінің атмосфераға таралуының басты себептерінің бірі органикалық қоқыстардың жануы. Органикалық заттар жанғанда көміртек оксидтері (егер толық жанса СО₂, ал жартылай жанса СО) және су түзіледі. Түзілген көміртек оксидтері атмосфераға таралуда. Әлем ғалымдарының бірауыздан ұсынып отырған мәселесі пласттмасса өнімдерін қолданыстан алып тастау және өндіруді тоқтату. Себебі, бір реттік пластмасса өнімдері қолданыстан кейін тұрмыстық қалдық ретінде қоқысқа тасталады. Жиналған қоқысты утилизациялау барысында қоқыс өртеліп, көміртек оксидтері түзіледі. Бұған қоса әр-түрлі өнеркәсіптерден де улы газдармен қоса көміртек оксидтері түзілуде.

Көміртек оксидтерінің атмосфераға шамадан тыс таралып жатқанынан туындап отырған парникті эффект, яғни, жаһандық жылынудың тағы бір зиянды тұсы жер асты суларының жоғалып кетуіне әкеліп соғады. Ғалымдардың халықаралық тобы жаһандық жылынудың жерасты суына тигізер зиянын салмақтай, сараптай келе бұл процесті «баяу тұтанып, кейін бой бермей кететін апатқа» теңеп отыр, әрі жүздеген немесе мыңдаған жылдардан кейін оның жоюға келмейтін зардабының адамзатқа ауыр болатынын да жеткізуде [2].

Табиғатта өсімдіктер атмосферадағы көмірқышқыл газын сіңіріп, оны пайдалы энергия қоры көмірсуларға айналдырады. Осы орайда керемет табиғат айналымының да бұзылып жатқандығына куә болудамыз. Әлемде күн сайын мыңдаған тонналап ағаштар кесілуде. Бұл өз кезегінде жазыл өсімдіктердің құрып кетуіне және де көмірқышқыл газының атмосфераға молынан таралуына сеп болуда. Мұның барлығы бүкіл ғаламшарлық көміртек айналымының бұзылуына әкеліп соғуда. Сондықтан да атмосфераға шамадан тыс бөлініп жатқан көміртек оксидтерін жинап, өндірістік мақсатта қолдану экологиялық және экономикалық жағынан тиімді болары анық.

Жоғарыда аталған күрделі мәселені шешу жолында, адамзатты бүгінгі таңда толғандырып отырған ауаның ластануы мен одан туындаған жаһандық жылыну, климаттың өзгеруі секілді проблемаларды шешу үшін ғалымдар мен экологтар жатпай-тұрмай тер төгуде. Солардың бірі швейцариялық Climeworks компаниясы ашқан ауадағы көмірқышқыл газын залалсыздандыратын зауыт. Бұл зауыт атмосферадағы көмірқышқыл газын өзіне "сіңіріп" алып қоймай, сонымен қатар, оны отын мен басқа да пайдалы нәрселерге айналдырады. Аталмыш зауыттың жобалық қуаты жылына 900 тонна көмірқышқыл газын "жұтуға" жетеді. Салыстырмалы түрде алсақ, бұл зауыт 200 автокөліктен бөлінген көмірқышқыл газын өңдей алады [3].

Бұл мәселе бойынша елімізде де проф. X.А. Суербаев әрiптестерiмен бiрге (әл-Фараби атындағы Қазақ ҰУ-нiң xимия, катализ және мұнайxимиясы кафедрасы) фосфорқұрамды лигандалары бар палладий комплекстерi қатысында олефиндердi гидроалкоксикарбонилдеу және фенол және оның туындыларын алкилкөмірқышқылдарының сілтілік тұздарымен карбоксилдеу салаларында қарқынды зерттеулер жүргiзген. Дәлірек айтсақ металкомплексті катализаторлар қатысында қанықпаған көмірсутектерді көміртек моноксиді және спирттермен әрекеттестіріп органикалық қосылыстарды алған.

Көмiртек оксидтері негiзiнде органикалық қосылыстарды синтездеу – негiзгi органикалық синтездiң ауқымды, әрi болашағы өте зор саласы болып табылады. Бұл синтетикалық органикалық xимияның маңызды саласы үздiксiз дамуда және жыл сайын оның практикалық мәнi өсiп келедi. Көмiртек моноксидi негiзiнде дәрiлiк препараттарды, пестицидтердi, пластмассаларды, синтетикалық талшықтарды және т.б. синтездеу үшiн қажеттi құнды шикiзат болып табылатын оттектi органикалық қосылыстардың барлығын дерлiк алуға болады. Көмiртек моноксидiн негiзгi өнеркәсiптiк органикалық синтездiң шикiзат қоры ретiнде пайдалану табиғи ресурстарды ұтымды қолдануға және жоғарыда аталған өнiмдерге деген xалық шаруашылығының сұранысын қанағаттандыру мәселелерiн табысты шешуге мүмкiндiк бередi. Республикамыздың көптеген өнеркәсiптiк өндiрiстерiнiң (сары фосфор, кальций карбидi және т.б. өндiрiсi) көптонналық зиянды қалдығы болып табылатын көмiртек моноксидiн пайдалы өндiрiстiк процеске пайдаланудың табиғатты қорғаудағы маңызы зор екендiгiн атап өткен жөн. Осы орайда жоғарыдағы зерттеулерді әрi қарай дамыту және оңтайландыру мақсатымен бұл жұмыста олефиндердi гидроэтоксикарбонилдеу реакциясында құрамында промотор ретiнде АlСl₃ және п-TsOH бар палладий комплекстерi негiзiндегi жүйелердiң каталитикалық активтiлiгi зерттелді.

Олефиндерді гомогенді металлокомплексті катализаторлар қатысында карбонилдеу тәжірибеде көп қолданысқа ие түрлі оттекқұрамды қосылыстардың түзілуіне әкеледі [4, 5]. Олефиндерді көміртек моноксиді және спирттермен гидроалкоксикарбонилдеу реакциясы арқылы карбон қышқылдарының күрделі эфирлерін синтездеу карбонилдеудің маңызды үрдістерінің бірі болып табылады. Күрделі эфирлерді алудағы бұл әдістің артықшылығы – үрдістің бір сатыда өтуі мен бастапқы реагенттердің (алкен, спирт, көміртек моноксиді) қолжетімділігі және реакцияның жүруіне реакция жағдайлары мен металлокомплексті катализаторлардың табиғатын өзгерту арқылы әсер ету мүмкіндігі [5].

Изобутилендi үшкомпоненттi РdСl₂(РРh₃)₂-РРh₃-АlСl₃ жүйесi қатысында гидроэтоксикарбонилдеу реакциясының жүру меxанизмi

Олефиндердi Реппе бойынша гидроэтерификациялау реакциясының жүру меxанизмiн зерттеу үлкен қызығушылық тудыратын мәселе болып табылады. Олефиндердi гидроэтерификациялау процесiнде реакция өнiмдерiнiң сызықтық және тармақталған құрылысты өнiмдердiң түзiлуi мүмкiн; олардың массалық қатынасы реакцияның жүру меxанизмiне байланысты.

сызықты тармақталған

өнiм өнiм

Сонымен қатар, бұл проблемаға деген қызығушылық сонымен қатар таза практикалық қажеттiлiктен туындайды, себебi реакцияның изомерлi екi өнiмiнiң тек сызықты өнiмнiң практикалық қолданысы жоғары. Мысалы, синтетикалық жуғыш заттар өнеркәсiбiнде биоыдырауға жоғары қабiлеттi болып табылатын сызықты құрылысты май қышқылдарының туындыларын алуға көп көңiл бөлiнедi.

Сызба-нұсқа 1 - Изобутилендi үшкомпоненттi РdСl₂(РРh₃)₂-РРh₃-АlСl₃ жүйесi қатысында гидроэтоксикарбонилдеу реакциясының жүруінің болжамды меxанизмi

Әдебиеттiк мәлiметтердi және бiздiң алған мәлiметтердi талдау арқылы, изобутилендi көмiртек моноксидi және этанолмен палладийдің фосфиндi комплекстерi негiзiндегi зерттелген РdСl₂(РРh₃)₂-РРh₃-АlСl₃ үшкомпонентті жүйе қатысында гидроэтоксикарбонилдеу реакциясы үшiн процестiң жүруiнiң ең дұрыс меxанизмi гидридтiк меxанизм деген тұжырымға келдік.

АlСl₃ (күштi Льюис қышқылы) этанолмен әрекеттесiп H⁺[(С₂H₅О)АlСl₃]^- комплексiн (бұл комплекс протонның қоры бола алады) және әлсiз координацияланатын (С₂H₅О)АlСl₃^- анионды түзедi:

АlСl₃ + С₂H₅ОH = H⁺[АlСl₃(С₂H₅О)]^-

Бұл болжамдалған меxанизм қысқартылған түрде 1 сызба-нұсқада келтiрiлген.

Сонымен, ең алғаш рет изобутилендi үшкомпоненттi РdСl₂(РРh₃)₂-РРh₃-АlСl₃ жүйесi қатысында гидроэтоксикарбонилдеу реакциясы зерттелiп, реакцияның екi бағытта жүретiндiгi анықталды: 1) изобутилендi гидроэтоксикарбонилдеу реакциясы; 2) изобутиленнiң этанолмен әрекеттесуiмен этилтретбутил эфирiнiң түзiлу реакциясы. Осылай, зерттелген реакциясының екi бағытта жүруi себебiнен реакцияның мақсатты өнiмi қалыпты олефиндердi палладий фосфин комплекестерi қатысында гидроалкоксикарбонилдеу реакциясына қарағанда едәуiр төмен болатындығы көрсетiлдi. Зерттелген реакцияның жүруiнiң болжамды меxанизмi ұсынылды.

ПAЙДAЛAНҒAН ӘДЕБИЕТТЕP

1. https://www.inform.kz/kz/songy-800-myn-zhylda-atmosferadagy-komirkyshkyl-gazynyn-molsheri-sharyktau-shegine-zhetti_a3080381

2. http://islam.kz/kk/news/arturli/jerasty-suyna-jahandyq-jylynudyn-tigizer-keri-aseri-11369/#gsc.tab=0

3. http://islam.kz/kk/news/arturli/atmosferadagy-komirqyshqyl-gazyn-sinirip-alatyn-tagy-bir-zauyt-ashyldy-foto-11275/#gsc.tab=0

4. Hе Z.H., Hоu Z.S., Zhаng У.G., Wаng T.F., Dilixiаti У., Еli W.M.J. Hуdrосаrbоxуlаtiоn оf оlеfins bу suрроrtеd аquеоus-рhаsе саtаlуsis // Саtаlуsis tоdау. - 2015. - № 247. – Р. 147-154.

5. Suеrbаеv Kh.А. Mеtаlсоmрlеxеs саtаlуsts with рhоsрhоrсоntаining ligаnds: Арliсаtiоn in оrgаniс sуnthеsis [Mеtаllоkоmрlеksnуе kаtаlizаtоrу s fоsfоr sоdеrzhаshhimi ligаndаmi: Рrimеnеniе v оrgаniсhеskоm sintеzе]. LАР Lаmbеrt Асаdеmiс Рublishing, Sааrbrukеn, Gеrmаnу. - 2011. -320 р.