Единая коллекция
Цифровых образовательных ресурсов

Биокатализаторы используют наравне с другими химическими катализаторами, только их действие, в отличие от классического химического катализа, основано на активности ферментов. Это не хрупкие живые создания и работать они способны в самых тяжелых условиях. Наиболее показательны примеры использования биокатализаторов в крупнотоннажном химическом синтезе. Автор рассказывает о специфичности ферментов, о процессе скрининга и ферментации.

Биомиметика - область химии, которая создает искусственные аналоги ферментативных систем. В Институте проблем химической физики РАН в Черноголовке уже найдены биомиметические подходы к ферментативной фиксации азота, окислению алканов (то и другое "заимствовано" у разных видов бактерий) и фотоокислению воды с получением кислорода (именно это делают растения в процессе фотосинтеза).

Нобелевскую премию по химии 2005 года получили француз Ив Шовен, американцы Роберт Граббс и Ричард Шрок за исследование реакции метатезиса, или обменной реакции, при которой углеводороды с двойными связями (олефины) обмениваются обрамляющими группами. Такие реакции известны давно, но только Шовен сумел объяснить механизм и подтвердить его экспериментально, а Шрок и Граббс предложили на основе его данных катализаторы нового типа, тем самым, открыв новую главу в истории органического синтеза.

Статья посвящена перспективам промышленного использования ферментов - природных биокатализаторов. В сравнении с ферментами даже лучшие катализаторы очень слабы. Но ферменты ускоряют реакции определенных веществ, чаще всего тех, что не находят широкого применения в современном химическом производстве. Воспользоваться природными ферментами и создать на их основе новую технологию позволяет, в частности, глюкоза. Получение водорода из воды с помощью солнечной энергии тоже связывают с ферментами.

Статья посвящена жизни и работам известного химика Гавриила Гаврииловича Густавсона, автора классических исследований в области органического катализа.

Когда мы греемся у костра, то пользуемся энергией, выделяющийся при окислении древесины кислородом воздуха. Энергия - вот главная цель, которую преследуют люди, добывая уголь, нефть и газ, сжигая их и продукты переработки. Но сколь полно используется энергия горючих ископаемых, прежде всего энергия жидкого углеводородного топлива, получаемого из нефти? Полного, или глубокого окисления можно добиться лишь с помощью катализаторов.

Считается, что способность некоторых веществ резко ускорять химические реакции открыл в 1822 году И.Деберейнер. Он заметил, что смесь кислорода и водорода взрывается, если ее привести в контакт с губчатой платиной. Затем каталитические свойства были обнаружены не только у твердых тел, но и у жидкостей. В статье рассказано о гелеобразных катализаторах с иммобилизованными активными центрами.

Теория катализа, предложенная в 20-х годах ХХ века Ленгмюром и Хиншельвудом, не может, по мнению автора, ответить на элементарный и самый первый вопрос: происходит ли адсорбция-десорбция реагентов в ходе гетерогенной каталитической реакции. Нет и доказанной схемы для конкретной реакции. И хотя методы и возможности решить этот вопрос существуют, практически никто из исследователей не желает этим заниматься.

Читателем предложен опыт с разложением полиэтилена при нагреве в закрытой колбе, с использование воды в качестве катализатора. Однако консультант "Химии и жизни" высказывает предположение, что вместо этилена в таком опыте образуется смесь газов.

Химики знают: чем выше активность катализатора, тем менее избирательно он действует, тем менее направленно протекает ускоряемый им процесс. Однако это правило не распространяется на биологические катализаторы - ферменты. Они чрезвычайно активны и невероятно специфичны, то есть ускоряют лишь одну реакцию из множества возможных. Об одном из таких биологических катализаторов - ферменте каталазе - рассказано в статье.

Научное направление под названием "зеленая химия" возникло в 90-х годах ХХ века. Зеленая химия предполагает вдумчивый отбор исходных материалов и схем процессов, который полностью исключает использование вредных веществ. Ее основные направления: новые пути синтеза (часто реакции с применением катализатора), возобновляемые исходные реагенты (то есть полученные не из нефти), замена традиционных органических растворителей. Последнее должно изменить наши представления о промышленной химии.

(1861-1953), советский химик-органик, один из основоположников учения о катализе. Исследования Зелинского охватывают несколько областей органической химии, в частности стереохимию. Открытия сделаны Зелинским и в области изучения сложнейших по составу и химической структуре белковых молекул, он открыл реакцию получения a-аминокислот из альдегидов и кетонов, синтезировал ряд аминокислот и окси-аминокислот и др.

Большинство реакций направленного синтеза протекают в жидкой среде, и растворитель порой играет роль не менее важную, чем сами реагирующие вещества. Стало быть, реально в реакции "работают" не отдельные вещества, а фазы, состоящие из реагентов, растворителей, катализаторов и других добавок. Еще в начале ХХ века проницательные теоретики говорили, что объектом химического эксперимента чаще всего оказывается не вещество, а фаза, то есть каждая реакция происходит в своей фазе. А что делать, если один реагент хорошо растворим только в органической фазе (например, в бензоле), а второй - только в водной. Как их соединить? Взять реагенты в тех фазах, которые для них естественны, органические - в органической фазе, а неорганические - в водной. А чтобы они реагировали, их перемешивать. О реакциях, протекающих в двухфазных системах, о катализаторах для этих реакций рассказано в статье.

Замечательные полимеры, способные обмениваться ионами, успешно применяют во многих областях химической технологии. Их каталитические свойства используют для синтеза органических соединений. "Наука и жизнь", 1975, N7

Химические превращения могут протекать гораздо быстрее, если используются каталитические вещества, образующие с исходными компонентами промежуточный комплекс. "Наука и жизнь", 1979, N7

Ускорение химических реакций под действием малых количеств веществ (катализаторов), которые сами в ходе реакции не изменяются.

Каталитические реакции происходят в пристутствии веществ, ускоряющих их своим присутствием. Эти разнообразные процессы широко используются в химической промышленности. "Наука и жизнь", 1951, N2

Демонстрация определения и примеры катализаторов

В 1992 году российские геологи обнаружили, что вулкан Кудрявый на Курильских островах выносит на поверхность рений и другие ценные металлы. В Институте органической химии РАН проверили каталитические свойства "вулканического" рения.

Малое количество "чудодейственных", по определению шведского химика Берцелиуса, веществ ускоряет химическую реакцию, сами же они выходят из нее нетронутыми. Одна из каталитических теорий предполагает образование промежуточных соединений с каталитическим веществом в ходе реакции, что можно наблюдать в химическом опыте. "Наука и жизнь", 1965, N4