Совет по химии Учебно-методического объединения по классическому университетскому образованию.

Примерная программа "катализ"

Теоретические основы катализа

Краткий исторический очерк. Основные этапы развития катализа. Феноменология катализа. Роль катализа в современной химической промышленности и в живой природе.
Общие принципы катализа. Катализ и равновесие. Промежуточные соединения в катализе, катализатор как астехиометрический реагент. Каталитический цикл.
Новый реакционный путь, открываемый катализатором. Факторы, определяющие скорость каталитической реакции. Эффекты компенсации и дополнительного связывания.
Взаимодействие реакционной среды и катализатора. Активные формы гомогенных и гетерогенных катализаторов. Стационарное состояние катализатора. Обратная связь и саморегулирование в катализе.
Принципы классификации катализаторов и каталитических процессов. Основные характеристики катализаторов: активность, селективность, стабильность.

Механизмы каталитических реакций

Стадийный и слитный механизмы катализа. Ионные, радикальные и молекулярные механизмы, формы промежуточного взаимодействия реагента и катализатора.
Кислотно-основной катализ. Гомогенный общий и специфический кислотный катализ. Катализ концентрированными растворами кислот, уравнение Гаммета. "Жесткие" и "мягкие" кислоты и основания. Сверхкислоты как катализаторы. Гетерогенный кислотный катализ. Бренстедовские и льюисовские центры индивидуальных и смешанных оксидов. Катализ цеолитами, молекулярно-ситовой катализ.
Окислительно-восстановительный гомогенный и гетерогенный катализ. Каталитическое гидрирование. Формы активации водорода. Каталитическое окисление. Активные формы кислорода. Катализ оксидами, участие структурного кислорода, парциальное и полное окисление.
Катализ металлами. Структурно-чувствительные каталитические реакции. Нанесенные металлические катализаторы. Размерные эффекты, сильное взаимодействие металл-носитель. Бифункциональные металлические катализаторы.
Катализ комплексами переходных металлов. Внешнесферный и внутрисферный механизмы. Ключевые стадии процесса. Правила Толмена и Хиггинсона. Модель Басоло-Пирсона. Правило Чатта. Катализ реакций, запрещенных по симметрии, спину. Многоэлектронные процессы и катализ кластерами. Закрепленные металлокомплексы как катализаторы. Асимметрический каталитический синтез.
Катализ ферментами. Структурная организация ферментов. Адсорбционные и каталитические центры. Факторы, определяющие активность и селективность ферментов. Ингибиторы, термоинактивация ферментов. Простетические группы и специфические субстраты ферментов. Механизмы ферментативных реакций. Конформационные эффекты, рН-зависимость активности ферментов. Иммобилизованные ферменты, биотехнология.
Основы предвидения каталитического действия. Корреляционные методы в кинетике и катализе. Уравнение Бренстеда-Поляньи. Линейное соотношение свободных энергий. Проблема оптимального катализатора, принцип геометрического и энергетического соответствия.
Комбинаторные методы в катализе, компьютерный поиск и банки данных. Молекулярный дизайн в катализе.

Методы исследования катализаторов и каталитических процессов

Получение водорода и синтез-газа. Синтез аммиака и метанола, синтез Фишера-Тропша. Гидрирование и дегидрирование органических соединений.
Окисление неорганических и органических соединений. Получение серной и азотной кислот. Парциальное окисление органических веществ.
Нефтепереработка и нефтехимия. Первичная переработка нефти. Гидроочистка, каталитический крекинг, гидрокрекинг, риформинт. Изомеризация и алкилирование. Получение бензинов, высокооктановые добавки.
Гомогенно-каталитические процессы, биотехнология.
Полимеризация. Свободнорадикальная полимеризация, координационная полимеризация, металлоценовые катализаторы.
Экологический катализ. Стационарные и мобильные источники загрязнений.
Природоохранные каталитические технологии. Безотходные каталитические циклы.

Актуальные проблемы катализа

Активация малых молекул (азот, диоксид углерода, низшие алканы). Биомиметика.
Катализ и экология, катализ и новые источники энергии. Запасание энергии. Водородные технологии. Катализ и новые материалы. Каталитические способы переработки биомассы.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

Кузнецов В.И. Развитие учения о катализе. М.: Наука, 1964
Боресков Г.К. Катализ. Ч.1, 2. Новосибирск, 1971.
Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. М.: Наука, 1986.
Панченков Г.М., Лебедев В.П. Химическая кинетика и катализ, М.: Химия, 1985.
Полторак О.М. Лекции по теории гетерогенного катализа. М.: Изд-во МГУ, 1968.
Хенрици-Оливэ Г., Оливз С. Координация и катализ. М.: Мир, 1980.
Кожевников И.В. Катализ кислотами и основаниями. Н.: Изд-во НГУ, 1991.
Березин И.В., Мартинек К. Основы физической химии ферментативного катализа, М.: Высш. шк., 1977.
Сетерфилд Ч. Практический курс гетерогенного катализа. М.: Мир, 1984.

Дополнительная

Драго Р. Физические методы в химии. М.: Мир, 1981. Т. 1, 2.
Методы анализа поверхностей. / Под ред. А.Зандерна, М.: Мир, 1979.
Денисов Е.Т. Кинетика гомогенных каталитических реакций. М.: Высш. шк., 1988.
Киперман С.Л. Основы химической кинетики в гетерогенном катализе, М.: Химия, 1979.
Farrauto R.J., Bartholomew C.H. Fundamentals of Industrial Catalytic Processes, Blackie Acad.&Profes., 1997.
Handbook of Heterogeneous Catalysis, (G.Ertl, H.Knozinger, J.Weitkamp, Eds.), VCH Publ., 1997.

Программу составили:
В.А.Лихолобов, чл.-корр. РАН, проф.;
В.А.Собянин, проф.
(Новосибирский государственный университет)
Б.В.Романовский, проф.
(Московский государственный университет)