III.1 Sự tạo phức xúc tác trong các hệ nghiên cứu
Cho đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu sự tạo phức giữa ion Mn2+ và các ligan với nhiều mục đích khác nhau như phân tích định lượng, phân tích vi lượng, chiết tách… Do mục đích trong nghiên cứu này là sử dụng phức chất xúc tác cho phản ứng phân hủy H2O2 và oxy hóa các hợp chất hữu cơ nên việc xác định và chứng minh khả năng tạo phức chất xúc tác có độ bền thích hợp giữa Mn2+ và ligan trong điều kiện phản ứng là rất quan trọng. Nếu phức chất quá bền hoặc không bền đều không có hoạt tính xúc tác. Phần này tôi sẽ chứng minh có sự tạo phức xúc tác giữa Mn2+ và axetyl axeton.
III.1.1 Nghiên cứu sơ bộ quá trình catalaza trong các hệ:
H2O - AA - H2O2 (1) H2O - Mn2+ - H2O2 (2) H2O - Mn2+ - AA - H2O2 (3)
Nghiên cứu phản ứng phân hủy H2O2 của ba hệ trên trong điều kiện sau: [Mn2+]o = 2.10-4M, [AA]o = 6.10-3M; [H2O2]o = 10-1M, pH = 10.
Kết quả nghiên cứu sự biến đổi thể tích oxy thoát ra (VO2) theo thời gian (t) trong các hệ (1); (2); (3) được trình bày ở bảng III.1.1 và hình III.1.1.
Bảng III.1.1: Sự biến đổi VO2 thoát ra trong các hệ (1); (2); (3).
t(s) 0 30 60 90 120 150 180 210 240
VO2 (1)(ml) 0 0 0 0 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
VO2 (2)(ml) 0 0 0 0 0 0.2 0.2 0.2 0.2
VO2 (3)(ml) 0 0.4 1.2 2.4 3.6 5 6.2 7.2 8
Hình III.1.1: Thể tích khí O2 thoát ra theo thời gian trong các hệ (1), (2), (3). Từ các kết quả thu được cho thấy: Ở hệ (1) và hệ (2) khi cho thêm Axetyl axeton hoặc Mn2+ vào hệ thì hầu như không có khí thoát ra. Đường số (1) và (2) gần như đường thẳng chứng tỏ bản thân Axetyl axeton và Mn2+ không có khả
năng xúc tác. Còn ở hệ (3) thì khi cho hỗn hợp Axetyl axeton và Mn2+ thì thể
tích khí thoát ra là rất mạnh so với hai hệ đầu. Điều đó chứng tỏ giữa Axetyl axeton và Mn2+ đã tạo thành phức chất có khả năng xúc tác cho phản ứng phân hủy H2O2 nên tốc độ phản ứng tăng và tốc độ thoát khí O2 lớn.
III.1.2 Nghiên cứu sự tạo phức giữa Mn2+ và axetyl axeton
Để chứng minh sự hình thành phức chất giữa Mn2+ - AA, chúng tôi đã tiến hành đo độ hấp thụ của AA và của phức chất Mn2+ - AA tại pH = 10, [Mn2+]o = 2.10-4M, [AA]o = 8.10-3M. Kết quả thực nghiệm được trình bày trên hình III.1.2 và bảng số liệu dưới đây: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 1,2 3 t(s) VO2(ml)
λ(nm) DL DML 230 0.272 0.299 240 0.295 0.316 250 0.481 0.48 260 1.024 0.9 264 1.31 1.118 268 1.51 1.354 270 1.581 1.45 274 1.654 1.552 278 1.689 1.6 280 1.693 1.598 284 1.676 1.576 288 1.631 1.52 290 1.6 1.481 300 1.36 1.245 310 1.039 1.04
Axetyl Axeton có cực đại hấp thụ ở λ = 280 nm Từ kết quả thực nghiệm ta thấy có sự dịch chuyển đỉnh cực đại hấp thụ của phức chất so với axetyl axeton
đồng thời xuất hiện cực đại hấp thụ mới ở λ = 278 nm chứng tỏ sự tạo thành phức chất giữa Mn2+ và axetyl axeton.
Như vậy ta có thể giả thiết phức chất trong hệ là [Mn2+(AA)]
Mn2+ + AA ↔ [Mn2+(AA)]
Sự tạo thành phức giữa Mn2+ và AA làm nồng độ tự do của ion Mn2+ giảm dẫn đến giảm khả năng bị kết tủa của Mn2+ khi phản ứng xảy ra trong hệ (3). Từ đó duy trì được tính đồng thể trong hệ.
Để khẳng định phức chất tạo thành có hoạt tính xúc tác cho phản ứng phân hủy H2O2, tôi khảo sát kỹ hơn hệ (3) trong các phần sau.
III.2 Động học quá trình catalaza trong hệ:
H2O - Mn2+ - AA - H2O2 (3)
Để xác định các điều kiện tối ưu và quy luật động học của quá trình catalaza diễn ra trong hệ (3) chúng tôi tiến hành khảo sát lần lượt các yếu tố ảnh
Hình III.1.2: Nghiên cứu sự tạo phức.