Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tính chất catalaza của phức Mn(II) với acrylamit

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:99

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Những năm gần đây, hoá học về phức chất ngày càng phát triển trên cả bình diện lý thuyết cũng như ứng dụng. Đó là nhờ sự tổ hợp một cách hợp lý giữa ion kim loại với phối tử hữu cơ để hình thành các phức chất có những đặc tính đặc biệt mà bản thân từng kim loại hay phối tử riêng rẽ không thể nào có được. Xúc tác phức là một trong những chất có đặc tính này. Tính chất xúc tác của nhiều phức chất đã đóng vai trò quan trọng cho thành công của nhiều công nghệ chế tạo các vật liệu, trong công nghiệp hoá chất, hoá dầu, dược phẩm, thực phẩm, nông nghiệp, công nghệ sinh học, sinh thái học và bảo vệ môi trường.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tính chất catalaza của phức Mn(II) với acrylamit

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi ----------------    ---------------- LuËn V¨n Th¹c SÜ Khoa Häc TÝnh chÊt catalaza cña phøc Mn(II) víi acrylamit chuyªn Ngµnh : hãa lý thuyÕt vµ hãa lý M· sè : 62 44 31 01 lª thÞ hång thuý Ngêi híng dÉn: GS.TSKH. NG¦T. NguyÔn V¨n XuyÕn Hµ Néi 2005
-1- Më ®Çu Nh÷ng n¨m gÇn ®©y, ho¸ häc vÒ phøc chÊt ngµy cµng ph¸t triÓn trªn c¶ b×nh diÖn lý thuyÕt còng nh øng dông. §ã lµ nhê sù tæ hîp mét c¸ch hîp lý gi÷a ion kim lo¹i víi phèi tö h÷u c¬ ®Ó h×nh thµnh c¸c phøc chÊt cã nh÷ng ®Æc tÝnh ®Æc biÖt mµ b¶n th©n tõng kim lo¹i hay phèi tö riªng rÏ kh«ng thÓ nµo cã ®îc. Xóc t¸c phøc lµ mét trong nh÷ng chÊt cã ®Æc tÝnh nµy. TÝnh chÊt xóc t¸c cña nhiÒu phøc chÊt ®· ®ãng vai trß quan träng cho thµnh c«ng cña nhiÒu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c vËt liÖu, trong c«ng nghiÖp ho¸ chÊt, ho¸ dÇu, dîc phÈm, thùc phÈm, n«ng nghiÖp, c«ng nghÖ sinh häc, sinh th¸i häc vµ b¶o vÖ m«i trêng… C¸c phøc chÊt xóc t¸c ®îc nghiªn cøu vµ sö dông dùa trªn c¬ së m« h×nh xóc t¸c men (xóc t¸c sinh häc). Trong ®ã, c¸c ion trung t©m t¹o phøc lµ c¸c ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp, cßn protein ®îc thay thÕ b»ng c¸c ligan h÷u c¬ cã c¸c nhãm chøc gièng protein. ¦u ®iÓm cña c¸c phøc xóc t¸c nh©n t¹o lµ nã cã cÊu t¹o, thµnh phÇn ®¬n gi¶n h¬n c¸c chÊt xóc t¸c sinh häc rÊt nhiÒu, nªn qu¸ tr×nh xóc t¸c cã thÓ thùc hiÖn ë ngoµi thÕ giíi h÷u sinh (trong c«ng nghiÖp, trong thùc nghiÖm…) víi tèc ®é nhanh, cã ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc cao ë ®iÒu kiÖn mÒm dÞu (T, P thÊp), nghÜa lµ ph¶i ®¹t ®îc n¨ng suÊt cao vµ chÊt lîng s¶n phÈm tèt nhÊt, gi¶m tiªu hao n¨ng lîng, tiÕt kiÖm nhiªn liÖu, kh«ng cã chÊt th¶i, chèng « nhiÔm vµ b¶o vÖ m«i trêng. V× vËy, ®©y chÝnh lµ ®éng lùc kh«ng chØ kÝch thÝch nghiªn cøu c¬ b¶n mµ cßn cã søc hÊp dÉn lín ®èi víi nÒn s¶n xuÊt c«ng nghiÖp hiÖn ®¹i, phï hîp víi xu thÕ chung ®ang t×m kiÕm chÊt xóc t¸c míi cã hiÖu qu¶ cao cho viÖc tèi u ho¸ c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ diÔn ra theo chiÒu híng cã hiÖu qu¶ vµ cã lîi nhÊt. Qu¸ tr×nh xóc t¸c b»ng phøc chÊt cña c¸c ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp gÆp nhiÒu thuËn lîi nhê sù ph¸t triÓn m¹nh cña mét sè ngµnh nh: sinh vËt häc ph©n tö, ho¸ häc phèi trÝ vµ nhê sù hoµn thiÖn, øng dông ngµy cµng cã hiÖu qu¶ c¸c ph¬ng ph¸p vËt lý vµ ho¸ lý hiÖn ®¹i, thÝch hîp cho viÖc nghiªn cøu
-2- qu¸ tr×nh xóc t¸c. ViÖc øng dông xóc t¸c phøc kh«ng chØ h¹n chÕ trong nh÷ng ph¶n øng tæng hîp ho¸ häc th«ng thêng mµ cßn v¬n xa h¬n ®Õn môc ®Ých tèi u ho¸ d©y chuyÒn s¶n xuÊt, t¹o ra “m«i trêng s¹ch”, tøc lµ t¹o ra d©y chuyÒn s¶n xuÊt khÐp kÝn, cã n¨ng suÊt cao, Ýt s¶n phÈm phô g©y « nhiÔm m«i trêng. Trong c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ, víi môc ®Ých gi¶m thiÓu chÊt ®éc h¹i th× viÖc sö dông O2, H2O2, O3 lµm chÊt oxy ho¸ cho c¸c ph¶n øng ho¸ häc lµ c¸ch lùa chän tin cËy, v× ®©y lµ nh÷ng chÊt oxy ho¸ rÎ, cã thÓ thay thÕ c¸c chÊt oxy ho¸ m¹nh, ®éc h¹i vµ ®¾t tiÒn, t¹o ra nh÷ng s¶n phÈm thuÇn khiÕt vÒ mÆt sinh th¸i. Nhng c¸c ph©n tö O2, H2O2 l¹i kh¸ tr¬ vÒ mÆt ®éng häc, viÖc s¶n xuÊt O3 l¹i kh«ng dÔ dµng vµ b¶n th©n O3 còng lµ khÝ ®éc. Ho¹t ho¸ c¸c ph©n tö O2 vµ H2O2 ®· tõng lµ ®èi tîng nghiªn cøu cña rÊt nhiÒu c«ng tr×nh trªn thÕ giíi trong ®ã ho¹t ho¸ c¸c ph©n tö nµy b»ng phøc chÊt, ®Æc biÖt lµ phøc chÊt ®a nh©n cña c¸c kim lo¹i chuyÓn tiÕp tá ra u viÖt h¬n do ®îc thùc hiÖn trong c¸c hÖ sinh häc b»ng c¸c chÊt xóc t¸c men oxydaza, oxygenaza. V× vËy, viÖc nghiªn cøu vµ chÕ t¹o ra c¸c hÖ xóc t¸c phøc thÝch hîp, cã kh¶ n¨ng ho¹t ho¸ c¸c ph©n tö O2 vµ H2O2 hiÖn ®ang lµ mèi quan t©m cña nhiÒu nhµ khoa häc. Cho ®Õn nay,viÖc nghiªn cøu kh¶ n¨ng ho¹t ho¸ cña c¸c phøc chÊt ®· thùc sù ph¸t triÓn, c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu ®· ®îc ®¨ng t¶i trong rÊt nhiÒu c«ng tr×nh trªn thÕ giíi. Tuy nhiªn, do tÝnh míi mÎ, ®a d¹ng vµ phøc t¹p cña c¸c ®èi tîng nghiªn cøu xóc t¸c phøc ®ång thÓ, nªn cßn tån t¹i nhiÒu vÊn ®Ò lín thuéc vÒ c¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh xóc t¸c b»ng phøc chÊt vÉn cha ®îc nghiªn cøu vµ gi¶i quyÕt mét c¸ch hÖ thèng, ®ång bé vµ s©u s¾c: nhiÖt ®éng häc vµ sù t¹o phøc, ®éng häc vµ c¬ chÕ cña qu¸ tr×nh xóc t¸c, b¶n chÊt, ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc cña phøc chÊt xóc t¸c, c¸c t¬ng t¸c ph©n tö, t¬ng t¸c phèi trÝ, hµng lo¹t c¸c yÕu tè ¶nh hëng kh¸c nhau lµm thay ®æi cÊu t¹o, tÝnh chÊt vËt lý vµ ho¸ lý cña c¸c cÊu tö trong hÖ cã thÓ dÉn ®Õn sù xuÊt hiÖn hoÆc triÖt tiªu hiÖu øng xóc t¸c. Bªn c¹nh ®ã, b¶n chÊt xóc t¸c cha ®îc lµm
-3- s¸ng tá, nhiÒu th«ng sè ®éng häc c¬ b¶n cha ®îc x¸c ®Þnh, thiÕu c¸c kiÕn thøc vÒ quy luËt ®éng häc vµ c¬ chÕ cña qu¸ tr×nh xóc t¸c… TÊt c¶ nh÷ng vÊn ®Ò nµy chÝnh lµ nguån lùc thóc ®Èy nghiªn cøu lý thuyÕt vÒ xóc t¸c phøc chÊt vµ ph¸t triÓn nã ®¸p øng kÞp nh÷ng nhu cÇu cña thùc tiÔn. XuÊt ph¸t tõ ý nghÜa khoa häc, vai trß thùc tiÔn, kh¶ n¨ng vµ triÓn väng còng nh tån t¹i cÇn ®îc gi¶i quyÕt cña lÜnh vùc xóc t¸c phøc chÊt ®· nªu ë trªn, chóng t«i chän ®Ò tµi ®Ó nghiªn cøu lµ: “TÝnh chÊt catalaza cña phøc Mn(II) víi Acrylamit’’.
-4- Ch¬ng 1 Tæng quan xóc t¸c ®ång thÓ oxy ho¸ - khö b»ng phøc chÊt cña ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp. 1.1.Vai trß cña sù t¹o phøc ®Õn tÝnh chÊt xóc t¸c cña ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp Mz+. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cho thÊy r»ng mét sè ion kim lo¹i ë d¹ng tù do kh«ng cã tÝnh xóc t¸c nhng khi chuyÓn vµo phøc chÊt th× l¹i thÓ hiÖn ho¹t tÝnh xóc t¸c rÊt râ, ®Æc biÖt lµ ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp. Phøc chÊt cña ion c¸c kim lo¹i chuyÓn tiÕp thêng lµ chÊt xóc t¸c cã hiÖu qu¶ h¬n nhiÒu so víi c¸c ion kim lo¹i t¬ng øng. Khi chuyÓn ion kim lo¹i vµo phøc chÊt, quy luËt ®éng häc vµ c¬ chÕ cña c¸c qu¸ tr×nh oxy ho¸ - khö bÞ thay ®æi mét c¸ch c¬ b¶n, vÝ dô nh thay ®æi chiÒu híng vµ giíi h¹n ph¶n øng, vËn tèc ph¶n øng. Sù t¸c dông ®Æc thï cña c¸c phøc chÊt cã ý nghÜa rÊt lín, v× sù t¹o phøc gi÷a c¸c ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp (MZ+) vµ c¸c ligan (L) kh¸c nhau lµ mét trong c¸c ph¬ng ph¸p cã hiÖu lùc nhÊt ®Ó t¹o ra c¸c phøc cã ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc cao [3]. 1.1.1. Vai trß cña ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp trong phøc chÊt xóc t¸c. Nh÷ng kim lo¹i chuyÓn tiÕp nhãm d ®îc ph©n bè trong c¸c chu k× lín cña b¶ng hÖ thèng tuÇn hoµn vµ ë gi÷a c¸c nguyªn tè s vµ p. Kh«ng gièng nh cÊu tróc electron cña c¸c nguyªn tè nhãm s vµ p lµ ®iÒn vµo c¸c
-5- orbital ngoµi cïng, c¸c electron cña nh÷ng nguyªn tè nµy l¹i ®iÒn vµo c¸c orbital d cËn ngoµi cïng, v× vËy, chóng cã nh÷ng ®Æc ®iÓm c¬ b¶n sau[4]: + Trõ mét sè trêng hîp nh: Ag+, Cu+, Au+, Pd… cßn l¹i c¸c nguyªn tö kim lo¹i chuyÓn tiÕp nhãm d, ë bÊt kú tr¹ng th¸i oxy ho¸ nµo th× c¸c orbital d còng cha ®îc ®iÒn ®Çy (tr¹ng th¸i cha b·o hoµ) vµ c¸c electron trªn orbital (n-1)d cã thÓ ®îc chuyÓn nhîng. + N¨ng lîng cña c¸c orbital (n-1)d, ns, np hoÆc ns, np, nd xÊp xØ nhau nªn kh¶ n¨ng lai hãa gi÷a c¸c orbital lín. V× vËy, theo ph¬ng ph¸p orbital ph©n tö (ph¬ng ph¸p MO), khi t¬ng t¸c phèi trÝ víi ligan (L) hoÆc víi c¬ chÊt cã tÝnh ligan (SL) th× ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp Mz+ cã thÓ nhËn vµo orbital trèng d(x2-y2) c¸c electron ®îc chuyÓn ®Õn tõ L (hoÆc SL) ®Ó h×nh thµnh liªn kÕt σ, ®ång thêi, ion Mz+ cßn cã kh¶ n¨ng cho electron cña m×nh - chuyÓn ngîc electron tõ orbital dxy cña Mz+ sang orbital π* ph¶n liªn kÕt cña L (hoÆc SL) - t¹o thµnh liªn kÕt π ngîc gi÷a Mz+ vµ L (SL) [5]. KÕt qu¶ lµ sù t¹o phøc lµm yÕu liªn kÕt ho¸ häc trong ph©n tö c¸c chÊt nµy t¬ng tù nh qu¸ tr×nh ho¹t ho¸ b»ng c¸c xóc t¸c sinh häc. §iÒu nµy ®· gi¶i thÝch kh¶ n¨ng ho¹t ho¸ c¸c hîp chÊt phøc xóc t¸c, lµm cho c¸c ph¶n øng xóc t¸c oxy ho¸ - khö cã thÓ diÔn ra ë ®iÒu kiÖn mÒm (T, P thêng) víi tèc ®é vµ ®é chän läc cao [2], [3], [25]. VÝ dô1: §Ó minh ho¹ cho hai lo¹i liªn kÕt trªn, chóng ta xÐt trêng hîp ho¹t hãa ph©n tö C2H4 b»ng phøc chÊt [PtCl3]- (h×nh 1.1) [32]. S¬ ®å minh ho¹ trªn h×nh 1.1 m« pháng qu¸ tr×nh ph©n bè l¹i ®iÖn tö trªn ph©n tö phøc [PtCl3C2H4]-: ®iÖn tö dÞch chuyÓn tõ orbital π cña C2H4 sang orbital d(x2-y2) cña Pt2+ t¹o thµnh liªn kÕt σ gi÷a Pt2+ vµ C2H4. §ång thêi, ®iÖn tö còng ®îc dÞch chuyÓn tõ orbital dxy cña Pt2+sang orbital π*
-6- cña C2H4 t¹o thµnh liªn kÕt π ngîc gi÷a Pt2+ vµ C2H4. Sù ph©n bè l¹i ®iÖn tö lµm cho liªn kÕt C = C yÕu ®i (®é gi¶m tÇn sè dao ®éng trong phæ hång ngo¹i cña nã lµ ∆νC=C ≈ 200cm-1, ®é dµi liªn kÕt gi÷a hai nguyªn tö cacbon t¨ng tõ 1,38A0 lªn ®Õn 1,54A0, cßn ®é béi liªn kÕt gi¶m tõ 2 xuèng 1, t¬ng øng víi sù biÕn ®æi tr¹ng th¸i lai ho¸ cña nguyªn tö C tõ sp2 sang sp3. Nhê vËy, c¸c t¸c nh©n nucleophil nh OH-, H-…dÔ dµng x©m nhËp vµo c¸c liªn kÕt ®· ®îc ho¹t ho¸ cña C2H4 [3], [5], [24]. y dx2-y2 dxy b - - + + - x + Mz+ +a + - + - - + - b H×nh 1.1: Liªn kÕt phèi trÝ gi÷a Pt2+ vµ C2H4. a: Liªn kÕt σ b: Liªn kÕt π ngîc. Trong qu¸ tr×nh xóc t¸c, nhiÒu trêng hîp, hiÖu øng “liªn kÕt π ngîc” cã ý nghÜa h¬n nhiÒu so víi liªn kÕt σ, quan träng nhÊt lµ sù xen phñ gi÷a c¸c orbital t¬ng øng cña Mz+ vµ L (hoÆc SL) ph¶i tu©n theo quy t¾c b¶o toµn tÝnh ®èi xøng cña c¸c orbital sao cho sù xen phñ ®¹t cùc ®¹i, ®¶m b¶o cho sù vËn chuyÓn electron ®îc thùc hiÖn dÔ dµng, t¹o ®iÒu kiÖn cho viÖc ho¹t ho¸ vµ biÕn ®æi c¸c giai ®o¹n tiÕp theo trong qu¸ tr×nh xóc t¸c [21].
-7- 1.1.2. ¶nh hëng cña sù t¹o phøc ®Õn tÝnh chÊt xóc t¸c cña Mz+. Nh ®· ph©n tÝch ë trªn, trong c¸c phøc chÊt - xóc t¸c cã sù vËn chuyÓn electron tõ Mz+ ®Õn L (SL) vµ ngîc l¹i (h×nh 1.1). Sù phèi trÝ nµy g©y ra sù thay ®æi c¸c tÝnh chÊt cña: ligan, c¸c c¬ chÊt vµ c¸c ion kim lo¹i t¹o phøc Mz+ [3], [6]: a) T¨ng ®é bÒn thuû ph©n cña c¸c ion kim lo¹i: Trong dung dÞch níc, ion c¸c kim lo¹i chuyÓn tiÕp, vÝ dô ion M2+, khi t¨ng pH sÏ bÞ thuû ph©n: +H2O +H2O +M2+ M2+ M(OH+) + H+ M(OH)2 [M2(OH)2]2+ … (1.1) S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh thuû ph©n lµ c¸c d¹ng phøc chÊt hydroxomonome M(OH)+, ®ime [M2(OH)2]2+, polime, hydroxyt trung hoµ M(OH)2… ë d¹ng kÕt tña hoÆc d¹ng dung dÞch keo lµm gi¶m nång ®é ion M2+ vµ lµm mÊt tÝnh ®ång thÓ cña hÖ, do ®ã tèc ®é c¸c ph¶n øng ®îc xóc t¸c b»ng ion M2+ sÏ bÞ gi¶m theo. NÕu ion trung t©m Mz+ cã tr¹ng th¸i oxy hãa (z+) cao vµ ®é cha b·o hßa phèi trÝ lín th× tèc ®é thñy ph©n cµng lín. Do vËy, c¸c ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp dÔ bÞ thuû ph©n khi pH t¨ng dÇn. Th«ng thêng ®é bÒn thuû ph©n cña phÇn lín c¸c ion Mz+ bÞ giíi h¹n trong kho¶ng hÑp pH = 3 ÷ 5. Khi cho ligan L (trong ®ã L cã thÓ lµ ph©n tö trung hoµ hoÆc ë d¹ng c¸c d¹ng anion) vµo dung dÞch cña M2+ vµ t¨ng dÇn pH cña dung dÞch (gi¶ thiÕt L cã hai nhãm chøc t¹o phøc vµ ion M2+ cã sè phèi trÝ lín nhÊt b»ng 6), sÏ x¶y ra c¸c trêng hîp sau: + ë pH thÊp, trong dung dÞch tån t¹i c¸c d¹ng proton ho¸ cña L lµ LH+, LH22+ vµ ion Mz+ (do cha t¹o phøc víi L): + + L +  H → LH+ +  H → LH22+ (1.2)
-8- + Theo chiÒu t¨ng cña pH, c¸c d¹ng proton ho¸ cña ligan bÞ ph©n ly vµ c¸c c©n b»ng sÏ dÞch chuyÓn vÒ phÝa t¹o ra L: + + LH22+ −  H → LH+ −  H → L (1.3) NÕu ligan lµ axit, vÝ dô axit citric, kÝ hiÖu lµ H4L, th× sù ph©n ly diÔn ra theo chiÒu: + + + + H4L −  H → H3L- −  H → H2L2- −  H → HL3- −  H → L4- (1.4) Nhê vËy mét phÇn ion M2+ ®îc liªn kÕt vµo c¸c d¹ng phøc chÊt: +L +L +L Mz+ LMz+ L2Mz+ L3Mz+ (1.5) + Khi tiÕp tôc t¨ng pH ®Õn mét giíi h¹n nµo ®ã th× mét sè d¹ng phøc chÊt kh«ng bÒn cña M2+ bÞ thuû ph©n t¹o thµnh c¸c phøc chÊt hydroxo: LMz+ + H2O LMOH(z-1)+ + H+ (1.6) L2Mz+ + H2O L2MOH(z-1)+ + H+ (1.7) 2LM2+ + 2H2O L2M2(OH)2(z-1)+ + 2H+ (1.8) §iÒu kh¸c c¬ b¶n víi trêng hîp thñy ph©n ion Mz+ tù do, qu¸ tr×nh thuû ph©n phøc cña Mz+ diÔn ra chËm h¬n vµ ë pH cao h¬n. H»ng sè bÒn cña phøc chÊt cµng lín th× ®é bÒn thuû ph©n cña dung dÞch cµng lín vµ tÝnh chÊt ®ång thÓ cña dung dÞch ®îc b¶o toµn ë pH cµng cao, nhiÒu trêng hîp phøc chÊt - xóc t¸c cã thÓ ho¹t ®éng ®îc ë vïng pH =12 [6]. C¸c c©n b»ng tõ (1.1) ®Õn (1.8) cho thÊy: tuú thuéc vµo pH mµ Mz+ cã thÓ tån t¹i ë nhiÒu d¹ng phøc chÊt cã thµnh phÇn kh¸c nhau. B»ng c¸ch thay ®æi pH ta cã thÓ lµm c©n b»ng dÞch chuyÓn vÒ phÝa t¹o thµnh d¹ng phøc chÊt ®ãng vai trß xóc t¸c mµ t¹i ®ã tèc ®é qu¸ tr×nh xóc t¸c (WS) ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i.
-9- b) Thay ®æi thÕ oxy ho¸ - khö cña ion kim lo¹i: Do ion kim lo¹i tham gia vµo qóa tr×nh t¹o phøc víi ligan, lµm cho nång ®é c©n b»ng cña chóng bÞ gi¶m ®i, v× vËy, thÕ oxy ho¸ - khö còng bÞ thay ®æi theo. Mçi phøc chÊt t¹o thµnh ®îc ®Æc trng bëi h»ng sè bÒn KL ( z +1)+ , gi÷a thÕ oxy ho¸ - khö vµ h»ng sè bÒn liªn hÖ víi nhau b»ng nM biÓu thøc [2], [5], [15]: RT K Ln M ( Z +1) + ϕL M ( Z +1 ) + / Ln M Z + = ϕ M ( Z +1) + / M Z + − ln (1.9) n F KL M Z+ n Trong ®ã: KLnM(z+1)+ : h»ng sè bÒn cña phøc ë d¹ng oxy hãa. KL z+ : h»ng sè bÒn cña phøc ë d¹ng khö. nM ϕ M(z+1)+/ Mz+ : thÕ oxy hãa khö ë d¹ng ion tù do. R: h»ng sè khÝ; T: nhiÖt ®é tuyÖt ®èi; F: h»ng sè Faraday. Tõ c«ng thøc (1.9) ta thÊy: + NÕu KLnM(z+1)+ > KLnMz+ th× ϕLnM(z+1)+/ LnMz+ < ϕ M(z+1)+/ Mz+ , chøng tá sù t¹o phøc ®· lµm æn ®Þnh tr¹ng th¸i oxy ho¸ cao cña ion kim lo¹i M(z+1)+ (d¹ng oxy ho¸). §iÒu nµy x¶y ra khi ligan chØ t¹o liªn kÕt σ víi ion kim lo¹i. VÝ dô2: ϕ Fe ( CN )36− / Fe ( CN )64 − = 0,36V < ϕ Fe3+ = 0.771V . Nh vËy, ion Fe3+ 0 0 Fe 2 + ®îc æn ®Þnh trong phøc chÊt [Fe(CN)6]3- v× ligan CN- lµ σ-donor m¹nh, cã ®é ph©n cùc lín, thuËn lîi cho sù t¹o phøc víi ion Fe3+ h¬n (h×nh 1.2).
- 10 - y x Fe3+ : CN σ H×nh1.2: Liªn kÕt phèi trÝ σ gi÷a Fe3+ vµ CN-. + NÕu KLnM(z+1)+ < KLnMz+ th× ϕ LnM(z+1)+/ LnMz+ > ϕ M(z+1)+/ Mz+ , chøng tá tr¹ng th¸i oxy ho¸ thÊp Mz+ (d¹ng khö) ®îc æn ®Þnh. §iÒu nµy x¶y ra khi ligan t¹o liªn kÕt π ngîc víi ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp Mz+ (h×nh 1.1b). VÝ dô3: L = O-phenantrolin (phen) cã t¸c dông æn ®Þnh tèt Fe2+ trong níc v×: ϕ0Fe ( phen )3+ / Fe ( phen ) 2+ = 1,196V > ϕ0Fe3+/Fe2+ = 0,771V [29]. 3 3 Sù thay ®æi thÕ oxy ho¸ - khö g¾n liÒn víi sù vËn chuyÓn (cho vµ nhËn) electron, nªn tèc ®é cña ph¶n øng xóc t¸c oxy ho¸ - khö phô thuéc c¶ vµo ϕ cña cÆp oxy ho¸ - khö ®ã. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu [6], [15], [23], [24], [25], [30] cho thÊy: Ho¹t tÝnh xóc t¸c ®¹t cùc ®¹i ë mét gi¸ trÞ tèi u vÒ thÕ oxy ho¸ - khö cña phøc chÊt - xóc t¸c, do ®ã phøc chÊt - xóc t¸c còng ph¶i cã ®é bÒn tèi u. NÕu ®é bÒn qu¸ nhá, phøc chÊt bÞ thuû ph©n vµ nÕu ®é bÒn qu¸ lín, phøc chÊt sÏ mÊt ho¹t tÝnh xóc t¸c. Nh vËy, thÕ oxy ho¸ - khö cña phøc chÊt - xóc t¸c lµ tiªu chuÈn ®¸ng tin cËy ®Ó lùa chän lo¹i phøc chÊt - xóc t¸c. Cã thÓ thay ®æi gi¸ trÞ thÕ oxy ho¸ - khö cña cÆp ion M(z+1)+/Mz+ trong kho¶ng réng ®Ó t×m gi¸ trÞ tèi u b»ng c¸ch cho t¹o phøc víi mét ligan thÝch hîp
- 11 - MÆt kh¸c, ion c¸c kim lo¹i chuyÓn tiÕp cã kh¶ n¨ng t¬ng t¸c ®îc víi O2 hoÆc H2O2 khi thÕ ®iÖn cùc cña c¸c ion kim lo¹i ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn [16], [21]: ϕ0M(z+1)+/Mz+
- 12 - víi qu¸ tr×nh xóc t¸c. Tuy nhiªn, ®iÒu nµy kh«ng cã nghÜa lµ ho¹t tÝnh xóc t¸c cña phøc chÊt gi¶m khi sè vÞ trÝ phèi trÝ tù do gi¶m [10], [12], [30]. VÝ dô5: Trong c¸c qu¸ tr×nh catalaza vµ peroxydaza th× ho¹t tÝnh xóc t¸c cña [Mn(phen)2]2+ vµ [Mn(Dipy)2]2+ (phen: O-phenantrolin, Dipy:dipyridin) cao h¬n nhiÒu so víi ho¹t tÝnh cña [Mn(phen)]2+ vµ [Mn (Dipy)], mÆc dï sè vÞ trÝ phèi trÝ tù do cña hai phøc ®Çu (b»ng 2) nhá h¬n so víi hai phøc chÊt sau (b»ng 4). Trong khi ®ã c¸c phøc chÊt b·o hoµ phèi trÝ [Mn(phen)3]2+ vµ [Mn(Dipy)3]2+ l¹i g©y øc chÕ ®èi víi qu¸ tr×nh ®· cho [3]. Trêng hîp tæng qu¸t, trong dung dÞch t¹o thµnh nhiÒu d¹ng phøc chÊt kh¸c nhau khi thay ®æi nång ®é cña L vµ gi÷a chóng thiÕt lËp c©n b»ng: Mz++ nL Mz+L +(n-1)L Mz+L2+ (n-2)L Mz+L3 +(n-3)L .... (1.10) Mçi d¹ng phøc chÊt trong c©n b»ng (1.10) cã ho¹t tÝnh xóc t¸c kh¸c nhau vµ ®îc ®Æc trng c¶ b»ng h»ng sè bÒn vµ thÕ oxy ho¸ - khö t¬ng øng. Tèc ®é qu¸ tr×nh xóc t¸c Ws trong trêng hîp nµy lµ mét hµm phøc t¹p phô thuéc vµo tû sè β = [L]0/[Mz+]0. Trêng hîp thêng gÆp lµ mét d¹ng phøc chÊt nµo ®ã ë c©n b»ng (1.10) cã ho¹t tÝnh xóc t¸c cao ®Õn møc lÊn ¸t ho¹t tÝnh xóc t¸c cña c¸c d¹ng kh¸c th× cã thÓ coi ho¹t tÝnh xóc t¸c cña c¶ hÖ gÇn ®óng b»ng chÝnh ho¹t tÝnh xóc t¸c cña d¹ng phøc chÊt ®ã. Muèn x¸c ®Þnh ®îc d¹ng phøc ®ãng vai trß xóc t¸c, cÇn nghiªn cøu sù biÕn ®æi t¬ng ®ång gi÷a tèc ®é ph¶n øng xóc t¸c Ws vµ phÇn tû lÖ nång ®é cña mçi d¹ng phøc chÊt αm. Gi¸ trÞ cña αm ®îc x¸c ®Þnh theo ph¬ng tr×nh sau[29]: [ M z + Lm ] K m [ L] m αm = = (1.11) [ M z + ]0 1 + K 1 [ L] + K 2 [ L] 2 + K 3 [ L]3 + ...K m [ L] m Trong ®ã:
- 13 - [Mz+Lm] vµ Km : nång ®é vµ h»ng sè bÒn chung cña phøc chÊt Mz+Lm. [Mz+]o : nång ®é ®Çu cña Mz+. [L] : nång ®é c©n b»ng cña L ®îc tÝnh theo c«ng thøc: [ L]0 − [ L] K 1 [ L] + 2 K 2 [ L] 2 + 3K 3 [ L]3 + ... n= = (1.12) [ M z + ]0 1 + K 1 [ L] + K 2 [ L] 2 + K 3 [ L]3 + ... n - hµm t¹o thµnh, [L]0 - nång ®é ban ®Çu cña L. K1, K2, K3...:h»ng sè bÒn chung cña c¸c phøc chÊt øng víi m = 1, 2, 3… T¹i mçi gi¸ trÞ cña [Mz+]o, [L]0 cho tríc tuú ý, [L] ®îc chän sao cho khi tÝnh n theo c¶ hai vÕ cña ph¬ng tr×nh (1.12) chØ sai kh¸c nhau kho¶ng 1÷1,5%. Ngµy nay, b»ng c¸ch lËp tr×nh cho m¸y tÝnh, chóng ta cã thÓ c¸c ®Þnh ®îc n vµ αm mét c¸ch t¬ng ®èi dÔ dµng [9]. 1.1.4. Chu tr×nh oxy ho¸ - khö thuËn nghÞch. Trong qu¸ tr×nh xóc t¸c oxy ho¸ - khö b»ng phøc chÊt cña ion c¸c kim lo¹i chuyÓn tiÕp LnMz+, cã sù biÕn ®æi c¸c tr¹ng th¸i oxy ho¸ cña c¸c ion trung t©m (ë c¸c d¹ng phøc chÊt t¬ng øng). Khi cho chÊt oxy ho¸ (Ox) nh H2O2 vµo dung dÞch cña phøc chÊt - xóc t¸c LnMz+ (trong ®ã Mz+ cã tÝnh khö) th× ion Mz+ cña phøc sÏ bÞ oxy ho¸ thµnh ion cã tr¹ng th¸i oxy ho¸ cao h¬n, ë c¸c d¹ng phøc t¬ng øng lµ LnM(z+1)+, LnM(z+2)+.... NÕu trong hÖ xóc t¸c cã mÆt chÊt khö (Red) th× c¸c ion trong phøc ë tr¹ng th¸i oxy ho¸ cao sÏ ®îc khö vÒ tr¹ng th¸i oxy ho¸ ban ®Çu, thùc hiÖn qu¸ tr×nh phôc håi d¹ng phøc chÊt xóc t¸c. Nh vËy, trong hÖ xóc t¸c, khi ®ång thêi cã mÆt c¸c d¹ng phøc chÊt cña ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp víi c¸c tr¹ng th¸i oxy ho¸
- 14 - kh¸c nhau, chÊt oxy ho¸ vµ chÊt khö th× cã thÓ tån t¹i chu tr×nh oxy ho¸ - khö thuËn nghÞch (1.14): Ox LnMz+ LnM(z+1)+ ( hay LnM(z+2)+...) (1.13) Red Møc ®é thuËn nghÞch cña chu tr×nh phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè kh¸c nhau nh: b¶n chÊt cña ion kim lo¹i, ligan, chÊt oxy ho¸, chÊt khö, cÊu t¹o, thµnh phÇn, ®é bÒn cña c¸c phøc chÊt ®îc t¹o thµnh, c¸c ®¹i lîng thÕ oxy ho¸ - khö cña phøc chÊt, chÊt oxy ho¸, chÊt khö, ®iÒu kiÖn ph¶n øng... [6], [14]. Nghiªn cøu nh»m n©ng cao tÝnh thuËn nghÞch cña chu tr×nh oxy ho¸ khö lµ mét phÇn quan träng trong viÖc x¸c ®Þnh c¬ chÕ cña qu¸ tr×nh xóc t¸c oxy ho¸ - khö, ®ång thêi ®iÒu nµy cßn cã ý nghÜa thùc tiÔn: kÐo dµi thêi gian lµm viÖc, t¨ng cêng hiÖu qu¶ xóc t¸c ®èi víi c¸c qu¸ tr×nh xóc t¸c oxy ho¸ - khö cã lîi; h¹n chÕ, k×m h·m vµ lo¹i trõ ho¹t ®éng cña chu tr×nh oxy ho¸ - khö thuËn nghÞch ®èi víi c¸c qu¸ tr×nh xóc t¸c cã h¹i. 1.1.5. Kh¶ n¨ng t¹o thµnh phøc trung gian ho¹t ®éng. Trong xóc t¸c phøc, ngêi ta quan t©m ®Õn sè vÞ trÝ phèi trÝ tù do cña Mz+, do c¸c ligan liªn kÕt yÕu nh c¸c ph©n tö dung m«i liªn kÕt víi Mz+ trong néi cÇu phøc. §ã lµ n¬i ®Ó c¸c chÊt ph¶n øng x©m nhËp vµo, t¹o liªn kÕt cho nhËn víi Mz+, ®ång thêi chóng sÏ ®îc ho¹t ho¸ do cã sù ph©n bè l¹i mËt ®é electron. Nãi c¸ch kh¸c, phøc [Mz+Ln] cã kh¶ n¨ng tiÕp nhËn thªm c¸c ph©n tö ph¶n øng S1, S2… ®Ó t¹o thµnh c¸c phøc trung gian cã d¹ng [Mz+LnS1S2…]. T¹i ®©y, c¸c ph©n tö S1, S2…sÏ ®îc ho¹t ho¸. Tèc ®é vµ c¬ chÕ cña ph¶n øng xóc t¸c phô thuéc vµo sù t¹o thµnh vµ ®é ho¹t ®éng cña phøc trung gian ®ã. Nh vËy, ®iÒu kiÖn ®Çu tiªn ®Ó h×nh thµnh phøc trung
- 15 - gian ho¹t ®éng lµ cÇu néi cña phøc xóc t¸c ph¶i cßn chç phèi trÝ tù do, tøc lµ phøc cha b·o hoµ phèi trÝ. Sù tån t¹i vµ sè lîng c¸c vÞ trÝ phèi trÝ tù do trong néi cÇu phô thuéc vµo tØ lÖ nång ®é ®Çu cña ligan víi ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp (β = [L]0/[Mz+]0) vµ h»ng sè bÒn cña phøc chÊt - xóc t¸c [13], [14]. NhiÒu trêng hîp, tèc ®é vµ c¬ chÕ c¸c qu¸ tr×nh xóc t¸c oxy ho¸ - khö b»ng phøc chÊt cña c¸c ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp cã liªn quan ®Õn sù t¹o thµnh c¸c phøc chÊt trung gian (ho¹t ®éng vµ kh«ng ho¹t ®éng) gi÷a phøc chÊt - xóc t¸c vµ chÊt ph¶n øng víi sù tham gia cña c¸c cÆp electron kh«ng chia, c¸c electron liªn kÕt π vµ c¸c orbital trèng. Tõ c«ng thøc x¸c ®Þnh tèc ®é ph¶n øng: W = k .C xtn1 .C Sn12 .C Sn23 ... (1.14) Trong ®ã: k : lµ h»ng sè tèc ®é ph¶n øng ®îc x¸c ®Þnh tõ c«ng thøc: K b .T ∆S */ R − ∆H */ RT k=χ e .e (1.15) h h : h»ng sè Plank; Kb : h»ng sè Boltzmann; ni : bËc ph¶n øng theo chÊt thø i; χ : h»ng sè tèc ®é hiÖu dông cña ph¶n øng; Cxt vµ CSi : nång ®é chÊt xóc t¸c vµ c¸c chÊt tham gia ph¶n øng; ΔH* vµ ΔS* : entanpy vµ entropy ho¹t ho¸. Nh vËy, tèc ®é ph¶n øng sù phô thuéc vµo c¶ hai yÕu tè lµ cÊu tróc vµ n¨ng lîng [2]: + VÒ mÆt n¨ng lîng: Trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh phøc trung gian ho¹t ®éng, mçi sù dÞch chuyÓn hay ®Þnh híng ®Òu kÌm theo nh÷ng biÕn ®æi n¨ng lîng nhÊt ®Þnh. V× vËy, mét chÊt xóc t¸c cã hiÖu lùc tøc lµ nã
- 16 - lµm cho qu¸ tr×nh ph¶n øng x¶y ra víi Ýt giai ®o¹n trung gian nhÊt, gi¶m tèi ®a n¨ng lîng cho nh÷ng s¾p xÕp míi. Sù h×nh thµnh phøc trung gian ho¹t ®éng lµm cho liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö tham gia t¬ng t¸c yÕu ®i (do cã sù ph©n bè l¹i mËt ®é electron), ®é hçn ®én cña hÖ t¨ng lªn (entropy t¨ng) t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho nh÷ng ®Þnh híng thÝch hîp vµ c¸c biÕn ®æi ho¸ häc lµm gi¶m entanpy ΔH* cña qu¸ tr×nh (tøc lµ gi¶m n¨ng lîng ho¹t ho¸ Ea). Khi ®ã, ph¶n øng x¶y ra dÔ dµng víi tèc ®é cao. + VÒ mÆt cÊu tróc: Thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt cña phøc trung gian ho¹t ®éng quyÕt ®Þnh nh÷ng tÝnh n¨ng ®Æc biÖt cña phøc - xóc t¸c: nã cã thÓ øc chÕ hay ho¹t ho¸ mét qu¸ tr×nh ®Ó ng¨n ngõa nh÷ng s¶n phÈm phô hay t¨ng cêng nh÷ng s¶n phÈm mong muèn, thËm chÝ yÕu tè cÊu tróc cã thÓ thay ®æi c¶ c¬ chÕ vµ do ®ã lµm thay ®æi c¶ s¶n phÈm ph¶n øng: VÝ dô 6: Ph¶n øng xyclooligome ho¸ axetylen (kÝ hiÖu lµ ≡ ), díi t¸c dông cña phøc chÊt - xóc t¸c [Ni(II)L2] trong L lµ CN- hoÆc axetylaxeton [3], [6]. + NÕu c¶ bèn ph©n tö axetylen chiÕm bèn vÞ trÝ phèi trÝ tù do trong néi cÇu cña phøc chÊt [Ni(II)L2], th× s¶n phÈm thu ®îc sÏ lµ xyclooctatetraen: L Ni(II) L + NÕu phøc chÊt [Ni(II)L2] bÞ chiÕm mét chç bëi mét ph©n tö ligan L’ lµ P(C6H5)3 th× s¶n phÈm nhËn ®îc lµ benzen: L Ni(II) L L'
- 17 - + NÕu tiÕp tôc gi¶m sè phèi trÝ tù do trong phøc [Ni(II)L2] xuèng 2 b»ng c¸ch cho phèi trÝ víi víi ligan lµ ph©n tö O - phenantrolin cã hai chøc t¹o liªn kÕt phèi trÝ (qua hai nguyªn tö N trong liªn kÕt N-N) víi ion trung t©m Ni(II) th× ph¶n øng kh«ng x¶y ra: L N Ni(II) L N 1.1.6. C¬ chÕ vËn chuyÓn electron trong ph¶n øng xóc t¸c b»ng phøc chÊt. Qu¸ tr×nh vËn chuyÓn electron trong xóc t¸c ®ång thÓ oxy ho¸ - khö b»ng phøc chÊt thêng dÉn ®Õn sù ph©n bè l¹i ®iÖn tÝch trªn c¸c tiÓu ph©n cã mÆt trong thµnh phÇn cña phøc chÊt. Trong nhiÒu trêng hîp, sù vËn chuyÓn electron gi÷a c¸c chÊt ph¶n øng vµ phøc chÊt - xóc t¸c x¸c ®Þnh tèc ®é vµ chiÒu cña qu¸ tr×nh xóc t¸c oxy ho¸ - khö . Sù vËn chuyÓn electron cã thÓ diÔn ra theo c¬ chÕ néi cÇu hay c¬ chÕ ngo¹i cÇu [3], [5]: • C¬ chÕ néi cÇu: Trong phøc chÊt trung gian ho¹t ®éng, thÝ dô [LnMz+S1S2], c¸c chÊt ph¶n øng S1, S2 liªn kÕt trùc tiÕp víi ion trung t©m Mz+ cña phøc chÊt - xóc t¸c cha b·o hoµ phèi trÝ t¹o thµnh MO chung cña phøc chÊt trung gian ho¹t ®éng b»ng c¸ch xen phñ cùc ®¹i c¸c orbital cña chóng víi c¸c orbital cña Mz+ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho qu¸ tr×nh vËn chuyÓn electron tõ S1 qua Mz+ sang S2 (hoÆc ngîc l¹i) trong néi cÇu cña phøc LnMz+ . Qóa tr×nh vËn chuyÓn nµy t¬ng tù nh trong xóc t¸c men nªn ®îc gäi lµ c¬ chÕ néi cÇu [3], [29], [30].
- 18 - C¬ chÕ néi cÇu lµ mét trong nh÷ng u viÖt cña xóc t¸c phøc ®îc thõa hëng tõ c«ng nghÖ chÕ t¹o theo m« h×nh xóc t¸c men. u ®iÓm cña c¬ chÕ lµ qu¸ tr×nh ho¹t ho¸ mang tÝnh chän läc cao, tèc ®é lín vµ Ýt s¶n phÈm phô. • C¬ chÕ ngo¹i cÇu: NÕu phøc chÊt [LnMz+] ®· b·o hoµ phèi trÝ vµ liªn kÕt Mz+-L bÒn h¬n rÊt nhiÒu so víi liªn kÕt Mz+-S th× c¸c ph©n tö ph¶n øng S1, S2… kh«ng thÓ x©m nhËp vµo néi cÇu ®Ó liªn kÕt trùc tiÕp víi ion trung t©m Mz+ do ®ã kh«ng x¶y ra sù vËn chuyÓn electron theo c¬ chÕ néi cÇu. MÆt kh¸c, khi S n»m ngoµi cÇu phèi trÝ vµ kh«ng cã kh¶ n¨ng liªn l¹c víi L b»ng tÝnh chÊt dÉn ®iÖn hay t¬ng t¸c nµo ®ã víi L th× qu¸ tr×nh oxy ho¸ - khö cã thÓ kh«ng diÔn ra hoÆc diÔn ra víi tèc ®é thÊp ( bÞ øc chÕ bëi ligan). §©y chÝnh lµ nguyªn nh©n lµm cho phøc chÊt ®· b·o hoµ phèi trÝ hÇu nh kh«ng cã ho¹t tÝnh xóc t¸c. Tuy nhiªn, ®Ó phøc b·o hoµ phèi trÝ [Mz+Ln] cã thÓ thùc hiÖn ®îc vai trß xóc t¸c th× c¸c ligan ph¶i cã kh¶ n¨ng trao ®æi electron (ligan cã chøa c¸c liªn kÕt π liªn hîp) vµ t¬ng t¸c víi c¸c chÊt ph¶n øng S nhê sù h×nh thµnh c¸c liªn kÕt hydro, liªn kÕt cho nhËn...t¹o thµnh phøc chÊt trung gian ho¹t ®éng kiÓu [Mz+Ln]S1S2. CÇu nèi b»ng ligan nµy cho phÐp sù vËn chuyÓn electron gi÷a ion trung t©m Mz+ vµ S1, S2 cã thÓ x¶y ra nhng ë bªn ngoµi cÇu phèi trÝ cña ion trung t©m. Ph¶n øng xóc t¸c nh vËy ®îc gäi lµ c¬ chÕ ngo¹i cÇu. Nh vËy, tuú thuéc vµo cÊu t¹o, tÝnh chÊt, kh¶ n¨ng t¬ng t¸c, t¬ng quan nång ®é gi÷a c¸c t¸c nh©n nh: Mz+, L, Si, pH, ... vµ ®iÒu kiÖn m«i trêng mµ qu¸ tr×nh xóc t¸c oxy ho¸ - khö cã thÓ diÔn ra theo c¬ chÕ néi cÇu hay c¬ chÕ ngo¹i cÇu, vËn chuyÓn mét hay nhiÒu electron, hoÆc còng cã khi x¶y ra ®ång thêi theo c¶ hai c¬ chÕ [18], [19]. V× vËy, trong tõng giai ®o¹n, khã cã
- 19 - thÓ ph©n ®Þnh mét c¸ch râ rµng tõng c¬ chÕ (bëi c¸c sè liÖu vÒ c¸c d¹ng liªn kÕt gi÷a L vµ S cßn thiÕu, do ®ã nÕu chØ c¨n cø vµo thµnh phÇn vµ cÊu tróc cña mét ligan ta còng cha ®o¸n xÐt ®îc liÖu ligan ®ã cã thÓ lµm ®îc cÇu nèi hay kh«ng). §iÒu nµy ph¶n ¸nh mét trong nh÷ng tÝnh chÊt phøc t¹p cña ph¶n øng xóc t¸c phøc ®ång thÓ. 1.2. Xóc t¸c ph©n hñy H2O2 b»ng phøc chÊt (qu¸ tr×nh catalaza). Ph¶n øng xóc t¸c ph©n huû H2O2 diÔn ra nh sau: chÊt xóc t¸c H2 O2 H2O + 1/2O2 (1.16) Qu¸ tr×nh ph©n huû H2O2 ®îc xóc t¸c b»ng ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp Mz+ hoÆc phøc chÊt cña chóng LnMz+ còng ®îc gäi lµ qu¸ tr×nh catalaza v× chóng cã nh÷ng ®Æc ®iÓm t¬ng tù nh qu¸ tr×nh catalaza diÔn ra trong c¬ thÓ sèng: c¬ chÕ gåm nhiÒu giai ®o¹n, t©m ho¹t ®éng ®Òu ë d¹ng phøc chÊt cña Mz+…[17]. Ph¶n øng (1.16) lµ ph¶n øng duy nhÊt ®¬n gi¶n nhng l¹i rÊt bao qu¸t, cung cÊp ®Çy ®ñ th«ng tin, c¸c ®Æc ®iÓm, quy luËt c¬ b¶n, c¬ chÕ cña c¸c qu¸ tr×nh xóc t¸c ®ång thÓ oxy ho¸ - khö. ChÝnh v× vËy, ph¶n øng nµy ®îc chän lµm m« h×nh thÝch hîp nhÊt cho viÖc nghiªn cøu, thiÕt lËp c¸c quy luËt ®éng häc vµ c¬ chÕ cña c¸c qu¸ tr×nh xóc t¸c oxy ho¸ - khö phøc t¹p h¬n [6]. 1.2.1. C¸c hÖ Mz+- H2O2. Nh chóng ta ®· biÕt ë trªn, c¸c ion kim lo¹i chuyÓn tiÕp Mz+ ®Æc biÖt ë c¸c tr¹ng th¸i ho¸ trÞ cao ë trong dung dÞch dÔ bÞ thuû ph©n thµnh c¸c d¹ng hy®roxit kh¸c nhau víi ®é bÒn lín, kh«ng cã ho¹t tÝnh xóc t¸c vµ chóng thêng tån t¹i ë d¹ng kÕt tña hoÆc dung dÞch keo lµm cho dung dÞch ph¶n øng mÊt tÝnh ®ång thÓ [5], [6].