Кількісний аналіз міцелярного впливу на швидкість реакції катіонних трифенілметинових барвників з водою за моделлю Березіна
Анотація
Існує ряд моделей, що кількісно описують вплив міцел ПАР на швидкість реакції. Серед них найчастіше використовуються моделі: Пішкевича, Березіна і Псевдофазна іонообмінна (ПІО) Бантона та Ромстеда.
Модель Пішкевича заснована на представленні процесу міцелоутворення відповідно до закону дії мас з утворенням каталітичної міцели, яка складається з декількох молекул ПАР і барвника. Раніше проведені розрахунки за цією моделлю з метою пояснення кінетичного міцелярного ефекту на реакцію катіонних трифенілметинових барвників з водою черговий раз показали основні недоліки цієї моделі.
Модель Березіна заснована на іншій моделі міцелоутворення, а саме псевдофазній моделі, при цьому зв'язування реагентів міцелами розглядається як розподіл речовини між двома фазами. У цій роботі ми ставимо за мету розглянути застосовність моделі Березіна для взаємодії катіонних барвників малахітового зеленого і брильянтового зеленого з водою як нуклеофілом у водних системах неіонної, аніонної, катіонної і цвітеріонної ПАР. У цілому модель Березіна непогано себе зарекомендувала раніше при застосуванні до опису впливу міцел на реакцію аналогічних барвників з гідроксид іоном. Однак було виявлено, що ця модель не враховує зміну локальної концентрації HO– іонів за рахунок стиснення подвійного електричного шару при додаванні реагуючих іонів в систему, а також константу асоціації HO– іонів з катіонними головними групами ПАР. У даному випадку при використанні води в якості нуклеофіла питання про ступінь зв'язування нуклеофіла може бути вирішене іншим шляхом.
Модель ПІО також заснована на псевдофазній моделі міцелоутворення, але зв'язування барвника міцелами розглядається як асоціація в стехіометричному співвідношенні 1:1, а концентрація нуклеофіла виражається через локальну концентрацію, виходячи зі ступеня нейтралізації міцел. З огляду на останнє, її не можна застосувати до досліджуваних систем.
Завантаження
Посилання
Laguta A. N., Eltsov S. V., Mchedlov-Petrossyan N. O. Micellar rate effects on the kinetics of nitrophenol violet anion reaction with HO– ion: Comparing Piszkiewicz's, Berezin's, and Pseudophase Ion-Exchange models. J. Mol. Liq. 2019, 277, 70–77, https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.12.012.
Laguta A. N., Eltsov S. V., Mchedlov-Petrossyan N. O. Kinetics of alkaline fading of methyl violet in micellar solutions of surfactants: Comparing Piszkiewicz's, Berezin's, and pseudophase ion-exchange models. Int. J. Chem. Kin. 2019, 51 (2), 83–94, https://doi.org/10.1002/kin.21231.
Laguta A. N., Eltsov S. V., Mchedlov-Petrossyan N. O. Quantitative analysis of micellar effect on the reaction rate of alkaline fading of phenolphthalein. Kharkiv University Bulletin. Chemical Se-ries, 2018, 30 (53), 18–26, https://doi.org/10.26565/2220-637X-2018-30-02.
Martinek K., Yatsimirski A. K., Osipov A. P., Berezin I. V. Micellar effects on kinetics and equilibrium of synthesis and hydrolysis of benzylideneaniline: A general kinetic conception of micellar catalysis. Tetrahedron 1973, 29 (7), 963–969, https://doi.org/10.1016/0040-4020(73)80046-8.
Zakharova L., Valeeva F., Zakharov A., Ibragimova A., Kudryavtseva L., Harlampidi H. Micellization and catalytic activity of the cetyltrimethylammonium bromide–Brij 97–water mixed micellar system. J. Coll. Interface Sci. 2003, 263 (2), 597–605, https://doi.org/10.1016/S0021-9797(03)00343-6.
Almgren M., Rydholm R. Influence of counterion binding on micellar reaction rates. Reaction between p-nitrophenyl acetate and hydroxide ion in aqueous cetyltrimethylammonium bromide. J. Phys. Chem. 1979, 83 (3), 360–364, https://doi.org/10.1021/j100466a013.
Laguta A. N., Eltsov S.V. Micellar effects in kinetics of interaction of malachite green and brilliant green with water. Kharkiv University Bulletin. Chemical Series, 2017, 28 (51), 96–103 [Rus], https://doi.org/10.26565/2220-637X-2017-28-14.
Martinek K., Yatsimirski A. K., Levashov A. V., Berezin I. V. The kinetic theory and the mechanisms of micellar effects on chemical reactions. In Micellization, Solubilization, and Microemulsions, Mittal, K. L., Ed. Springer: Boston, 1977; Vol. 2, pp 489–508, https://doi.org/10.1007/978-1-4613-4157-4_1.
Berezin I. V., Martinek K., Yatsimirskii A. K. Physicochemical foundations of micellar catalysis. Russ. Chem. Rev. 1973, 42 (10), 1729–1756, https://doi.org/10.1070/RC1973v042n10ABEH002744.
Farafonov V. S. Localization and hydration of organic dyes in surfactant micelles by molecular dynamics simulations. The thesis for a candidate degree in chemistry: speciality 02.00.04 – physi-cal chemistry. V. N. Karazin Kharkiv National University, 2018 [Ukr].
Berthod A., Garcia-Alvarez-Coque C. Micellar liquid chromatography. CRC Press: New York, 2000; p 603.
Sesta B. Physicochemical properties of decyldimethylammonium propanesulfonate and its homologous compounds in aqueous medium. J. Phys. Chem. 1989, 93 (22), 7677–7680, https://doi.org/10.1021/j100359a029.
Mittal K. L., Lindman B. Surfactants in solution. Plenum Press: New York, 1984; Vol. 2.
Bunton C. A., Moffatt J. R. Ionic competition in micellar reactions: a quantitative treatment. J. Phys. Chem. 1986, 90 (4), 538–541, https://doi.org/10.1021/j100276a006.
Bunton C. A., Robinson L. B. Micellar effects upon the reaction of P-nitrophenyl diphenyl phosphate with hydroxide and fluoride ions. J. Org. Chem. 1969, 34 (4), 773–780, https://doi.org/10.1021/jo01256a002.
Cigén R., Bengtsson C. Studies on a furane analogue of malachite green. Protolytic equilibria and reaction rate constants of furane green in aqueous solutions. Acta Chem. Scand. 1963, 17 (7), 2091–2100.
Cigén R. Studies on derivatives of malachite green. Protolytic equilibria and reaction rate constants of m-hydroxy and m-methoxy malachite green. Acta Chem. Scand. 1961, 15, 1892–1904.
Horobin R. W. A numerical approach to understanding fixative action: being a re‐analysis of the fixation of lipids by the dye‐glutaraldehyde system. Journal of Microscopy 1989, 154 (1), 93–96.
Hansch C., Leo A., Hoekman D. Exploring QSAR. Hydrophobic, electronic, and steric constants. American Chemical Society: Washington, 1995; p 348.
Rashid F., Horobin R. W. Interaction of molecular probes with living cells and tissues. Part 2. Histochemistry 1990, 94 (3), 303–308, https://doi.org/10.1007/BF00266632.
Amis E. S. Rates mechanisms and solvent. J. Anal. Chem. 1955, 27 (11), 1672–1678, https://doi.org/10.1021/ac60107a001.
Amis E. S. Solvent effects on reaction rates and mechanisms. Academic Press: New York, 1966; p 328.
Reichardt C., Welton T. Solvents and solvent effects in organic chemistry. John Wiley & Sons: New York, 2011; p 692.
Laguta A. M. Kinetics of reactions of triphenylmethane dyes with nucleophiles in organized solu-tions. The thesis for a candidate degree in chemistry: speciality 02.00.04 – physical chemistry. V. N. Karazin Kharkiv National University, 2019 [Ukr].
Kruse H., Mrazikova K., d'Ascenzo L., Sponer J., Auffinger P. Short but Weak: The Z‐DNA Lone‐Pair π Conundrum Challenges Standard Carbon Van der Waals Radii. Angewandte Chemie International Edition 2020, 59 (38), 16553–16560, https://doi.org/10.1002/anie.202004201.
Atkins P., De Paula J. Atkins’ Physical Chemistry. OUP: Oxford, 2014; p. 1053.
Mchedlov-Petrossyan N. O., Vodolazkaya N. A., Kamneva N. N. Acid-base equilibrium in aqueous micellar solutions of surfactants. In Micelles: Structural biochemistry, formation and functions and usage, Nova Publishers: New York, 2013; pp 1–71.
Iwunze M. O. The determination of the effective dielectric constant of micelles and microemulsions. Physics and Chemistry of Liquids 2005, 43 (2), 195–203, https://doi.org/ 10.1080/00319100500038686.
