Homogene Katalyse
Die homogene Katalyse beschreibt Prozesse, bei denen der Katalysator in derselben Phase wie Reaktanden und Produkte einer Reaktion vorliegt. Die homogene Katalyse findet vor allem in der flüssigen Phase statt, wodurch eine hohe Dispersion des Katalysators erzielt wird. Die Katalysatoren werden sehr spezifisch für ein bestimmtes Produkt entwickelt. In der Regel werden hohe Selektivitäten und hohe Aktivitäten erreicht. Ein Nachteil der homogenen Katalyse ist die schlechte Abtrennbarkeit des Katalysators von Produkt und Lösemittel. Durch flüssig-flüssig-Systeme und andere Verfahren konnte in den letzten Jahren jedoch ein immer größerer Anteil des Katalysators recycelt werden. Bei manchen Prozessen verbleibt der Katalysator aber auch im Produkt.
Der Katalysator
Der homogene Katalysator kann vielfältige Formen annehmen. Beispiele für homogene Katalysatorsysteme sind unter anderem Lewis-Säuren, Lewis-Basen, Metallkomplexe mit verschiedenen Liganden, Metallionen, Organometallkomplexe oder organische Moleküle. Durch die Wahl der Liganden ist eine präzise Steuerung von Selektivität und Stereochemie möglich. Die Liganden müssen häufig erneuert werden, damit die Aktivität erhalten bleibt. Sie werden während der Reaktion entweder zerstört, reagieren anderweitig oder werden im kontinuierlichen Betrieb mit dem Produktstrom aus dem System entfernt.
Elementare Schritte der homogenen Katalyse
In der homogenen Katalyse gibt es eine Reihe von elementaren Reaktionsschritten Diese elementaren Reaktionsschritte können bei vielen Reaktionen auftreten und haben fast immer eine Gegenreaktion zur Folge. Bei der Koordination wird ein Eduktmolekül koordinativ an das Metallzentrum gebunden. Bei der Dissoziation wird das Produktmolekül wieder von dem Metallzentrum entfernt. Weitere Reaktionsschritte sind oxidative Addition, reduktive Eliminierung, Insertion, Migration, Deinsertion, β-Eliminierung und der nucleophile Angriff auf ein koordiniertes Substrat.
Beispiele homogen-katalysierter Reaktionen
- Polyolefine (Ziegler-Natta-Verfahren, Triethylaluminium und metallorganische Übergangskomplexe (z. B. TiCl4))
- Ethin + CO + H2O → Acrylsäure (Reppe-Prozess, Nickelcarbonyl-Katalysator)
- Ethylen + O2 → Acetaldehyd (Hoechst-Wacker-Prozess, Pd-Komplexsalze)
- 1,3-Butadien + HCN → Adipinsäuredinitril (Du-Pont-Prozess, Nickelkomplex)
- Ethen → Olefinen (Shell Higher Olefin Process, Ni-Komplex)
Englische Übersetzung(en):
homogeneous catalysis
Creative Commons Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Deutschland (CC BY-SA 3.0 DE)