Un complexe à géométrie contrainte. De tels précatalyseurs sont utilisés pour la production de polyoléfines telles que le polyéthylène et le polypropylène.

Catalyse acideEdit

Le proton est un catalyseur homogène omniprésent car l’eau est le solvant le plus courant. L’eau forme des protons par le processus d’auto-ionisation de l’eau. Dans un cas illustratif, les acides accélèrent (catalysent) l’hydrolyse des esters :

CH3CO2CH3 + H2O ⇌ CH3CO2H + CH3OH

Au pH neutre, les solutions aqueuses de la plupart des esters ne s’hydrolysent pas à des taux pratiques.

Métal de transition-catalyseEdit

Mécanisme d’hydrogénation d’un alcène catalysé par le catalyseur homogène de Wilkinson.

Hydrogénation et réactions connexes

Une classe éminente de transformations réductrices sont les hydrogénations. Dans ce processus, H2 ajouté à des substrats insaturés. Une méthode connexe, l’hydrogénation de transfert, implique par le transfert de l’hydrogène d’un substrat (le donneur d’hydrogène) à un autre (l’accepteur d’hydrogène). Les réactions connexes impliquent des « additions HX » où X = silyle (hydrosilylation) et CN (hydrocyanation). La plupart des hydrogénations industrielles à grande échelle – margarine, ammoniac, benzène-cyclohexane – sont réalisées avec des catalyseurs hétérogènes. Les synthèses de chimie fine, cependant, reposent souvent sur des catalyseurs homogènes.

Carbonylations

L’hydroformylation, une forme éminente de carbonylation, implique l’addition de H et de « C(O)H » à travers une double liaison. Ce processus est presque exclusivement réalisé avec des complexes solubles contenant du rhodium et du cobalt.

Une carbonylation connexe est la conversion des alcools en acides carboxyliques. Le MeOH et le CO réagissent en présence de catalyseurs homogènes pour donner de l’acide acétique, comme le pratiquent les procédés Monsanto et Cativa. Les réactions connexes comprennent l’hydrocarboxylation et les hydroestérifications.

Polymérisation et métathèse des alcènes

Un certain nombre de polyoléfines, par exemple le polyéthylène et le polypropylène, sont produites à partir de l’éthylène et du propylène par catalyse Ziegler-Natta. Les catalyseurs hétérogènes dominent, mais de nombreux catalyseurs solubles sont employés, notamment pour les polymères stéréospécifiques. La métathèse des oléfines est généralement catalysée de façon hétérogène dans l’industrie, mais les variantes homogènes sont précieuses en synthèse de chimie fine.

Oxydations

Les catalyseurs homogènes sont également utilisés dans une variété d’oxydations. Dans le procédé Wacker, l’acétaldéhyde est produit à partir d’éthylène et d’oxygène. De nombreux complexes non organométalliques sont également largement utilisés en catalyse, par exemple pour la production d’acide téréphtalique à partir du xylène. Les alcènes sont époxydés et dihydroxylés par des complexes métalliques, comme l’illustrent le procédé Halcon et la dihydroxylation de Sharpless.

Enzymes (y compris les métalloenzymes)Edit

Les enzymes sont des catalyseurs homogènes qui sont essentiels à la vie mais sont également exploités pour des procédés industriels. Un exemple bien étudié est l’anhydrase carbonique, qui catalyse la libération de CO2 dans les poumons à partir de la circulation sanguine. Les enzymes possèdent les propriétés des catalyseurs homogènes et hétérogènes. À ce titre, elles sont généralement considérées comme une troisième catégorie distincte de catalyseurs. L’eau est un réactif courant dans la catalyse enzymatique. L’hydrolyse des esters et des amides est lente dans l’eau neutre, mais les taux sont fortement affectés par les métalloenzymes, qui peuvent être considérés comme de grands complexes de coordination. L’acrylamide est préparé par l’hydrolyse de l’acrylonitrile catalysée par une enzyme. La demande américaine d’acrylamide était de 115 000 000 kg (253 000 000 livres) en 2007.