Homogen katalys
Sura katalysatorerRedigera
Protonerna är en genomgående homogen katalysator eftersom vatten är det vanligaste lösningsmedlet. Vatten bildar protoner genom processen självjonisering av vatten. I ett illustrativt fall påskyndar (katalyserar) syror hydrolysen av estrar:
CH3CO2CH3 + H2O ⇌ CH3CO2H + CH3OH
Vid neutralt pH hydrolyserar inte vattenlösningar av de flesta estrar med praktisk hastighet.
Övergångsmetall-katalysEdit
Mekanism för hydrering av en alken katalyserad av den homogena katalysatorn Wilkinsons katalysator.
Hydrering och besläktade reaktioner
En framträdande klass av reduktiva omvandlingar är hydreringar. I denna process tillsätts H2 till omättade substrat. En besläktad metod, transferhydrering, innebär genom överföring av väte från ett substrat (vätedonatorn) till ett annat (väteacceptorn). Relaterade reaktioner innebär ”HX-additioner” där X = silyl (hydrosilylering) och CN (hydrocyanering). De flesta storskaliga industriella hydrogeneringar – margerin, ammoniak, bensen till cyklohexan – utförs med heterogena katalysatorer. Fina kemiska synteser är dock ofta beroende av homogena katalysatorer.
Karbonyleringar
Hydroformylering, en framträdande form av karbonylering, innebär att H och ”C(O)H” adderas över en dubbelbindning. Denna process genomförs nästan uteslutande med lösliga rhodium- och koboltinnehållande komplex.
En besläktad karbonylering är omvandlingen av alkoholer till karboxylsyror. MeOH och CO reagerar i närvaro av homogena katalysatorer för att ge ättiksyra, vilket praktiseras i Monsanto-processen och Cativa-processerna. Besläktade reaktioner inkluderar hydrokarboxylering och hydroesterifiering.
Polymerisering och metates av alkener
Ett antal polyolefiner, t.ex. polyeten och polypropen, framställs från eten och propylen genom Ziegler-Natta-katalys. Heterogena katalysatorer dominerar, men många lösliga katalysatorer används särskilt för stereospecifika polymerer. Olefinmetatiseringen katalyseras vanligen heterogent i industrin, men homogena varianter är värdefulla i finkemisk syntes.
Oxidationer
Homogena katalysatorer används också i en rad olika oxidationer. Är Wacker-processen produceras acetaldehyd från etylen och syre. Många icke-organometalliska komplex används också i stor utsträckning inom katalysen, t.ex. för framställning av tereftalsyra från xylen. Alkener epoxideras och dihydroxyleras av metallkomplex, vilket illustreras av Halconprocessen och Sharpless-dihydroxyleringen.
Enzymer (inklusive metalloenzymer)Redigera
Enzymer är homogena katalysatorer som är nödvändiga för livet men som också utnyttjas för industriella processer. Ett välstuderat exempel är kolsyreanhydras, som katalyserar frigörandet av koldioxid i lungorna från blodomloppet. Enzymer har egenskaper hos både homogena och heterogena katalysatorer. Därför betraktas de vanligen som en tredje, separat kategori av katalysatorer. Vatten är en vanlig reagens vid enzymatisk katalys. Estrar och amider hydrolyseras långsamt i neutralt vatten, men hastigheten påverkas kraftigt av metalloenzymer, som kan ses som stora samordningskomplex. Akrylamid framställs genom enzymkatalyserad hydrolys av akrylnitril. Den amerikanska efterfrågan på akrylamid uppgick 2007 till 115 000 000 kg (253 000 000 pounds).