균질 촉매 작용

Homogeneous catalysis

화학에서 균질 촉매는 용액 중의 수용성 촉매에 의한 촉매작용이다.균질 촉매 작용은 촉매가 반응 물질과 같은 상, 주로 용액에 있는 반응을 말합니다.이와는 대조적으로, 이종 촉매 작용은 촉매와 기질이 각각 [1]별개의 상(일반적으로 고체 기체)에 있는 과정을 기술합니다.이 용어는 용액을 설명하는 데 거의 독점적으로 사용되며 유기 금속 화합물에 의한 촉매 작용을 의미합니다.균질 촉매 작용은 지속적으로 진화하는 확립된 기술입니다.주요 용도 중 하나는 아세트산의 생산이다.효소는 균질 [2]촉매의 예이다.

예

구속된 지오메트리 콤플렉스.이러한 전촉매는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 [3]같은 폴리올레핀의 생산에 사용된다.

산촉매

주요 기사: 산촉매

물이 가장 일반적인 용매이기 때문에 양성자는 널리 퍼져있는 균질[4] 촉매이다.물은 물의 자가 이온화 과정에 의해 양성자를 형성한다.예를 들어 산은 에스테르 가수분해를 촉진(촉매)한다.

CHCOCH3232 + HO ch32 CHCOH + CHOH3

중성 pH에서 대부분의 에스테르 수용액은 실제 속도로 가수 분해되지 않습니다.

전이 금속 촉매

균질 촉매 윌킨슨의 촉매에 의해 촉매되는 알켄의 수소화 메커니즘.
수소화 및 관련 반응

환원 변환의 두드러진 클래스는 수소화이다.이 과정에서 불포화 기질에 H를 첨가한다2.관련된 방법론인 전이수소화는 한 기질(수소 공여체)에서 다른 기질(수소 수용체)로의 수소 전이를 포함한다.관련 반응에는 X = 실릴(히드로실릴화) 및 CN(히드로시아네이션)인 "HX 첨가"가 수반된다.마가린, 암모니아, 벤젠-시클로헥산 등 대부분의 대규모 산업용 수소화는 이종 촉매로 이루어집니다.그러나 미세 화학 합성은 종종 균질 촉매에 의존한다.

카르보닐레이션

카르보닐화의 주요 형태인 하이드로포밀화는 H와 "C(O)"의 첨가를 포함한다.H"는 이중 결합을 가로지른다.이 과정은 용해성 로듐 및 코발트 함유 [5]복합체를 사용하여 거의 독점적으로 수행됩니다.

관련 카르보닐화는 알코올을 카르본산으로 변환하는 것이다.MeOH와 CO는 몬산토 공정과 카티바 공정에서 시행된 것처럼 균질 촉매의 존재 하에서 반응하여 아세트산을 생성한다.관련 반응에는 히드로카복실화와 히드로에스테르화가 포함된다.

알케인의 중합과 메타제스

예를 들어 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 다수의 폴리올레핀은 지글러-나타 촉매작용에 의해 에틸렌 및 프로필렌으로부터 제조된다.이종 촉매가 지배적이지만, 많은 수용성 촉매가 특히 입체특이성 [6]폴리머에 사용된다.올레핀 메타세시스는 보통 산업에서 불균일하게 촉매되지만, 균질한 변종은 미세한 화학 [7]합성에서 가치가 있다.

산화

균질 촉매는 또한 다양한 산화에도 사용된다.웨커 공정에서 아세트알데히드는 에텐과 산소에서 생산됩니다.많은 비유기금속 복합체는 촉매 작용에도 널리 사용됩니다. 예를 들어 자일렌에서 테레프탈산을 생산하는 데 사용됩니다.알케인은 할콘 과정과 샤프리스 디히드록실화로 설명되는 것처럼 금속 착체에 의해 에폭시화 및 디히드록실화된다.

효소(금속효소 포함)

효소는 생명에 필수적인 균질 촉매이지만 산업 공정에도 활용됩니다.잘 연구된 예는 혈류에서 폐로 CO의2 방출을 촉매하는 탄산 무수분해효소입니다.효소는 균질 촉매와 이종 촉매의 특성을 모두 가지고 있다.따라서 일반적으로 세 번째 촉매 범주로 간주됩니다.물은 효소 촉매 작용에서 일반적인 시약이다.에스테르와 아미드는 중성수에서 가수분해 속도가 느리지만, 속도는 큰 배위 복합체로 볼 수 있는 금속 효소의 영향을 크게 받는다.아크릴아미드는 아크릴로니트릴의 [8]효소촉매 가수분해로 제조된다.2007년 현재 아크릴아미드에 대한 미국의 수요는 2억5300만파운드(1억1500만kg)입니다.

장점과 단점

이점

  • 균질 촉매는 일반적으로 이종 촉매보다 선택성이 높습니다.
  • 발열 과정의 경우 균질 촉매는 용매에 열을 방출합니다.
  • 균질 촉매는 정확하게 특성화하기가 더 쉬우므로 반응 메커니즘은 합리적인 [9]조작에 따르기 쉽다.

단점들

  • 제품에서 균질 촉매의 분리는 어려울 수 있습니다.고활성 촉매가 포함된 경우에 따라 촉매가 제품에서 제거되지 않습니다.그 외의 경우, 유기물은 증류에 의해 분리될 수 있을 정도로 휘발성이 높다.
  • 균질 촉매는 이종 촉매에 비해 열 안정성이 제한됩니다.많은 유기 금속 복합체는 100°C 미만으로 분해된다.그러나 일부 핀커 기반 촉매는 200°[10]C에서 작동합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "catalyst" . doi : 10.1351 / goldbook . C00876
  2. ^ 를 클릭합니다van Leeuwen, P. W. N. M.; Chadwick, J. C. (2011). Homogeneous Catalysts: Activity - Stability - Deactivation. Wiley-VCH, Weinheim. ISBN 9783527635993. OCLC 739118524..
  3. ^ Klosin, Jerzy; Fontaine, Philip P.; Figueroa, Ruth (2015). "Development of Group IV Molecular Catalysts for High Temperature Ethylene-α-Olefin Copolymerization Reactions". Accounts of Chemical Research. 48 (7): 2004–2016. doi:10.1021/acs.accounts.5b00065. PMID 26151395.
  4. ^ Bell, R. P. (11 November 2013). The Proton in Chemistry. New York, NY: Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4757-1592-7. OCLC 1066192105.
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  6. ^ Elscenbroich, C. "Organmetallics" (2006) Wiley-VCH: 와인하임.ISBN 978-3-527-29390-2
  7. ^ Beckerle, Klaus; Okuda, Jun; Kaminsky, Walter; Luinstra, Gerrit A.; Baier, Moritz C.; Mecking, Stefan; Ricci, Giovanni; Leone, Giuseppe; Mleczko, Leslaw; Wolf, Aurel; Grosse Böwing, Alexandra (2017). "Polymerization and Copolymerization". Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds. pp. 191–306. doi:10.1002/9783527651733.ch4. ISBN 9783527328970.
  8. ^ Ohara, Takashi; Sato, Takahisa; Shimizu, Noboru; Prescher, Günter; Schwind, Helmut; Weiberg, Otto; Marten, Klaus; Greim, Helmut (2003). "Acrylic Acid and Derivatives". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a01_161.pub2.
  9. ^ G. O. Spessard 및 G. L. Miessler "유기금속 화학", 프렌티스 홀, 어퍼 새들 리버, NJ, 1997, 페이지 249-251.
  10. ^ Haibach, Michael C.; Kundu, Sabuj; Brookhart, Maurice; Goldman, Alan S. (2012). "Alkane Metathesis by Tandem Alkane-Dehydrogenation–Olefin-Metathesis Catalysis and Related Chemistry". Accounts of Chemical Research. 45 (6): 947–958. doi:10.1021/ar3000713. PMID 22584036.