均相催化
在化学中，均相催化 (英语：Homogeneous catalysis), 是溶液中可溶性催化剂的催化作用。 均相催化是指催化剂与反应物处于同一相的反应，主要是在溶液中。 相比之下，多相催化描述了催化剂和底物处于不同相的过程，通常分别为固-气相[1]。 该术语几乎专门用于描述溶液，并暗示有机金属化合物的催化作用。 均相催化是一项不断发展的成熟技术。 一个说明性的主要应用是乙酸的生产。 酶是均相催化剂的例子[2]。
例子 编辑
酸催化 编辑
质子是一种普遍存在的均相催化剂[4]，因为水是最常见的溶剂。 水通过水的自电离过程形成质子。 在一个说明性的例子中，酸加速（催化）酯的水解：
- CH3CO2CH3 + H2O ⇌ CH3CO2H + CH3OH
在中性 pH 值下，大多数酯的水溶液不会以实际速率水解。
过渡金属催化 编辑
氢化及相关反应 编辑
一类突出的还原转化是氢化。 在此过程中，H2添加到不饱和底物中。 一种相关的方法，转移氢化，涉及将氢从一种底物（氢供体）转移到另一种底物（氢受体）。 相关反应需要“HX 加成”，其中 X = 甲硅烷基（氢化硅烷化）和 CN（氢氰化）。 大多数大规模工业加氢——人造黄油、氨、苯制环己烷——都是使用非均相催化剂进行的。 然而，精细化学合成通常依赖于均相催化剂。
羰基化 编辑
氢甲酰化反应是Carbonylation的一种主要形式，涉及在双键上加成 H 和"C(O)H"。 这个过程几乎完全是用可溶性含铑和钴的络合物进行的[5]。
相关的羰基化是将醇转化为羧酸。 MeOH 和 CO 在均相催化剂存在下反应生成乙酸，如蒙山都法和Cativa催化法中所实践的那样。 相关反应包括加氢羧化(hydrocarboxylation)和加氢酯化(hydroesterifications)。
烯烃的聚合和复分解 编辑
许多聚烯烃，例如 聚乙烯和聚丙烯是由乙烯和丙烯透过齐格勒-纳塔催化剂生产的。 非均相催化剂占主导地位，但许多可溶性催化剂特别适用于立体定向聚合物(stereospecific polymers)[6]。 烯烃复分解反应在工业中通常是非均相催化的，但均相变体在精细化学合成中很有价值[7]。
酶（包括金属酶） 编辑
酶是均相催化剂，对生命至关重要，但也可用于工业过程。 一个经过充分研究的例子是碳酸酐酶，它催化二氧化碳从血液中释放到肺部。 酶具有均相的和多相的催化剂的特性。 因此，它们通常被视为第三类独立的催化剂。 水是酶催化中的常用试剂。 酯和酰胺在中性水中水解缓慢，但速率受金属酶的显著影响，金属酶可视为大型配位络合物。 丙烯酰胺是通过酶催化水解丙烯腈制备的[8]。 截至 2007 年，美国对丙烯酰胺的需求量为253,000,000英磅（115,000,000千克）。
参见 编辑
参考资料 编辑
- ^ 国际纯化学和应用化学联合会，化学术语概略，第二版。（金皮书）(1997)。在线校正版: (2006–) "catalyst"。doi:10.1351/goldbook.C00876
- ^ van Leeuwen, P. W. N. M.; Chadwick, J. C. Homogeneous Catalysts: Activity - Stability - Deactivation. Wiley-VCH, Weinheim. 2011 [2023-05-21]. ISBN 9783527635993. OCLC 739118524. （原始内容存档于2023-05-21）..
- ^ Klosin, Jerzy; Fontaine, Philip P.; Figueroa, Ruth. Development of Group IV Molecular Catalysts for High Temperature Ethylene-α-Olefin Copolymerization Reactions. Accounts of Chemical Research. 2015, 48 (7): 2004–2016. PMID 26151395. doi:10.1021/acs.accounts.5b00065
.
- ^ Bell, R. P. The Proton in Chemistry. New York, NY: Springer Science & Business Media. 11 November 2013. ISBN 978-1-4757-1592-7. OCLC 1066192105 （英语）.
- ^ Cornils, Boy; Börner, Armin; Franke, Robert; Zhang, Baoxin; Wiebus, Ernst; Schmid, Klaus. Hydroformylation. Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds. 2017: 23–90. ISBN 9783527328970. doi:10.1002/9783527651733.ch2.
- ^ Elschenbroich, C. ”Organometallics” (2006) Wiley-VCH: Weinheim. ISBN 978-3-527-29390-2
- ^ 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. Polymerization and Copolymerization. Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds. 2017: 191–306. ISBN 9783527328970. doi:10.1002/9783527651733.ch4.
- ^ Ohara, Takashi; Sato, Takahisa; Shimizu, Noboru; Prescher, Günter; Schwind, Helmut; Weiberg, Otto; Marten, Klaus; Greim, Helmut, Acrylic Acid and Derivatives, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005, doi:10.1002/14356007.a01_161.pub2
