Was ist ein homogener Katalysator?
In der Chemie ist ein Katalysator eine Substanz, die zugesetzt wird, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu beschleunigen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Der Katalysator wird im Vergleich zu den Reaktanten oft in einer geringen Menge zugesetzt und kann in zukünftigen Chargen nacheinander wiederverwendet werden. Ein homogener Katalysator ist einer, der während der Reaktion Teil derselben Phase wie die Reaktanten ist - ob fest, flüssig oder gasförmig. Häufig liegen die Komponenten in reinem Zustand in verschiedenen Phasen vor, sind jedoch in einem gemeinsamen Lösungsmittel gelöst. Nach dieser Definition ist sogar ein Gas, das mit einer Flüssigkeit in Gegenwart eines normalerweise festen Katalysators reagiert, homogen, wenn alle drei gleichzeitig gelöst sind.
Die meiste industrielle Katalyse verwendet heterogene Katalysatoren. Bei der heterogenen Katalyse gibt es zwei oder mehr Phasen der Reaktion, und es handelt sich häufig um eine flüssige oder gasförmige Komponente, die einer festen katalytischen Komponente ausgesetzt ist, die zur Vereinfachung und zur Vermeidung von Verlusten an einem Trägersubstrat befestigt ist. Dies könnte daran liegen, dass der Katalysator teuer ist, einschließlich einer Edelmetallkomponente. Um die Effizienz zu erhöhen, kann die Oberfläche maximiert werden, wobei der Katalysator sehr endgültig aufgeteilt wird. Ein Beispiel ist der Katalysator, der in den meisten Automobilen zu finden ist.
Die Verwendung eines homogenen Katalysators in der Komplexchemie ist von besonderem Interesse, auch wegen neuartiger Verwendungen von metallorganischen Komplexen. Frühe Anwendungen von Organomagnesium- und Organolithiumverbindungen erfolgten größtenteils als Reaktionsbestandteile und nicht als Katalysatoren. Solche Verbindungen waren instabil; Ihre Verwendung erforderte das Auflösen in gefährlichen Lösungsmitteln wie Ether oder Tetrahydrofuran (THF). Die Kombination dieser mit anderen flüssigen Reaktanten ordnete diese Reaktionen per Definition in die homogene Kategorie ein.
Heute sind weitaus mehr metallorganische Verbindungen bekannt. Einige von ihnen können in die Kategorie eines homogenen Katalysators eingeordnet werden. Sie sind oft stabiler und einfacher zu handhaben. Diese Art von Verbindung bietet einen breiteren Anwendungsbereich und wird häufig eher als homogener Katalysator als als Reaktant verwendet.
Einige der neuen Reagenzien eignen sich für Polymerisationsreaktionen. Andere sind aufgrund ihrer Fähigkeit, Chiralität zu vermitteln, gut für die pharmazeutische Herstellung geeignet. Dies bezieht sich auf die Fähigkeit, das strukturelle Design so genau zu steuern, dass sich polarisiertes Licht nur in eine Richtung dreht.
Eine besonders bemerkenswerte Anwendung ist der Versuch, die Pflanzenwelt durch künstliche Photosynthese nachzuahmen. Dies ist nicht zu verwechseln mit einer anderen Verwendung des Begriffs: der Spaltung von Wasser in Wasserstoff zur Herstellung von Kraftstoff. Vielmehr bezieht sich künstliche Photosynthese in diesem Fall auf die Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser in Kohlenhydrate und Sauerstoff. Seit einigen Jahren werden metallorganische Katalysatoren unter Berücksichtigung der künstlichen Photosynthese untersucht.