Wat is een homogene katalysator?
In de chemie is een katalysator een stof die wordt toegevoegd om de reactiesnelheid te versnellen zonder zelf in het proces te worden verbruikt. De katalysator wordt vaak in een kleine hoeveelheid toegevoegd in vergelijking met de reactanten en kan in toekomstige batches achtereenvolgens worden hergebruikt. Een homogene katalysator is een katalysator die deel uitmaakt van dezelfde fase als de reactanten - hetzij vast, vloeibaar of gas - tijdens de reactie. Vaak hebben de componenten verschillende fasen in de zuivere toestand maar worden opgelost in een gewoon oplosmiddel. Volgens deze definitie is zelfs een gas dat reageert met een vloeistof in aanwezigheid van een gewoonlijk vaste katalysator homogeen als de drie allemaal tegelijkertijd zijn opgelost.
De meeste industriële katalyse maakt gebruik van heterogene katalysatoren. Bij heterogene katalyse zijn er twee of meer fasen in de reactie, en het omvat vaak een vloeistof- of gascomponent blootgesteld aan een vaste katalytische component bevestigd aan een dragersubstraat voor gemak en om verlies te voorkomen. Dit kan zijn omdat de katalysator duur is, inclusief een component van edel metaal. Om de efficiëntie te vergroten, kan het oppervlak worden gemaximaliseerd waarbij de katalysator zeer definitief wordt verdeeld. Een voorbeeld is de katalysator die in de meeste auto's voorkomt.
Het gebruik van een homogene katalysator in complexe chemie is van bijzonder belang, gedeeltelijk vanwege nieuwe toepassingen van organometaalcomplexen. Vroege toepassingen van organomagnesium en organolithiumverbindingen waren grotendeels als reactie-ingrediënten, in plaats van als katalysatoren. Dergelijke verbindingen waren onstabiel; hun gebruik vereiste het oplossen ervan in gevaarlijke oplosmiddelen zoals ether of tetrahydrofuran (THF). Door deze te combineren met andere vloeibare reactanten, werden die reacties per definitie in de homogene categorie geplaatst.
Tegenwoordig zijn er veel meer organometallische verbindingen bekend. Sommigen van hen kunnen in de categorie van een homogene katalysator worden geplaatst. Ze zijn vaak stabieler en gemakkelijker te hanteren. Dit type verbinding biedt een breder toepassingsgebied en wordt vaak gebruikt als een homogene katalysator, in plaats van als een reactant.
Sommige van de nieuwe reagentia zijn bruikbaar bij polymerisatiereacties. Anderen zijn goed geschikt voor farmaceutische productie vanwege hun vermogen om chiraliteit te verlenen. Dit verwijst naar het vermogen om het structurele ontwerp zo nauwkeurig te regelen dat gepolariseerd licht slechts op één manier roteert.
Een meest opmerkelijke toepassing is de poging om de plantenwereld na te bootsen door middel van kunstmatige fotosynthese. Dit moet niet worden verward met een ander gebruik van de term: het splitsen van water in waterstof voor de productie van brandstof. In plaats daarvan verwijst kunstmatige fotosynthese in dit geval naar de omzetting van kooldioxide en water in koolhydraten en zuurstof. Sinds enkele jaren zijn organometallische katalysatoren bestudeerd met kunstmatige fotosynthese in gedachten.