Katalitik oksidasyon - Catalytic oxidation

Katalitik oksidasyon kullanarak bileşikleri oksitleyen süreçlerdir katalizörler. Yaygın uygulamalar oksidasyon içerir organik bileşikler havadaki oksijen ile. Bu tür işlemler, kirletici maddelerin iyileştirilmesi, değerli kimyasalların üretimi ve enerji üretimi için büyük ölçekte yürütülmektedir.[1] İçinde petrokimya gibi yüksek değerli ara maddeler karboksilik asitler, aldehitler, ketonlar, epoksitler, ve alkoller kısmi oksidasyon ile elde edilir Alkanlar ve alkenler ile dioksijen. Bu ara ürünler, tüketim mallarının üretimi için gereklidir. Kısmi oksidasyon iki zorluk çıkarır. Birincisi, oksijen ve hidrokarbonlar arasında en çok tercih edilen reaksiyonun yanma. İkinci zorluk, dioksijen aktive etmenin önemli zorluğudur, yani. molekülün oluşturucu atomlara bölünmesi enerji bariyeri 498 kJ / mol. Oksijeni kontrollü bir şekilde aktive etmenin olağan stratejisi, moleküler hidrojen veya karbonmonoksit fedakarlık olarak indirgeyiciler heterojen bir katalizör varlığında, öyle ki aktivasyon bariyeri <10 kJ / mol'e düşürülür ve dolayısıyla daha hafif reaksiyon koşulları gereklidir.[2]

Destekli altın katalizörlerle elde edilen en zorlu seçici oksidasyonlardan biri, epoksidasyondur. propilen.

Açıklayıcı bir katalitik oksidasyon, metanolün daha değerli bileşiğe dönüştürülmesidir. formaldehit havada oksijen kullanma:

2 CH3OH + O2 → 2CH2O + 2 H2Ö

Katalizörlerin yokluğunda bu dönüşüm çok yavaştır. Tipik oksidasyon katalizörleri metal oksitler ve metal karboksilatlar.

Örnekler

Endüstriyel açıdan önemli örnekler, hem inorganik hem de organik substratları içerir.

SubstratİşlemKatalizör
(homojen veya heterojen		ÜrünUygulama
kükürt dioksitiletişim sürecivanadyum pentoksit
(heterojen)		sülfürik asitgübre üretimi
amonyakOstwald süreciplatin
(heterojen)		Nitrik asittemel kimyasallar, TNT
hidrojen sülfitBaba sürecivanadyum pentoksit
(heterojen)		kükürtyan ürününün iyileştirilmesi
yağ rafinerisi
metan,
amonyak		Andrussow süreciplatin
(heterojen)		hidrojen siyanürtemel kimyasallar, altın madenciliği çıkarıcı
etilenepoksidasyonkarışık Ag oksitler
(heterojen)		etilen oksittemel kimyasallar, yüzey aktif maddeler
siklohekzanK-A süreciCo ve Mn tuzları
(homojen)		sikloheksanol
siklohekzanon		naylon öncüsü
etilenWacker süreciPd ve Cu tuzları
(homojen)		asetaldehittemel kimyasallar
para-ksilentereftalik asit senteziMn ve Co tuzları
(homojen)		tereftalik asitplastik öncü
propilenalilik oksidasyonMo-oksitler
(heterojen)		akrilik asitplastik öncü
propilen,
amonyak		SOHIO süreciBi-Mo-oksitler
(heterojen)		akrilonitrilplastik öncü
metanolFormox süreciFe-Mo-oksitler
(heterojen)		formaldehittemel kimyasallar, alkid reçineleri
bütanMaleik anhidrit sürecivanadyum fosfatlar
(heterojen)		maleik anhidritplastikler, alkid reçineleri

Katalizörler

Uygulamalı kataliz

Oksidasyon katalizi her ikisi tarafından yapılır heterojen kataliz ve homojen kataliz. Heterojen işlemlerde, gaz halindeki substrat ve oksijen (veya hava) katı katalizörler üzerinden geçirilir. Tipik katalizörler platin ve redoks-aktif demir, vanadyum ve molibden oksitleridir. Çoğu durumda, katalizörler oranları veya seçicilikleri artıran bir dizi katkı maddesi veya destekleyici ile modifiye edilir.

Organik bileşiklerin oksidasyonu için önemli homojen katalizörler şunlardır: karboksilatlar kobalt, demir ve manganez. Organik çözücüde iyi çözünürlük sağlamak için, bu katalizörler genellikle aşağıdakilerden türetilir: naftenik asitler ve etilheksanoik asit, oldukça lipofiliktir. Bu katalizörler radikal zincir reaksiyonları, otoksidasyon oksijenle birleşerek organik radikaller üreten hidroperoksit ara maddeler. Genellikle oksidasyonun seçiciliği, bağ enerjileri ile belirlenir. Örneğin, benzilik C-H bağları, aromatik C-H bağlarından daha hızlı oksijen ile değiştirilir.[3]

İnce kimyasallar

Ana makale: Asimetrik katalitik oksidasyon

Farmasötik veya akademik açıdan önemli olan ince kimyasalların üretilmesi için birçok seçici oksidasyon katalizörü geliştirilmiştir. Nobel ödüllü örnekler, Keskin olmayan epoksidasyon ve Keskin olmayan dihidroksilasyon.

Biyolojik kataliz

Katalitik oksidasyonlar biyolojide yaygındır, özellikle aerobik yaşam O2'nin enerjisiyle devam ettiğinden2 [4] organik bileşiklerin oksidasyonu ile açığa çıkar. Kimyasal bileşikler üretmek için optimize edilmiş endüstriyel proseslerin aksine, enerji üreten biyolojik oksidasyonlar enerji üretmek için optimize edilir. Birçok metaloenzimler bu reaksiyonlara aracılık edin.

Yakıt hücreleri vb.

Yakıt hücreleri katalizörler kullanarak organik bileşiklerin (veya hidrojenin) oksidasyonuna güvenir. Katalitik ısıtıcılar, bir yanıcı yakıt kaynağından alevsiz ısı üretir ve oksijen havadan oksidan.

Referanslar

  1. ^ Gerhard Franz, Roger A. Sheldon Ullmann'ın Endüstriyel Kimya Ansiklopedisinde "Oksidasyon", Wiley-VCH, Weinheim, 2000 doi:10.1002 / 14356007.a18_261
  2. ^ Haruta, Masatake (Ekim 2005). "Altına hücum". Doğa. 437 (7062): 1098–1099. doi:10.1038 / 4371098a. ISSN  1476-4687. PMID  16237427.
  3. ^ Mario G. Clerici, Marco Ricci ve Giorgio Strukul Endüstriyel Organik İşlemlerde Metal Katalizinde "Oksidasyon Yoluyla C – O Bağlarının Oluşumu" Gian Paolo Chiusoli, Peter M Maitlis, Eds. 2006, RSC. ISBN  978-0-85404-862-5.
  4. ^ Schmidt-Rohr, K. (2020). "Oksijen, Karmaşık Çok Hücreli Yaşamı Güçlendiren Yüksek Enerjili Moleküldür: Geleneksel Biyoenerjetikte Temel Düzeltmeler" ACS Omega 5: 2221-2233. http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b03352

Dış bağlantılar