Homogene Katalyse

Die homogene Katalyse umfasst Reaktionen, in denen der Katalysator mit den Substraten und Produkten in einer Phase vorliegt. Dadurch ergeben sich meist hohe Reaktionsgeschwindigkeiten, da alle Katalysatormoleküle an der Reaktion teilnehmen können. Auch kann der Mechanismus der Reaktion durch einfache spektroskopische Methoden verfolgt werden. Die Produktabtrennung und Katalysatorrückgewinnung am Ende der Reaktion stellen jedoch ein großtechnisches Problem dar, welches die Vorteile der homogenen Katalyse gegenüber der heterogenen Variante aufwiegt. Daher werden in der chemischen Industrie nur 15 % aller katalysierten Reaktionen mit homogenen Katalysatoren durchgeführt.
Am Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik befassen sich momentan mehrere Doktoranden mit der homogenen Katalyse. Meist ist das Ziel der Forschung, die homogenen Komplexe in geeigneter Weise zu immobilisieren, um somit den Nachteil der homogenen Katalyse zu umgehen. Ionische Flüssigkeiten bieten dafür eine Reihe von Vorteilen, die in einem schrittweisen Prozess evaluiert werden.
Es gibt jedoch auch Fälle, in denen die Abtrennung des homogenen Katalysators nicht notwendig ist. Dies ist der Fall, wenn die Aktivität des Katalysators extrem hoch ist und der Katalysator stark verdünnt in einer großen Menge Produkt verbleibt, wie es zum Beispiel bei Polymerisationsreaktionen der Fall ist.

Am CRT wird seit Jahren in erfolgreicher Kooperation mit der Sasol Technology (Pty) Ltd an der Entwicklung hochaktiver Chromkatalysatoren für die Tri- und Tetramerisierung von Ethen zu 1-Hexen bzw. 1-Okten geforscht. Mit Aktivitäten jenseits 1.000.000 gProdukt gChrom-1 h-1 benötigt man nur Spuren an Katalysator, welcher anschließend im Produkt verbleibt bzw. gefällt wird.

In Zusammenarbeit mit dem industriellen Partner konnte ein Mechanismus für diese selektive Oligomerisierung entwickelt werden, welcher auf einem Metallazyklus basiert. Mit diesem Mechanismus, in der obigen Abbildung für die 1-Hexen Synthese gezeigt, konnte die Kinetik und die Selektivität des Chromkatalysators hervorragend wiedergegeben werden.

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