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Homogene Katalyse

Die Katalyse ist ein Eckpfeiler in der Synthesechemie, sowohl im Labor als auch in der chemischen Industrie. Das vorliegende Material behandelt die metallorganische Komplexkatalyse. Die Darstellung ist vollständig und gibt den stofflichen Umfang an, den jeder Masterstudent haben sollte. Einem einleitenden Kapitel schließt sich die Behandlung der Grundlagen und der metallorganischen Elementarschritte an. Dem folgt die Behandlung der wichtigsten homogenkatalytischen Verfahren wie Olefinhydrierungen, Hydroformylierungen, der Wacker-Prozess, das Monsanto-Verfahren, Hydrocyanierungen, -silylierungen und -aminierungen, die Metathese, Olefinpolymerisation, C-C-Verknüpfungen von Dienen und schließlich C-C-Kupplungsreaktionen. Moderne Entwicklungen wie die Alkanmetathese sind berücksichtigt. Zahlreiche Aufgaben sind in den Text eingearbeitet.

Homogene Katalyse

Einführung Level 140 min.

Die Lerneinheit führt in das Themengebiet der Homogenen Katalyse ein und beschäftigt sich mit den Grundlagen und Grundbegriffen unter besonderer Berücksichtigung der metallorganischen Komplexkatalyse.

Metallorganische Elementarschritte Level 240 min.

Die Lerneinheit behandelt wichtige metallorganische Elementarschritte in der Komplexkatalyse, wie z.B. die Ligandanlagerung, die oxidative Kupplung, die oxidative Addition und die Insertion sowie deren Umkehrungen. Wichtige Kennzahlen zur Charakterisierung des Reaktionstyps sind die Änderung der Zahl der Valenzelektronen, die Änderung der Oxidationsstufe sowie die Änderung der Koordinationszahl.

Olefinhydrierung Level 240 min.

Die Addition von Wasserstoff an Olefine liefert die entsprechenden Alkane. Die Lerneinheit beschreibt die Grundlagen und den Mechanismus der homogen katalysierten Olefinhydrierung mit dem Wilkinson-Katalysator einschließlich der Betrachtung enantioselektiver Hydrierungen. Strukturen und Bindungsverhältnisse in Diwasserstoff-Komplexen werden erläutert. Die Möglichkeiten der Wasserstoff-Aktivierung werden vorgestellt.

Hydroformylierungen Level 230 min.

Die Hydroformylierung, auch als Oxo-Synthese bezeichnet, beschreibt die Reaktion von Alkenen mit Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid unter Bildung von Aldehyden. Die Hydroformylierung ist ein wichtiger großtechnischer Prozess in der chemischen Industrie.

Wacker-Prozess Level 230 min.

Das Wacker-Verfahren ist ein großtechnischer Prozess in der chemischen Industrie, bei dem Alkene zu Carbonyl-Verbindungen oxidiert werden.

Monsanto-Verfahren Level 230 min.

Das bedeutendste großtechnische Verfahren zur Herstellung von Essigsäure ist das Monsanto-Verfahren. Dabei erfolgt eine katalytische Umsetzung von Methanol mit Kohlenmonoxid unter Druck. Das Katalysatorsystem besteht aus einem Rhodium(III)-halogenid und einem Iod-haltigen Cokatalysator.

Hydrocyanierung, -silylierung und -aminierung Level 240 min.

Die Addition von Verbindungen mit einer Element-Wasserstoff-Bindung, H-X, an Olefine liefert funktionalisierte Alkane. Im Einzelnen werden die Hydrocyanierung, -silylierung und -aminierung, einschließlich Mechanismen und geeigneter Katalysatoren, beschrieben.

Metathese Level 230 min.

Die Metathese von Olefinen ist eine katalytische Reaktion, in der unter Spaltung und Neubildung von Doppelbindungen eine Umverteilung der Alkyliden-Gruppen, stattfindet. Die Lerneinheit erläutert den Mechanismus und stellt verschiedene Metathese-Reaktionen vor.

Olefinoligomerisation Level 2100 min.

Das Haupteinsatzgebiet von Nickel-Katalysatoren mit Phosphor-Sauerstoff-Chelat-Liganden war lange Zeit die Olefinoligomerisation (z.B. Shell higher olefin process), bei der sie hauptsächlich die Synthese von >C20-Olefinen unter hohem Druck und Temperatur ermöglichten. Die Oligomerisation von Olefinen wird in diesem Kapitel beschrieben.

Olefinpolymerisation Level 2100 min.

Früher wurden Nickel-Katalysatoren mit Phosphor-Sauerstoff-Chelat-Liganden hauptsächlich zur Olefinoligomerisation (z.B. Shell higher olefin process) eingesetzt, bei der sie vor allem die Synthese von >C20-Olefinen unter hohem Druck und Temperatur ermöglichten. Heute werden Polymere mit einem Molekulargewicht von >250 kg/mol produziert. In diesem Kapitel werden Komplex-katalysierte Verfahren zur Polymerisation von Monoolefinen vorgestellt.

C-C-Verknüpfungen von Dienen Level 245 min.

Die Lerneinheit behandelt die bei katalytischen Reaktionen von 1,3-Dienen auftretenden Allyl-Komplexe, die auftretenden mechanistischen Besonderheiten und die Bildung der verschiedenen Nebenprodukte. Die Polymerisation von Buta-1,3-dien wird außerdem ausführlich erläutert.

C-C-Kupplungen Level 230 min.

Die Lerneinheit beschreibt die Grundlagen und den Mechanismus von Palladium-katalysierten C-C-Kupplungsreaktionen, also Reaktionen, bei denen gezielt verschiedene Organyl-Reste miteinander verknüpft werden. Zusätzlich wird noch die Heck-Reaktion mit ihrem Mechanismus erklärt. Hier wird, ebenfalls Pd-katalysiert, ein vinylisches Wasserstoff-Atom gegen eine Organyl-Gruppe unter Erhalt der Doppelbindung ausgetauscht.

Sonstiges

Edelmetall-Katalysatoren für homogene KatalysenLevel 130 min.

Lesen Sie über eine Auswahl herausragender Beispiele für homogen katalysierte Verfahren mit Edelmetallen, die in der Industrie großtechnisch zum Einsatz kommen.

Grundlagen der KomplexkatalyseLevel 130 min.

Die Grundlagen und Begriffe der Katalyse, insbesondere der metallorganischen Komplexkatalyse werden erläutert. Der Unterschied zwischen homogener und heterogener Katalyse wird erklärt.

Homogene Katalyse

Die Katalyse ist ein Eckpfeiler in der Synthesechemie, sowohl im Labor als auch in der chemischen Industrie. Das vorliegende Material behandelt die metallorganische Komplexkatalyse. Die Darstellung ist vollständig und gibt den stofflichen Umfang an, den jeder Masterstudent haben sollte. Einem einleitenden Kapitel schließt sich die Behandlung der Grundlagen und der metallorganischen Elementarschritte an. Dem folgt die Behandlung der wichtigsten homogenkatalytischen Verfahren wie Olefinhydrierungen, Hydroformylierungen, der Wacker-Prozess, das Monsanto-Verfahren, Hydrocyanierungen, -silylierungen und -aminierungen, die Metathese, Olefinpolymerisation, C-C-Verknüpfungen von Dienen und schließlich C-C-Kupplungsreaktionen. Moderne Entwicklungen wie die Alkanmetathese sind berücksichtigt. Zahlreiche Aufgaben sind in den Text eingearbeitet.