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Einführung in die homogene Katalyse

Einleitung

Definition
Die Erhöhung der Geschwindigkeit einer Reaktion durch einen Stoff, der selbst bei der Reaktion nicht verbraucht wird, also in der (Brutto-)Stoffbilanz der Reaktion nicht auftritt, wird als Katalyse bezeichnet.
Der Stoff selbst, der Katalysator, kann nur in kleiner (substöchiometrischer) Menge zugegen sein, damit eine Geschwindigkeitssteigerung bewirkt wird.

Diese auf der Kinetik basierende Definition der Katalyse ist um 1900 von Wilhelm Ostwald (Leipzig) eingeführt worden, dem 1909 für seine Arbeiten über die Katalyse sowie über chemische Gleichgewichte und Geschwindigkeiten chemischer Reaktionen der Nobelpreis für Chemie verliehen wurde.

Beobachtungen, dass Stoffe den Ablauf einer Reaktion beeinflussen, ohne selbst an dieser direkt beteiligt zu sein, gehen bis in das 18. Jahrhundert zurück. Eine der ersten Anwendungen ist das Döbereiner-Feuerzeug (1823). Es beruht darauf, dass feinverteiltes Platin (Platinschwamm) ein Gasgemisch von Wasserstoff und Sauerstoff schon bei Raumtemperatur zu entzünden vermag:

Abb.1
Döbereiner-Feuerzeug

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Der Begriff Katalyse stammt von Berzelius (1836), der den besagten Stoffen eine katalytische Kraft zuordnete (von griechisch καταλυσιζ "Zersetzung, Zerstörung").

Aus der Definition für Katalyse folgt, dass die zu katalysierende Reaktion thermodynamisch erlaubt sein muss. Der Katalysator erschließt nur einen neuen Reaktionsweg, der eine niedrigere freie Aktivierungsenthalpie ΔG# als die unkatalysierte Reaktion aufweist. Ein Katalysator hat keinen Einfluss auf die Lage des Gleichgewichtes einer Reaktion, er beschleunigt lediglich die Gleichgewichtseinstellung.

Je nachdem, ob Katalysator und Reaktanden in der gleichen oder in verschiedenen Phasen vorliegen, unterscheidet man zwischen homogener und heterogener Katalyse. Wichtige Gebiete der homogenen Katalyse sind Brønstedtsche Säure-Base-Katalysen, elektrophile und nucleophile Katalysen sowie Metallkomplexkatalysen, die insbesondere in der organischen Chemie von grundlegender Bedeutung und integraler Bestandteil derselben sind.

Hinweis
Das vorliegende Kapitel behandelt die Grundlagen der metallorganischen Komplexkatalyse. Dieses Gebiet umfasst homogen durch Metallverbindungen katalysierte organisch-chemische Reaktionen, die unter Beteiligung von Metall-Kohlenstoff-Bindungen ablaufen.
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