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Metathese

Alkan-Metathese

Die formale Analogie zur Olefin- und Alkin-Metathese ist die Katalyse einer Reaktion, die ein Alkan mittlerer Kettenlänge zu gleichen Teilen in ein Alkan mit niedrigerer und höherer C-Zahl umwandelt (Alkan-Metathese).

Sie ist grundsätzlich weniger selektiv als Olefin- und Alkin-Metathesen und liefert, da zumindest in gewissem Umfang alle C-C-Bindungen in die Reaktion einbezogen werden, eine Reihe von Alkanen mit niedrigerer und höherer C-Zahl als das Ausgangsalkan. Die Alkan-Metathese konnte erst vor wenigen Jahren (Basset, 1997) in speziellen Fällen realisiert werden, wobei als Präkatalysatoren Hydridometall-Komplexe (insbesondere Ta-H-Komplexe) eingesetzt wurden, die auf Silikagel fixiert waren. Ein möglicher Mechanismus der Metathese von Ethan ist im folgenden Schema angeführt.

Abb.1

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Die Selektivitäten, die mit solchen Katalysatoren ([Ta]s-H, 150 °C) bei der Ethan- und Pentan-Metathese (bei 3 % Umsatz; das überschüssige Ausgangsalkan ist nicht aufgeführt) erreicht worden sind, zeigen die beiden nachfolgenden Diagramme. Insbesondere das Diagramm der Pentan-Metathese zeigt, dass die Hauptprodukte zwar die benachbarten homologen Alkane (Butane, Hexane) sind, aber auch andere Homologe in großem Umfang gebildet werden.

Abb.2
Ethan-Metathese: Produktverteilung
Abb.3
Pentan-Metathese: Produktverteilung

Die katalytische Aktivierung und Funktionalisierung von C-H-Bindungen einfacher Alkane ist eine der großen Herausforderungen der homogenen Katalyse.

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