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 $\text{C}-\text{C}$-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.

Die Selektivitäten, die mit solchen Katalysatoren ([Ta]_s-H, 150 $\text{°C}$) 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.

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