В химии гомогенный катализ - это катализ в растворе растворимым катализатором. Гомогенный катализ относится к реакциям, в которых катализатор находится в той же фазе, что и реагенты, в основном в растворе. Напротив, гетерогенный катализ описывает процессы, в которых катализаторы и субстрат находятся в разных фазах, обычно твердое вещество-газ, соответственно. Этот термин используется почти исключительно для описания растворов и подразумевает катализ металлоорганическими соединениями. Гомогенный катализ - это устоявшаяся технология, которая продолжает развиваться. Иллюстративным основным приложением является производство уксусной кислоты. Ферменты являются примерами гомогенных катализаторов.
Протон - это распространенный гомогенный катализатор, потому что вода является наиболее распространенным растворителем. Вода образует протоны в процессе самоионизации воды. В иллюстративном случае, кислоты ускоряют (катализируют) на гидролиз из сложных эфиров :
При нейтральном pH водные растворы большинства сложных эфиров практически не гидролизуются.
Выдающийся класс восстановительных превращений - гидрирование. В этом процессе H 2 добавляется к ненасыщенным субстратам. Родственная методология, перенос гидрирования, включает перенос водорода от одного субстрата (донора водорода) к другому (акцептору водорода). Связанные реакции включают «добавления HX», где X = силил ( гидросилилирование ) и CN ( гидроцианирование ). Большинство крупномасштабных промышленных процессов гидрирования - маргарина, аммиака, бензола в циклогексан - проводятся с гетерогенными катализаторами. Однако для тонкого химического синтеза часто используются гомогенные катализаторы.
Гидроформилирование, известная форма карбонилирования, включает добавление H и «C (O) H» через двойную связь. Этот процесс проводится почти исключительно с растворимыми родий- и кобальтсодержащими комплексами.
Связанное с этим карбонилирование - это превращение спиртов в карбоновые кислоты. MeOH и CO реагируют в присутствии гомогенных катализаторов с образованием уксусной кислоты, как это практикуется в процессах Monsanto и Cativa. Связанные реакции включают гидрокарбоксилирование и гидроэтерификацию.
Ряд полиолефинов, например полиэтилен и полипропилен, получают из этилена и пропилена с помощью катализа Циглера-Натта. Гетерогенные катализаторы преобладают, но многие растворимые катализаторы используются, особенно для стереоспецифических полимеров. Метатезис олефинов обычно гетерогенно катализируется в промышленности, но гомогенные варианты ценны в тонком химическом синтезе.
Гомогенные катализаторы также используются в различных процессах окисления. В процессе Ваккера ацетальдегид получают из этилена и кислорода. Многие неорганические комплексы также широко используются в катализе, например, для производства терефталевой кислоты из ксилола. Алкены эпоксидируются и дигидроксилируются комплексами металлов, как показано на примере процесса Halcon и дигидроксилирования Шарплесса.
Ферменты - это гомогенные катализаторы, которые необходимы для жизни, но также используются в промышленных процессах. Хорошо изученным примером является карбоангидраза, которая катализирует выброс CO 2 в легкие из кровотока. Ферменты обладают свойствами как гомогенных, так и гетерогенных катализаторов. Как таковые, их обычно рассматривают как третью, отдельную категорию катализаторов. Вода - обычный реагент ферментативного катализа. Сложные эфиры и амиды медленно гидролизуются в нейтральной воде, но на скорость сильно влияют металлоферменты, которые можно рассматривать как большие координационные комплексы. Акриламид получают путем катализируемого ферментами гидролиза акрилонитрила. Спрос на акриламид в США по состоянию на 2007 год составлял 253 000 000 фунтов (115 000 000 кг).