Каталитичка оксидација

Каталитичка оксидација ― постапки кои се потпираат на катализаторите за внесување на кислород во органски и неоргански соединенија. Ваквите постапки се спроведувани во голем обем за отстранување на загадувачите, производство на вредни хемикалии и производство на енергија.^[1]

Оксидации на органски соединенија

Карбоксилните киселини, кетони, епоксиди и алкохоли често се добивани со делумна оксидација на алканите и алкените со диоксиген. Овие посредници се од суштинско значење за производството на стоки за широка потрошувачка. Делумната оксидација е предизвик бидејќи најпосакуваната реакција помеѓу кислородот и јаглеводородите е согорувањето.

Оксидации на неоргански соединенија

Каталитичка оксидација на амонијак.

Сулфурната киселина е добивана од сулфур триоксид кој е добиван со оксидација на сулфур диоксид. Прехранбените фосфати се создаваат преку оксидација на бел фосфор. Јаглерод моноксидот во автомобилските издувни гасови се претвора во јаглерод диоксид во каталитичките конвертори.

Примери

Индустриски важни примери вклучуваат и неоргански и органски супстрати.

Материја	Постапка	Катализатор	Производ	Примена
сулфур диоксид	допирна постапка	ванадиум пентооксид (хетероген)	сулфурна киселина	производство на ѓубрива
амонијак	Оствалдова постапка	платина (хетерогена)	азотна киселина	основни хемикалии, ТНТ
хидроген сулфид	Клаусова постапка	ванадиум пентооксид (хетероген)	сулфур	санација на нуспроизвод нарафинерија за нафта
метан, амонијак	Андрусовова постапка	платина (хетерогена)	цијановодород	основни хемикалии, екстракт за ископување злато
етилен	епоксидација	мешани Ag оксиди (хетерогени)	етилен оксид	основни хемикалии, сурфактанти
циклохексан	К-А постапка	Co и Mg соли (хомогени)	циклохексанолциклохексанон	претходник на најлонот
етилен	Вакерова постапка	Pd и Cu соли (хомогени)	ацеталдехид	основни хемикалии
пара-ксилен	синтеза на терефтална киселина	Mn и Co соли (хомогени)	терефтална киселина	претходник на пластиката
пропилен	алилна оксидација	Мо-оксиди (хетерогени)	акрилна киселина	претходник на пластиката
пропилен, амонијак	амоксидација	Bi-Mo-оксиди (хетерогени)	акрилонитрил	претходник на пластиката
метанол	Формоксова постапка	Fe-Mo-оксиди (хетерогени)	формалдехид	основни хемикалии, алкидни смоли
бутан	Малеинско-анхидридска постапка	ванадиум фосфати (хетерогени)	малеински анхидрид	пластика, алкидни смоли

Катализатори

Оксидационата катализа се спроведува и со хетерогена катализа и со хомогена катализа. Во хетерогените постапки, гасовитата подлога и кислородот (или воздухот) се пренесуваат преку цврсти катализатори. Вообичаени катализатори се платината и редокс-активните оксиди на железо, ванадиум и молибден. Во многу случаи, катализаторите се модифицирани со мноштво адитиви или засилувачи кои ги зголемуваат стапките или селективноста.

Важни хомогени катализатори за оксидација на органски соединенија се карбоксилатите на кобалт, железо и манган. За да се даде добра растворливост во органскиот растворувач, овие катализатори често се добиени од нафтански киселини и етилхексаноева киселина, кои се високо липофилни. Овие катализатори започнуваат радикални верижни реакции, автооксидација кои произведуваат органски радикали кои се комбинираат со кислород и даваат хидропероксидни посредници. Претежно, селективноста на оксидацијата се одредува со енергиите на врската. На пример, бензилните CH врски се заменуваат со кислород побрзо од ароматичните CH врски.^[2]

Фини хемикалии

Многу селективни катализатори за оксидација се развиени за производство на фини хемикалии од фармацевтски или академски интерес. Примери за добитници на Нобеловата награда за хемија се острата епоксидација и Шарплесовата дихидроксилација.

Биолошка катализа

Каталитичките оксидации се вообичаени во биологијата, особено затоа што аеробниот живот опстојува од енергијата добиена со оксидација на органски соединенија со воздух. За разлика од индустриските постапки, кои се оптимизирани за производство на хемиски соединенија, биолошките оксидации кои произведуваат енергија се оптимизирани за производство на енергија. Многу металоензими посредуваат во овие реакции.

Горивни ќелии, итн

Горивните ќелии се потпираат на оксидација на органски соединенија (или водород) со помош на катализатори. Каталитичките грејачи создаваат топлина без пламен од снабдување со запаливо гориво и кислород од воздухот како оксиданс.

Предизвици

Главниот предизвик во каталитичката оксидација е претворањето на метанот во метанол. Поголемиот дел од метанот е далеку, односно не се наоѓа во близина на метрополите. Следствено, тој е разгорен (претворен во јаглерод диоксид). Еден предизвик е што метанолот полесно се оксидира отколку метанот.^[3]

Каталитичката оксидација со кислород или воздух е главна примена на зелената хемија. Сепак, постојат многу оксидации кои не можат да се постигнат толку директно. Претворањето на пропилен во пропилен оксид обично се врши со користење на водород пероксид, а не со кислород или воздух.