Katalytické oxidace jsou chemické procesy, při kterých se pomocí katalyzátorů zavádí kyslík do organických a anorganických sloučenin. Tyto procesy mohou být využívány k likvidaci znečišťujících látek, výrobě dále využitelných sloučenin, nebo k získávání energie.Gerhard Franz, Roger A. Sheldon Oxidation in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2000
Oxidace organických sloučenin Karboxylové kyseliny, ketony, epoxidy a alkoholy se často získávají oxidacemi alkanů a alkynů kyslíkem. Částečná oxidace je obtížná, protože nejvýhodnější reakcí uhlovodíků s kyslíkem je hoření.
Oxidace anorganických sloučenin Kyselina sírová se vyrábí z oxidu sírového, který vzniká oxidací oxidu siřičitého. Fosforečnany pro potravinářské účely vznikají oxidací bílého fosforu. Oxid uhelnatý ve výfukových zplodinách se pomocí katalyzátorů přeměňuje na oxid uhličitý.
Příklady Průmyslový význam mají katalytické oxidace anorganických i organických sloučenin. substrát proces katalyzátor produkt využití oxid siřičitý oxid vanadičný(heterogenní) kyselina sírová výroba hnojiv amoniak Ostwaldův proces platina(heterogenní) kyselina dusičná základní chemikálie, TNT sulfan Clausův proces oxid vanadičný(heterogenní) síra zpracování vedlejších produktů rafinace ropy methan, amoniak Andrussowův proces platina(heterogenní) kyanovodík základní chemikálie, extrakce zlata ethen epoxidace směsi oxidů stříbra(heterogenní) ethylenoxid základní chemikálie, tenzidy cyklohexan K-A proces soli Co a Mn(homogenní) cyklohexanol cyklohexanon prekurzory nylonu ethen Wackerův proces soli Pd a Cu(homogenní) acetaldehyd základní chemikálie p-xylen výroba kyseliny tereftalové soli Mn a Co(homogenní) kyselina tereftalová výroba plastů propen allylová oxidace oxidy Mo(heterogenní) kyselina akrylová výroba plastů propen,amoniak amoxidace oxidy Bi a Mo(heterogenní) akrylonitril výroba plastů methanol formox proces oxidy Fe a Mo(heterogenní) formaldehyd základní chemikálie, alkydové pryskyřice butan maleinanhydridový proces fosforečnany vanadu(heterogenní) maleinanhydrid plasty, alkydové pryskyřice
Katalyzátory Oxidace mohou být katalyzovány jak heterogenními (katalyzátor je v jiné fázi než reaktanty), tak i homogenními katalyzátory (takové jsou ve stejné fázi jako reaktanty). U heterogenních procesů procházejí plynné reaktanty přes pevné katalyzátory, jako jsou například platina nebo redoxně aktivní oxidy železa, vanadu a molybdenu. Katalyzátory se mnohdy upravují přidáváním dalších látek, které zlepšují rychlost nebo selektivitu.
Významnými homogenními, rozpuštěnými v reakčních směsích s reaktanty, katalyzátory oxidací organických sloučenin jsou karboxyláty kobaltu, železa a manganu. K dosažení dobré rozpustnosti v organických rozpouštědlech bývají tyto katalyzátory často odvozovány od naftenových kyselin a kyseliny 2-ethylhexanové, které jsou silně lipofilní. Katalyzátory tohoto druhu spouštějí radikálové řetězové reakce, autooxidace, které vytváří organické radikály, jež se spojují s kyslíkem za vzniku hydrogenperoxidových meziproduktů.
Selektivitu oxidací obvykle určují energie vazeb, například benzylové vazby C-H jsou nahrazovány kyslíkem rychleji než aromatické vazby C-H.Mario G. Clerici, Marco Ricci and Giorgio Strukul "Formation of C–O Bonds by Oxidation" in Metal-catalysis in Industrial Organic Processes Gian Paolo Chiusoli, Peter M Maitlis, Eds. 2006, RSC.
Využití a výskyt
Řada katalyzátorů selektivních oxidací byla použita na přípravu sloučenin sloužících k výrobě léčiv nebo využívaných ve výzkumu. Za objevy Sharplessovy epoxidace a Sharplessovy asymetrické dihydroxylace byla udělena Nobelova cena.
Palivové články V palivových článcích probíhají oxidace organických sloučenin nebo vodíku za přítomnosti katalyzátorů. Katalytické ohřívače vytvářejí teplo spalováním paliva, kde jako oxidační činidlo slouží vzdušný kyslík.
Biologické katalyzátory Katalytické oxidace jsou rozšířené v biochemii, protože aerobní organismy získávají energii oxidacemi organických sloučenin.Schmidt-Rohr, K. (2020). "Oxygen Is the High-Energy Molecule Powering Complex Multicellular Life: Fundamental Corrections to Traditional Bioenergetics” ACS Omega 5: 2221-2233. http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b03352 Mimo zdroje energie mají biologické oxidace význam i pro tvorbu biologicky aktivních sloučenin a při detoxikacích toxických látek. Často jde o hydroxylace řízené enzymy obsahujícími železo, jako je cytochrom P450.
Obtíže Jedním z obtížných úkolů je katalytická oxidace methanu na methanol. Methanol se oxiduje snadněji než methan.
Ne všechny oxidace lze snadno provést pomocí kyslíku nebo vzduchu. Přeměna propenu na propylenoxid se provádí peroxidem vodíku.
Odkazy
Externí odkazy https://archive.today/20130626171216/https://portal.navfac.navy.mil/portal/page/portal/NAVFAC/NAVFAC_WW_PP/NAVFAC_NFESC_PP/ENVIRONMENTAL/ERB/THERMCATOX http://www.frtr.gov/matrix2/section4/4-59.html
Reference
Kategorie:Redoxní reakce Kategorie:Katalýza