ГОМОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ

Гомогенный катализ осуществляется, когда катализатор и реагирующая система находятся в одинаковом фазовом состоянии. Для объяснения катализа такого типа обычно привлекаются представления об образовании промежуточного соединения либо интермедиатного радикала или иона, как это можно показать на следующих двух примерах.

Гомогенный катализ в газовой фазе

Примером катализа этого типа может служить каталитическое разложение оксида диазота в газовой фазе. Оксид диазота - распространенное анестезирующее средство, известное под названием «веселящий газ». При комнатной температуре он сравнительно инертен, разлагается только при температурах выше 1000 К:

Однако его разложение катализируется следами газообразного хлора, особенно в присутствии света. По-видимому, роль катализатора выполняют радикалы хлора, которые образуются в результате фотолиза газообразного хлора (см. выше). Предположительно, радикал хлора реагирует с образуя промежуточный радикал

Гомогенный катализ в водной фазе

Примеров катализа этого типа очень много. Например, разложение пероксида водорода катализируется ионами иода. Интермедиатным ионом в данном случае является Реакция протекает в две стадии:

Стадия 1

Стадия 2

Важные примеры гомогенного катализа - кислотный катализ и основный катализ органических реакций. В процессе кислотного катализа происходит присоединение протона к одному из реагентов с образованием положительно заряженного промежуточного соединения. В процессе основного катализа один из реагентов отдает протон основанию, а сам приобретает отрицательный заряд.

Кислотный катализ и основный катализ играют особо важную роль в органической химии. Один из примеров катализа такого типа - иодирование пропанона в кислом растворе (см. выше). Другой пример - кислый гидролиз сложных эфиров. Механизм такого гидролиза сходен с механизмом иодирования пропанона. Например, кислый гидролиз этилацетата включает много стадий протонирования и депротонирования. На рис. 9.18 показана упрощенная трехстадийная схема этого механизма. По-видимому, основный катализ конденсации пропанона с образованием тоже осуществляется в три стадии (рис. 9.19).

Некоторые органические реакции, например, мутаротация глюкозы (см. разд. 17.2), катализируются как кислотами, так и основаниями.

Катализ ионами -переходных металлов. Многие окислительно-восстановительные реакции в растворах катализируются ионами -переходных металлов (см. гл. 14). Например, несколько капель раствора сульфата меди (II) катализируют реакцию между цинком и соляной кислотой:

Рис. 9.18. Механизм кислого гидролиза этилацетата.

Рис. 9.19. Механизм конденсации пропанона, катализируемой основанием.

Катализ металлоорганическимн комплексами. Металлоорганические комплексы часто играют роль промежуточных соединений в различных технологических процессах. Например, окисление этилена в этаналь катализируется пропусканием газообразного этилена через водный раствор хлорида и хлорида Механизм этой реакции очень сложен и включает образование нескольких промежуточных соединений. Одним из них является