Homogene Katalyse

Katalysatoren kontrollieren und beschleunigen nahezu alle chemischen und biochemischen Reaktionen, ohne selbst im Endprodukt … zu erscheinen. Von einer homogenen Katalyse sprechen Chemiker, wenn alle am chemischen Prozess beteiligten Reagenzien in ein und demselben Aggregatzustand vorliegen, bevorzugt als Flüssigkeit, also in einer Lösung.
Ein klassischer katalytisch beeinflusster chemischer Prozess ist die alkoholische Gärung aus Zucker, erstmals von den Sumerern vor 8.000 Jahren in Mesopotamien angewendet.

Homogene Katalysatoren in Lösung
©  Thomas Häntzschel
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Als erstes technisches Verfahren zur Herstellung einer Grundchemikalie, nämlich Schwefelsäure, gilt laut Wikipedia das Bleikammerverfahren von Desormes und Clement aus dem Jahr 1806. Arbeiten zur Enzymkatalyse gehen auf den Anfang des 20. Jahrhunderts zurück, etwa mit der enzymatischen Spaltung der Saccharose in Glucose und Fructose. Enzymkatalyse ist heute Grundlage für die ressourcenschonende Produktion von Medikamenten, Feinchemikalien, Vitaminen und Waschmitteln. Als Katalysatoren werden häufig sogenannte Übergangsmetalle verwendet, die ihren Namen wegen ihrer Übergangs-Position im Periodensystem der chemischen Elemente tragen. Das reaktive Metallatom ist üblicherweise von einem molekularen Gerüst, Chemiker bezeichnen es als Ligand, umgeben, das ebenfalls fördernden Einfluss auf die Reaktion, z.B. den Umsatz, nimmt.

Klassischerweise entstand die homogene Katalyse als Arbeitspferd der organischen Chemie, die auf Kohlenstoff basiert und überwiegend produktorientiert forscht. Zu ihren Vorteilen gegenüber der heterogenen Katalyse zählen die milderen Reaktionsbedingungen, d.h. niedriger Druck und moderate Temperaturen. Und weil sie selektiver ablaufen, entstehen auch weniger Nebenprodukte. Allerdings lassen sich die Katalysatoren am Ende schwerer wiedergewinnen. In der modernen Forschung löst sich die einstmals strenge Grenze zur heterogenen Katalyse auf, der sich die eher analytisch und erkenntnistheoretisch orientierte anorganische Chemie bedient, zunehmend auf.