Heterogene Säure-Base-Katalysereaktionen

Beispiele sind Hydratisierungen und Dehydratisierungen, Hydrolysen und Isomerisierungen (Umlagerungen). Auch Crackprozesse (Erdölverarbeitung) und Polymerisationen (Kunststoffsynthesen) sind zu nennen. Die Reaktionen haben die Säure/Base-Theorien von Brönsted und vor allem von Lewis zur Voraussetzung.

Bekannte Kontakte dieses Typs sind vor allem Misch-Oxide von Aluminium und Silicium. Es gibt hier beide Möglichkeiten für den Aufbau von katalytisch wirksamen sauren Zentren: Das Lewis-Zentrum enthält wegen der geringeren Koordinationszahl des Al-Atoms an dieser Stelle eine Elektronenlücke. Im Brönsted-Zentrum befindet sich eine Protonenquelle aufgrund der Dissoziation eines Wassermoleküls, das vom Al-Ion komplex gebunden ist.

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Das katalytische Lewis-Säure/Base-Zentrum
Das Lewis-Zentrum wirkt besonders bei hohen Temperaturen. Es leitet zum Beispiel eine Crackreaktion ein, indem es von dem Kohlenwasserstoff ein Hydrid-Ion abspaltet. Es wird an das Al-Atom gebunden. Es bildet sich ein Carbenium-Ion, zum Beispiel:

Crack-Reaktion am Lewis-Säure/Base-Zentrum


Das positiv geladene Carbenium-Ion stabilisiert sich, indem es zerfällt.
Die positive Ladung kann auf zwei Wegen eliminiert werden: Einmal wird sie an der Kontaktoberfläche vom Carbenium-Ion als Proton auf das Hydrid-Ion übertragen.

Butan ———> 2 Ethen + H2

Das Hydrid-Ion kann aber auch auf das bei der Spaltung neu gebildete Carbenium-Ion übertragen werden. Es bilden sich dann Ethen und Ethan.

Butan ———> Ethen + Ethan


Das katalytische Brönsted-Säure/Base-Zentrum
Das Brönsted-Zentrum ist nur bei niedrigeren Temperaturen existent. Bei Umlagerungen übernimmt zum Beispiel das Buten-(2)-Molekül ein Proton vom Kontakt. Es bildet sich ein Carbenium-Ion. Dieses lagert sich um, entweder was die Doppel-Bindung angeht oder bezüglich des Kohlenstoffgerüstes. Außerdem laufen noch Crackprozesse ab. Die Protonen werden als Katalysatoren zurückgebildet.

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Quelle:
Text vereinfacht nach [6]

Literatur


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Letzte Überarbeitung: 30. April 2010, Dagmar Wiechoczek