Feinmechanismen der Katalysereaktionen
Die folgende Webseite gibt einen ersten Überblick zum Thema. Genauere
Schilderungen enthalten die Webseiten
Feinmechanismen der homogenen Katalysereaktionen
Feinmechanismen der heterogenen Katalysereaktionen
Feinmechanismen der Enzymreaktionen
Die Reaktanden der zu katalysierenden Reaktion werden durch Kontakt mit einem
Katalysator in einen reaktionsbereiten Zustand überführt, aus dem heraus sie
schneller reagieren als ohne diesen Vorgang. Diesen Zustand nennt man "aktiviert".
Diese Aktivierung hat eine Bindung an den Katalysator zur Voraussetzung. Solche
Übergangskomplexe kann man (zum Beispiel durch Farbänderung der Lösung) ab
und zu direkt erkennen.
Bei heterogenen Katalysatoren finden zunächst immer Adsorptionsvorgänge statt.
Wichtig ist, dass die Bindung zwischen Katalysator und Reaktanden nicht zu stark
sind. Das gilt auch für die Produkte, so dass der Ablösevorgang (Desorption) nicht zu
stark gehemmt ist. Dabei spielen je nach Katalysatortyp verschiedene Bindungstypen
eine Rolle.
Aus diesem Grunde braucht man für viele Reaktionen einen speziellen Katalysator,
was viele Untersuchungen zur Voraussetzung macht. Oftmals reicht der Einfluss eines
einzelnen Katalysators nicht aus, sondern man muss Stoffmischungen herstellen, die
als "Mischkatalysatoren" wirken. Ein Stoff, der die Wirksamkeit von anderen
Katalysatoren erhöht, wird Promotor genannt. Dabei brauchen die Zusatzstoffe nicht
einmal an der Reaktion teilnehmen. Es reicht aus, dass sie zum Beispiel die
Feinkristallinität eines Metallkontaktes aufrechterhalten oder Polarisierungen von
Molekülen erleichtern. Andere Zusatzstoffe bewirken, dass heterogene Katalysatoren
Halbleitereigenschaften bekommen. Sie können aber auch in den Kristallen
Störstellen produzieren, die die Atom- oder Molekülorbitale der Reaktanden anregen.
Homogene Katalysereaktionen setzen ebenfalls eine Bindung zwischen Reaktanden und dem Katalysator voraus. Die Protonenkatalyse hat eine starke Aufpolarisierung bestimmter Molekülbereiche zur Grundlage, an die sich dann die Moleküle stark polarer Stoffe wie Wasser oder Alkohole ("nukleophile Substituenten") anlagern können. Andere homogene Katalysen in Lösungen gehen über Komplexverbindungen, bei denen der Katalysator die Reaktanden nicht nur polarisiert, sondern auch in die richtige sterische Lage zur Reaktion bringt.
Enzymkatalysen sind die Krönung, was Polarisierung und Überführung in eine für die Reaktion optimale sterische Lage der Reaktanden zueinander betrifft. Obwohl (oder weil) sie so große Moleküle sind, sind ihre aktiven Zentren derartig ausgeklügelt, dass die Substrate optimal reagieren können. Damit sind Enzyme aber auch leicht regulierbar oder zerstörbar.
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