Metallikatalysoidut

Metallikatalysoidut ovat kemiallisia reaktioita tai järjestelmiä, joissa metalli toimii katalyytin tavoin nopeuttaen reaktiota ilman että metalli itse atomi voi muuttua lopullisessa tuotteessa. Metallikatalyysi kattaa sekä homogeeniset järjestelmät, joissa katalyytti on liuoksessa, että heterogeeniset, joissa metalli sijaitsee kiinteällä pinnalla esimerkiksi katalyyttipölyssä tai tukemassa (kuten Pd/C, Ni/Al2O3).

Mekanismin osalta metallikatalyys perustuu usein katalyyttisen syklin vaiheisiin, kuten oksidatiiviseen additioon, migratoriseen insertioon, sekä reductiiviseen eliminointiin ja elektroninsiirtoon. Näiden vaiheiden kautta muodostuu uusia sidos- ja funktionaalisia sidoksia useissa tunnetuissa reaktioissa, ja katalyytin valinta sekä olosuhteet vaikuttavat suuresti stereoisomeriaan, regio- ja chemo- selektiivisyyteen.

Sovelluksia on laajasti orgaanisessa synteesissä, niin sanotut cross-coupling -reaktiot (esimerkiksi Suzuki-Miyaura, Heck ja Sonogashira), vetyminen sekä oksidaatiot, C-H-aktivointi ja monia biopohjaisia muokkauksia. Metallikatalyysi on keskeinen osa sekä teollista että tutkimustason kemiaa, ja se mahdollistaa monien uusien yhdisteiden valmistamisen sekä monimutkaisten rakenteiden rakentamisen.

Edut ja haasteet liittyvät käytännön sovelluksiin: metallikatalysoidut reaktiot voivat tarjota suurta reaktiokertoimia, korkeaa valikoivuutta ja mahdollistaa molekyylien rakennetta hallitsevia transformaatiota miltei millä tahansa lämpötilalla. Haasteina ovat kustannukset, toksisuus sekä katalyyttien tai niiden jäännösten poistaminen tuotteista erityisesti lääke- ja elintarvikealalla, sekä kestävän kierrätettävyyden ja pitkäikäisyyden kehittäminen.