overgangsmetallkatalyse

Overgangsmetallkatalyse er bruk av overgangsmetaller for å øke hastigheten på kjemiske reaksjoner ved å danne midlertidige metallkomplekser som deltar i katalytiske sykluser. Metallene kan endre oksidasjonstilstand og koordinering i løpet av reaksjonen, og de brukes i både homogen (katalysator og reaktant i samme fase) og heterogen (katalysator på en fast fase) form. Ligander og støtte påvirker aktivitet, selektivitet og stabilitet.

Prinsipper og mekanismer i overgangsmetallkatalyse inkluderer ofte aktivering av reaktanter gjennom dannelse av metallbindinger, og trinn som innsetting, migrering av bindinger og elektronoverføring mellom metall og ligander. Slike sykluser tillater dannelse og brudd av sterke bindinger som H–H, C–H, C–C eller C–O under kontrollert veiledning av metallet og dets omgivelse. Oksidasjonstilstandene til metallene skifter gjennom syklusen, noe som muliggjør flere trinn i reaksjonen uten å forlate katalysatoren.

Vanlige metaller og reaksjonstyper. Vanlige overgangsmetaller som brukes inkluderer jern, nikkel, kobber, palladium, platina, rodium, ruthenium, iridium og osmium. Reaksjonstyper som ofte benytter overgangsmetaller er krysskobling (for eksempel Suzuki, Heck og Negishi) med Pd eller Ni; hydroformylering; hydrogenasjon; oksidasjonsreaksjoner og C–H-aktivering. Ligander tilpasses for å styre aktivitet og utbytte.

Anvendelser og utfordringer. Overgangsmetallkatalyse er sentral i legemiddel- og finjonsfremstilling, polymerisasjon og industrielle transformasjoner. Utfordringer inkluderer kostnader og knapphet hos enkelte metaller, toksisitet og katalysatorpoisoning, samt behov for miljøvennlige og stabile systemer. Forskning retter seg mot jordartsmetaller som jern, nikkel og kobber, bedre liganddesign og immobilisering av katalysatorer for forbedret gjenbruk og bærekraft.