Types de réactions courantes des catalyseurs homogènes à base de métaux précieux

Introduction

Les catalyseurs sont des substances qui accélèrent les réactions chimiques sans modifier leurs propres propriétés. Ils peuvent généralement être divisés en deux types : les catalyseurs homogènes, présents dans la même phase que les réactifs, et les catalyseurs hétérogènes, qui ne sont pas présents dans le mélange réactionnel.

Les métaux précieux tels que le platine, le palladium, le rhodium et l'or sont couramment utilisés comme catalyseurs homogènes en raison de leur activité catalytique, de leur sélectivité et de leur stabilité élevées. Ils sont également connus pour leur grande stabilité thermique et leur inertie chimique, ce qui en fait des catalyseurs exceptionnels. Grâce à ces caractéristiques, les catalyseurs homogènes à base de métaux précieux trouvent un large éventail d'applications, notamment dans les domaines de la pharmacie, de la pétrochimie, de la chimie et des sciences des matériaux.

Dans cet article, nous parlerons des types de réaction courants des catalyseurs homogènes à base de métaux précieux. Nous espérons que vous pourrez mieux comprendre ces précieux catalyseurs.

Figure 1. Catalyseurs à base de métaux précieux

Types de réactions courantes des catalyseurs homogènes à base de métaux précieux

Les catalyseurs homogènes à base de métaux précieux sont utilisés dans un grand nombre de réactions. Les exemples typiques sont l'hydrogénation, les réactions d'hydroformylation, les réactions de couplage, etc.

--Hydrogénation :

L'hydrogénation est une réaction au cours de laquelle de l'hydrogène est ajouté à des composés organiques insaturés, généralement à l'aide d'un catalyseur. Les catalyseurs homogènes tels que le platine et le palladium sont largement utilisés dans les réactions d'hydrogénation pour convertir les alcènes en alcanes et les composés nitrés en amines.

Figure 2. Réactions d'hydrogénation et de déshydrogénation catalysées par des métaux pour un stockage efficace de l'hydrogène [1]

--Déshydrogénation :

La déshydrogénation est l'inverse de l'hydrogénation, dans laquelle l'hydrogène est retiré d'une molécule. Les catalyseurs à base de métaux précieux, tels que le platine et le rhodium, sont utilisés dans les réactions de déshydrogénation pour produire des alcènes à partir d'alcanes et des composés carbonylés à partir d'alcools.

--L'oxydation :

Dans les réactions d'oxydation, une molécule perd des électrons et les catalyseurs homogènes à base de métaux précieux sont utilisés pour convertir les alcools en aldéhydes ou en cétones et les alcènes en époxydes. Parmi ces réactions d'oxydation, le processus "Hoechst-Wacker" est le plus célèbre, dans lequel l'acétaldéhyde est synthétisé à partir de l'éthène et de l'oxygène en utilisant des catalyseurs Pd/Cu dans des solutions aqueuses contenant du chlorure.

Figure 3. Oxydation et réduction de base [2]

--Réduction :

La réduction est le contraire de l'oxydation, dans laquelle une molécule gagne des électrons. Ces catalyseurs homogènes sont généralement utilisés dans les réactions de réduction pour convertir les composés nitrés en amines et les composés carbonylés en alcools.

--Couplage :

Les réactions de couplage impliquent la réunion de deux molécules ou plus pour former une molécule plus grande. Le palladium, le platine et d'autres catalyseurs sont utilisés dans les réactions de couplage pour former des liaisons carbone-carbone, comme dans la réaction de Suzuki et la réaction de Heck.

--Carbonylation :

Lacarbonylation fait référence aux réactions qui forment des aldéhydes, des cétones, etc. à l'aide de monoxyde de carbone (CO). Le processus le plus connu est la carbonylation du méthanol en acide acétique. Il est également appelé processus de Monsanto. Tous ces processus ne peuvent être réalisés sans les catalyseurs au rhodium.

Figure 4. Cycles catalytiques proposés pour la réaction de carbonylation du méthanol catalysée par le rhodium (procédé Monsanto) [3].

--Hydroformylation :

L'hydroformylation est également connue sous le nom d'oxo-synthèse. Ce processus convertit les alcènes en aldéhydes avec un mélange de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrogène (H2). Les catalyseurs au rhodium ont remplacé les anciens catalyseurs au cobalt dans ces procédés.

--Isomérisation :

L'isomérisation est une réaction dans laquelle une molécule subit un réarrangement structurel. Le platine et le rhodium sont des catalyseurs homogènes typiques utilisés dans les réactions d'isomérisation pour convertir les alcanes en alcanes ramifiés et les alcènes en isomères.

Vous pouvez consulter le tableau ci-dessous pour en savoir plus sur la comparaison entre les différents types de réaction des catalyseurs homogènes à base de métaux précieux.

Tableau 1. Différents types de réaction des catalyseurs homogènes à base de métaux précieux

Conclusion

En un mot, les catalyseurs homogènes à base de métaux précieux sont largement utilisés dans diverses réactions chimiques, notamment l'hydrogénation, la déshydrogénation, l'oxydation, la réduction, le couplage, la carbonylation, l'hydroformylation et l'isomérisation. Leur activité catalytique élevée, leur sélectivité et leur stabilité en font des outils inestimables pour les chimistes des industries pharmaceutique, pétrochimique et de chimie fine. En comprenant les types de réactions courantes des catalyseurs homogènes à base de métaux précieux, les scientifiques peuvent mettre au point des procédés chimiques plus efficaces et plus durables.

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Référence :

[1] Shimbayashi, Takuya & Fujita, Ken-Ichi. (2020). Réactions d'hydrogénation et de déshydrogénation catalysées par des métaux pour un stockage efficace de l'hydrogène. Tetrahedron. 76. 130946. 10.1016/j.tet.2020.130946.

[2] Azman, Nur & Ramli, Muhammad & Isa, Siti. (2019). A Review of hybridization of carbon nanotube into graphene for gas sensor application (Examen de l'hybridation des nanotubes de carbone dans le graphène pour l'application des capteurs de gaz). IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 551. 012017. 10.1088/1757-899X/551/1/012017.

[3] Budiman, Anatta & Nam, Ji & Park, Jae & Mukti, Ryan & Chang, Tae & Bae, Jong Wook & Choi, Myoung (2016). Revue de la synthèse de l'acide acétique à partir de diverses matières premières par différents procédés catalytiques. Catalysis Surveys from Asia. 20. 10.1007/s10563-016-9215-9.