Catalisi omogenea
Catalisi omogenea
Processo nel quale una sostanza (catalizzatore) presente nella medesima fase (miscela gassosa, soluzione liquida ecc.) in cui si trovano i reagenti di una reazione chimica, ne accelera il decorso, ritrovandosi inalterata al termine del processo (salvo trasformarsi a causa di reazioni collaterali). Si distingue dalla catalisi eterogenea, nella quale il catalizzatore esiste come fase distinta rispetto a quella ove si trova la miscela reagente (per es., il catalizzatore è un solido e la miscela reagente gassosa o liquida). Rientrano tra le reazioni catalitiche in fase omogenea, per es., i numerosi processi organici in soluzione acquosa o in solvente organico catalizzati da ;acidi o basi disciolti in soluzione (per es., l’idrolisi degli esteri) e molti processi biochimici. Sebbene la maggior parte dei processi catalitici industriali venga realizzata in fase eterogenea, non mancano esempi importanti, alcuni dei quali di recente sviluppo, di processi omogenei, che spesso si mostrano più selettivi ed efficienti, anche se la separazione del catalizzatore dai prodotti è generalmente più problematica.
Molti processi di catalisi omogenea avvengono (come quelli eterogenei) con catalizzatori contenenti atomi metallici, generalmente sotto forma di composti di coordinazione (complessi) o organometallici. Per es., l’idrogenazione degli alcheni può essere condotta con complessi di rodio e rutenio, tra i quali il famoso catalizzatore di Wilkinson, il complesso tris(trifenilfosfina)clororodio. Questi catalizzatori minimizzano, rispetto a quelli metallici eterogenei, i processi collaterali indesiderati di scambio e isomerizzazione. Importanti processi omogenei di interesse sintetico e industriale permettono di ottenere aldeidi da alcheni: l’idroformilazione (processo oxo, cha fa uso di monossido di carbonio e idrogeno ed è catalizzato da complessi del cobalto) e il processo Wacker (reazione con ossigeno in fase acquosa, catalizzata da dicloruro di palladio). Un settore nel quale la catalisi omogenea gioca, insieme a quella eterogenea, un ruolo rilevante, è quello della polimerizzazione degli alcheni.
Un importante avanzamento in questo settore si è avuto a partire dalla fine degli anni Settanta del Novecento con la scoperta dell’elevata attività catalitica di alcuni composti metallocenici (costituiti da due leganti ciclopentadienilici e ioni metallici quali titanio, zirconio, afnio), il cui uso per la produzione industriale di polietilene, polipropilene ed elastomeri è in notevole incremento. Ulteriori progressi nella catalisi omogenea sono stati conseguiti con lo sviluppo di catalizzatori chirali per sintesi asimmetriche, cioè per la produzione di singoli enantiomeri di composti otticamente attivi, alcuni dei quali rivestono notevole interesse in campo farmaceutico. Oltre ai processi industriali in soluzione, molte reazioni di catalisi omogenea hanno luogo in fase gassosa, e in particolare nell’atmosfera, dove spesso le specie cataliticamente attive sono di natura radicalica.