Katalytická oxidace

Karboxylové kyseliny, ketony, epoxidy a alkoholy se často získávají oxidacemi alkanů a alkynů kyslíkem. Částečná oxidace je obtížná, protože nejvýhodnější reakcí uhlovodíků s kyslíkem je hoření.

Kyselina sírová se vyrábí z oxidu sírového, který vzniká oxidací oxidu siřičitého. Fosforečnany pro potravinářské účely vznikají oxidací bílého fosforu. Oxid uhelnatý ve výfukových zplodinách se pomocí katalyzátorů přeměňuje na oxid uhličitý.

Průmyslový význam mají katalytické oxidace anorganických i organických sloučenin.

Oxidace mohou být katalyzovány jak heterogenními (katalyzátor je v jiné fázi než reaktanty), tak i homogenními katalyzátory (takové jsou ve stejné fázi jako reaktanty). U heterogenních procesů procházejí plynné reaktanty přes pevné katalyzátory, jako jsou například platina nebo redoxně aktivní oxidy železa, vanadu a molybdenu. Katalyzátory se mnohdy upravují přidáváním dalších látek, které zlepšují rychlost nebo selektivitu.

Významnými homogenními, rozpuštěnými v reakčních směsích s reaktanty, katalyzátory oxidací organických sloučenin jsou karboxyláty kobaltu, železa a manganu. K dosažení dobré rozpustnosti v organických rozpouštědlech bývají tyto katalyzátory často odvozovány od naftenových kyselin a kyseliny 2-ethylhexanové, které jsou silně lipofilní. Katalyzátory tohoto druhu spouštějí radikálové řetězové reakce, autooxidace, které vytváří organické radikály, jež se spojují s kyslíkem za vzniku hydrogenperoxidových meziproduktů.

Selektivitu oxidací obvykle určují energie vazeb, například benzylové vazby C-H jsou nahrazovány kyslíkem rychleji než aromatické vazby C-H.[2]

Řada katalyzátorů selektivních oxidací byla použita na přípravu sloučenin sloužících k výrobě léčiv nebo využívaných ve výzkumu. Za objevy Sharplessovy epoxidace a Sharplessovy asymetrické dihydroxylace byla udělena Nobelova cena.

Jedním z obtížných úkolů je katalytická oxidace methanu na methanol. Methanol se oxiduje snadněji než methan.[4]

Ne všechny oxidace lze snadno provést pomocí kyslíku nebo vzduchu. Přeměna propenu na propylenoxid se provádí peroxidem vodíku.