触媒サイクル

化学において、触媒サイクルとは、触媒が関与する多段階の反応機構である。^{[1]触媒サイクルは、}生化学、有機金属化学、生体無機化学、材料科学など における触媒の役割を記述する主な方法である。

触媒は再生されるため、触媒サイクルは通常、ループの形で一連の化学反応として記述されます。このようなループでは、最初のステップで触媒による 1 つ以上の反応物の結合が伴い、最後のステップで生成物が放出され、触媒が再生されます。モンサント プロセス、ワッカー プロセス、およびヘック反応に関する記事では、触媒サイクルが示されています。

触媒サイクルは、必ずしも完全な反応メカニズムではありません。たとえば、中間体は検出されているかもしれませんが、実際の基本反応がどのようなメカニズムで発生するかは不明です。

プレ触媒は触媒ではなく、触媒の前駆体です。プレ触媒は反応器内で実際の触媒種に変換されます。触媒とプレ触媒の識別は、触媒研究における重要なテーマです。

プレ触媒から触媒への変換は、しばしば触媒活性化と呼ばれる。多くの金属ハロゲン化物はアルケン重合のプレ触媒である。カミンスキー触媒およびチーグラー・ナッタ触媒を参照。三塩化チタンなどのプレ触媒は、触媒活性剤として機能する有機アルミニウム化合物によって活性化される。^[2]金属酸化物は触媒として分類されることが多いが、実際にはほとんどの場合プレ触媒である。用途には、オレフィンメタセシスおよび水素化がある。金属酸化物は、触媒サイクルに入るために、何らかの活性化試薬、通常は還元剤を必要とする。

多くの場合、触媒サイクルは前駆触媒から触媒への変換を示します。

多くの場合、いわゆる犠牲触媒も、各サイクルで真の触媒を再生する目的で反応システムの一部です。名前が示すように、犠牲触媒は再生されず、不可逆的に消費されるため、触媒としてはまったく機能しません。この犠牲化合物は、主な反応物と比較して化学量論量で追加される場合、化学量論触媒としても知られています。通常、真の触媒は高価で複雑な分子であり、可能な限り少量で追加されます。一方、化学量論触媒は安価で豊富である必要があります。^[要出典]「犠牲触媒」は、還元剤など、触媒サイクルでの実際の役割によってより正確に呼ばれます。