Wacker-reakció

Az olyen vegyipari termékeket, mint az acetaldehid, vinil-acetát, vagy vinil-klorid sokáig acetilénből állították elő. Az 1950-es évek végétől kezdve gazdaságossági szempontból az etilénkémia kezdte felülmúlni az acetilénkémiát.

A Wacker-eljárás egy jelentős ipari folyamat, amely etilén oxidálásával acetaldehidet állít elő (10.1 ábra). Ezt a módszert eredetileg a német Wacker Chemie vállalat fejlesztette ki az 1950-es években. Az eljárás különlegessége, hogy homogén katalízis segítségével történik, általában palládium(II)-klorid (PdCl₂) és réz(II)-klorid (CuCl₂) jelenlétében.

**10.1. Ábra:** A Wacker-szintézis egyenlete.
$\includegraphics[width=0.34\textwidth]{wacker/wackereq}$

A reakció az alábbi részfolyamatokra bontható szét:

$\displaystyle \ce{C2H4 + H2O + PdCl2 -> CH3CHO + Pd + 2 HCl}$

(10.1)

$\displaystyle \ce{Pd + 2 CuCl2 + 2 Cl- -> [PdCl4]2- + 2 CuCl}$

(10.2)

$\displaystyle \ce{ 2 CuCl + 2 HCl + 1/2 O2 -> 2 CuCl2 + H2O}$

(10.3)

A Wacker-eljárás mechanizmusát a 10.2 ábra mutatja be. A palládium diklorid katalizátor vizes közegben tetraklorido-palladát formájában fordul elő. Ez a síknégyzetes komplex olefint koordinál egy kloridion disszociációja mellett (1). A következő lépésben egy ligandumcsere következik be: egy kloridion távozik, helyére pedig egy vízmolekula lép be, akva komplexet hozva létre, ami már neutrális.

**10.2. Ábra:** A Wacker-szintézis mechanizmusa
$\includegraphics[width=1.05\textwidth]{wacker/wackermech}$

A hidroxipalladálásnak nevezett szakasznál a protonvesztés a víz nukleofil támadásával jár együtt (3). Fontos megjegyezni, hogy itt a koordinált vízből keletkező OH- ligandum lesz a nukleofil ágens, a koordinálódó vízmolekula csak ennek helyére lép be átmenetileg. Általában ezt a lépést tartják sebességmeghatározónak, bár vannak szerzők, akik szerint a kloridion disszociációja még ennél is lassabb. A $\beta$ -hidroxialkil komplexből eztán távozik a víz, így lesz szabad koordinációs hely a $\beta$ -eliminációhoz (4).

A következő lépésben az alkén ékelődik be a Pd-H kötésbe (5), majd egy protonvesztés kíséretében távozik az acetaldehid termék a palládiumról. A CuCl₂ ezt követően regenerálja a [PdCl₄]^2- katalizátort (6). A levegő oxigénje, sósav jelenlétében a réz(I)-kloridot visszaoxidálja réz(II)-kloriddá, így válik teljessé a többkörös katalitikus ciklus.

A Wacker-eljárás során keletkező melléktermékek minimalizálhatók, és a használt katalizátorok újrahasznosíthatók, ami környezetbaráttá teszi az eljárást.