Cativa-Prozess

Der Cativa-Prozess ist ein homogenkatalytisches Verfahren zur industriellen Herstellung von Essigsäure durch die Carbonylierung von Methanol mit Kohlenstoffmonoxid. Die Reaktion wird durch Iridiumkomplexe katalysiert und erfordert die Zugabe von Methyliodid oder Iodwasserstoff als Cokatalysatoren. Das Verfahren wurde in den 1990er Jahren von BP entwickelt und verdrängte den Monsanto-Prozess. Essigsäure ist eine Grundchemikalie mit einer Jahresproduktion von mehreren Millionen Tonnen, deren Hauptanwendungen die Herstellung von Polyvinylacetat und Celluloseacetat sind. Darüber hinaus wird Essigsäure zur Herstellung verschiedener Acetatester, Chloressigsäure sowie Essigsäureanhydrid verwendet.

Die BP erwarb 1986 von Monsanto die Technologie- und Lizenzrechte für den Monsanto-Prozess. In den folgenden Jahren entwickelte BP die Technologie weiter und führte Iridium als Katalysatormaterial ein. Der darauf aufbauende Cativa-Prozess wurde 1996 von der BP kommerzialisiert.^[1] Die erste kommerzielle Anlage wurde in Texas City, USA, von BP in Betrieb genommen.^[2]

Der katalytische Zyklus besteht aus sechs Schritten. Bei der katalytisch aktiven Spezies handelt es sich um den anionischen Komplex Dicarbonyldiiodoiridium(I) (cis-[Ir(CO)₂I₂]^-). In Schritt 1 erfolgt die oxidative Addition von Methyljodid an den Iridiumkomplex (1), wobei der Komplex [(CH₃)Ir(CO)₂I₃]^- (2) gebildet wird. Die Bildung des Methyliodids erfolgt nicht-katalytisch in Schritt 5 durch die Reaktion von Methanol mit Iodwasserstoff.

Der sechsfach koordinierte Iridiumkomplex (2) nimmt unter Verlust eines Iodidliganden ein weiteres Molekül Kohlenstoffmonoxid auf unter Bildung des Komplexes (3). Dieser lagert sich in Schritt 3 schnell in den Acetylkomplex [(CH₃CO)Rh(CO)I₃]^- (4) um. Dabei insertiert der Carbonylligand in die Metall-Methyl-Bindung. Dieser fünffach koordinierte Komplex (4) zerfällt in Schritt 4 reduktiv zum Acetyliodid CH₃COI, welches in Schritt 6 hydrolytisch zu Essigsäure und Iodwasserstoff (HI) zum Ausgangskomplex zerfällt. Die Gesamtgleichung des Prozesses ist:

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}OH+CO\longrightarrow CH_{3}COOH} }$ (ΔH₂₉₈ = −135,6 kJ/mol)

• J. H. Jones: The Cativa^TM Process for the Manufacture of Acetic Acid. In: Platinum Metals Review. 44.3, 2000, S. 94–105, ((pdf))

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1. ↑ Paull Torrence: Synthesis of Acetic Acid and Acetic Acid Anhydride from Methanol. In: Boy Cornils, Wolfgang A. Herrmann (Hrsg.): Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds. Wiley‐VCH Verlag, 2018, ISBN 978-3-527-32897-0, S. 107.
2. ↑ G. J. Sunley, D. J. Watson: High productivity methanol carbonylation catalysis using iridium. In: Catalysis Today. 58.4, 2000, S. 293–307, doi:10.1016/s0920-5861(00)00263-7.