Cơ chế ion cacboni do Haag và Dessau đề ra năm 1984 , dựa trên cơ sở hoá học cacbocation trong supeaxit của Olah . Cơ chế bao gồm ion trung gian là cacboni, được tạo ra từ phản ứng proton hoá một parafin:
CnH2n+2 + HZ [CnH2n+3] + Z (3.9) Ion cacboni ở trên, bị dehydro hoá tạo ion cacbeni:
[CnH2n+3]+ => [CnH2n+1]+ + H2 (3.10) hoặc bị cracking tạo các parafin và ion cacbeni mới:
[CnH2n+3] => [CmH2m+1]+ + CpH2p+2, n=m+p (3.11)
Do parafin là hydrocacbon no, bền nên trong phản ứng (3.9) cần một chất cho proton có lực axit rất mạnh. Sự proton hoá một parafin xảy ra bởi sự tấn công của proton vào liên kết C -H hoặc C -C.
Mức độ can thiệp của mỗi cơ chế kể trên phụ thuộc vào điều kiện phản ứng, bản chất của chất phản ứng và xúc tác. Người ta thường định lượng mức độ can thiệp của mỗi cơ chế trong quá trình cracking bằng cách dựa vào sự khác nhau về phân bố sản phẩm giữa hai cơ chế .
Chẳng hạn, trong phản ứng cracking n -hexan trên xúc tác axit (HZ), hai cơ chế cacbocation với sự tạo thành các sản phẩm đặc trưng khác nhau có thể được viết như sau:
(1)Cơ chế ion cacboni:
Hình 3.13.Cơ chế ion cacboni[6]
Cân bằng (3.16) là giai đoạn tạo ion cacboni hấp phụ trên bề mặt zeolit. Phản ứng (3.17) tạo ion cacbeni bậc hai C6H13+ qua sự dehydro hoá ion cacboni nC6H15+. Các phản ứng thứ nhất và thứ tư là sự phân cắt liên kết C -C của ion cacboni tạo
parafin và ion cacbeni thứ cấp bậc một hấp phụ trên zeolit. Độ bền của các ion cacbeni ở trên giảm theo chiều dài mạch cacbon, tức là theo thứ tự:
C6H13+> C5H11+> C4H9+> C3H7+> C2H5+> CH3+.
Các ion CH3+và C2H5+có độ bền rất kém. Vì thế, ba phản ứng còn lại xảy ra dễ dàng hơn, tạo các sản phẩm tương ứng là H2, CH4 và C2H6. Do vậy đây là ba sản phẩm được dùng để đặc trưng sự hiện diện của cơ chế ion cacboni.
(2)Cơ chế ion cacbeni
Đầu tiên, phân tử n -hexan bị tách H trên tâm Bronsted (hoặc tâm Lewis) của xúc tác, tạo ion cacbeni bậc hai C6H13+ hấp phụ trên bề mặt zeolit:
(3.19)
Ion bậc hai C6H13+ (C-C+-C-C-C-C hoặc C -C-C+-C-C-C) bị phân cắt liên kết C-C theo quy tắc β, tạo một olefin và một ion cacbeni thứ cấp hấp phụ trên zeolit theo các phản ứng sau:
Độ bền của các ion cacbeni giảm theo thứ tự: C3H7+> C2H5+> CH3+. Giá trị H của các phản ứng lần lượt bằng 50; 53 và 86 kcal /mol [A2], tăng dần. Vì thế sự phân cắt ở vị trí đối xứng là thuận lợi hơn cả về mặt nhiệt động học. Sơ đồ trên cho thấy các olefin C3= đến C5= là các sản phẩm chủ yếu đặc trưng của quá trình cracking theo cơ chế ion cacbeni.
Các ion cacbeni thứ cấp ở cả hai cơ chế trên (C3H7+, C4H9+, C5H11+) lại tiếp tục tham gia vào các quá trình đồng phân hoá tạo ion bậc cao bền hơn, chuyển dịch hydrua tạo sản phẩm là các parafin, ví dụ
Do đó, sự tạo thành sản phẩm C3 và các parafin có mạch cacbon cao hơn được xem là thông số đánh giá mức độ chuyển dịch hydrua của quá trình. Các sản phẩm phân nhánh (như isobutan) còn được đặc trưng cho mức độ đồng phân hoá trên xúc tác.
Hiện nay, cơ chế phản ứng cracking xúc tác vẫn còn đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm với mục đích làm rõ bản chất của các trạng thái chuyển tiếp, sự tương tác giữa chúng với các tâm hoạt động của xúc tác, đánh giá mức độ can thiệp của mỗi cơ chế vào quá trình cracking trên các xúc tác khác nhau. Các tính toán hoá học lượng tử cũng đã và đang được sử dụng để định lượng bản chất hoá học của