Фазовый катализатор
 |
В химии катализатор межфазного переноса или PTC — это катализатор , который облегчает переход реагента в другую фазу , из одной фазы где происходит реакция. Катализ с фазовым переносом представляет собой особую форму катализа и может действовать посредством методов гомогенного или гетерогенного катализа в зависимости от используемого катализатора. Ионные реагенты часто растворимы в водной фазе, но нерастворимы в органической фазе в отсутствие катализатора межфазного переноса. Катализатор действует как детергент для растворения солей в органической фазе. Катализ межфазного переноса относится к ускорению реакции при добавлении катализатора межфазного переноса.
Используя процесс ПТК, можно добиться более быстрых реакций, получить более высокие конверсии или выходы , получить меньше побочных продуктов, устранить необходимость в дорогих или опасных растворителях, которые растворяют все реагенты в одной фазе, устранить необходимость в дорогостоящем сырье и/или минимизировать проблемы с отходами. [1] Катализаторы межфазного переноса особенно полезны в зеленой химии : благодаря использованию воды потребность в органических растворителях . снижается [2] [3]
Вопреки распространенному мнению, ПТК не ограничивается системами с гидрофильными и гидрофобными реагентами. PTC иногда используется в реакциях жидкость/твердое тело и жидкость/газ. Как следует из названия, один или несколько реагентов передаются во вторую фазу, которая содержит оба реагента.
Типы
[ редактировать ]Катализаторами фазового переноса для анионных реагентов часто являются соли четвертичного аммония . Коммерчески важные катализаторы включают хлорид бензилтриэтиламмония, хлорид метилтрикаприламмония и хлорид метилтрибутиламмония. органические соли фосфония Также используются , например бромид гексадецилтрибутилфосфония. Соли фосфония переносят более высокие температуры, но неустойчивы по отношению к основаниям и разлагаются до оксида фосфина . [4]
Например, нуклеофильного замещения реакция водного цианида натрия раствора эфирным раствором 1-бромоктана протекает с трудом. 1-Бромоктан плохо растворяется в водном растворе цианида , а цианид натрия плохо растворяется в эфире. При добавлении небольших количеств бромида гексадецилтрибутилфосфония протекает быстрая реакция с образованием нонилнитрила:
![{\displaystyle {\ce {C8H17Br_{(org)}{}+ NaCN_{(aq)}->[{\ce {R4P+Br-}}] C8H17CN_{(org)}{}+ NaBr_{(aq) }}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/03c57dfb73a0ce7aa2e2bafdd89165361d9aaee7)
Четвертичный катион фосфония «переносит» цианид-ионы из водной фазы в органическую фазу. [5]
Последующая работа показала, что многие такие реакции можно проводить быстро при температуре около комнатной с использованием таких катализаторов, как бромид тетра-н-бутиламмония и хлорид метилтриоктиламмония в системах бензол/вода. [6]
Альтернативой использованию «четвертичных солей» является преобразование катионов щелочных металлов в гидрофобные катионы. В исследовательской лаборатории краун-эфиры для этой цели используют . Полиэтиленгликоли чаще используются в практических целях. Эти лиганды инкапсулируют катионы щелочных металлов (обычно Уже + и К + ), образуя крупные липофильные катионы. Эти полиэфиры имеют гидрофильную «внутреннюю часть», содержащую ион, и гидрофобную внешнюю поверхность.
хиральные катализаторы фазового переноса. Также были продемонстрированы [7]
Приложения
[ редактировать ]PTC широко используется в промышленности. [4] Полиэфиры , например, получают из ацилхлоридов и бисфенола-А . Пестициды на основе фосфотиоатов получают путем алкилирования фосфотиоатов, катализируемого ПТК. Одно из наиболее сложных применений ПТК включает асимметричное алкилирование, которое катализируется хиральными солями четвертичного аммония, полученными из алкалоидов хинного дерева . [8]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Католе Д.О., Ядав Г.Д. Интенсификация процесса и минимизация отходов с использованием трехфазного трансферного катализа жидкость-жидкость-жидкость для синтеза 2-((бензилокси)метил)фурана. Молекулярный катализ 2019;466:112–21. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2019.01.004
- ^ Д. О. Мецгер (1998). «Органический синтез без растворителей». Angewandte Chemie, международное издание . 37 (21): 2975–2978. doi : 10.1002/(SICI)1521-3773(19981116)37:21<2975::AID-ANIE2975>3.0.CO;2-A . ПМИД 29711128 .
- ^ Мечислав Макоша (2000). «Фазовый катализ. Общая зеленая методология органического синтеза» . Чистое приложение. хим. 72 (7): 1399–1403. дои : 10.1351/pac200072071399 .
- ^ Jump up to: а б Марк Халперн «Катализ с фазовым переносом» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2002, Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a19_293
- ^ Старкс, CM (1971). «Фазовый катализ. I. Гетерогенные реакции переноса анионов четвертичными аммониевыми и фосфониевыми солями». Дж. Ам. хим. Соц. 93 (1): 195–199. дои : 10.1021/ja00730a033 .
- ^ Херриотт, AW; Пикер, Д. (1975). «Межфазный катализ. Оценка катализа». Дж. Ам. хим. Соц . 97 (9): 2345–2349. дои : 10.1021/ja00842a006 .
- ^ Фиппс, Роберт Дж.; Гамильтон, Грегори Л.; Тосте, Ф. Дин (2012). «Прогресс хиральных анионов от концепций к применению в асимметричном катализе». Природная химия . 4 (8): 603–614. Бибкод : 2012НатЧ...4..603П . дои : 10.1038/nchem.1405 . ПМИД 22824891 .
- ^ Такуя Хасимото и Кейджи Маруока «Недавняя разработка и применение хиральных катализаторов фазового переноса» Chem. Ред. 2007, 107, 5656-5682. два : 10.1021/cr068368n