В химии , А катализатор фазового переноса или PTC представляет собой катализатор , который облегчает миграцию реагента из одной фазы в другую фазу , где происходит реакция. Фазовый катализ - это особая форма гетерогенного катализа . 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 PTC, можно достичь более быстрых реакций, получить более высокую конверсию или выход, уменьшить количество побочных продуктов, устранить необходимость в дорогих или опасных растворителях, которые растворяют все реагенты в одной фазе, устранить необходимость в дорогостоящем сырье и / или свести к минимуму проблемы с отходами. [1] Катализаторы межфазного переноса особенно полезны в « зеленой» химии - за счет использования воды уменьшается потребность в органических растворителях . [2] [3]
Вопреки распространенному мнению, PTC 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 переносятся во вторую фазу, которая содержит оба реагента.
Типы
Катализаторы фазового переноса для анионных реагентов часто представляют собой соли четвертичного аммония . Коммерчески важные катализаторы включают хлорид бензилтриэтиламмония, хлорид метилтрикаприламмония, хлорид метилтрибутиламмония и хлорид метилтриоктиламмония. Также используются органические соли фосфония , например бромид гексадецилтрибутилфосфония. Соли фосфония переносят более высокие температуры, но нестабильны по отношению к основанию, разлагаясь до оксида фосфина . [4]
Например, реакция нуклеофильного замещения водного раствора цианида натрия эфирным раствором 1-бромоктана протекает нелегко. 1-бромоктан плохо растворяется в водном растворе цианида , а цианид натрия плохо растворяется в эфире. При добавлении небольших количеств бромида гексадецилтрибутилфосфония происходит быстрая реакция с образованием нонилнитрила:
- C 8 H 17 Br (орг) + NaCN (водн.) → C 8 H 17 CN (орг) + NaBr (водн.) (Катализируется R 4 P + Br - PTC)
Катионом четвертичного фосфония цианид-ионы «переносятся» из водной фазы в органическую. [5]
Последующая работа продемонстрировала, что многие такие реакции могут быть выполнены быстро при температуре около комнатной с использованием катализаторов, таких как бромид тетра-н-бутиламмония и хлорид метилтриоктиламмония в системах бензол / вода. [6]
Альтернативой использованию «четвертичных солей» является превращение катионов щелочных металлов в гидрофобные катионы. В исследовательской лаборатории для этого используются краун-эфиры . Полиэтиленгликоли чаще используются на практике. Эти лиганды инкапсулируют катионы щелочных металлов (обычно Na + и K + ), давая большие липофильные катионы. Эти простые полиэфиры имеют гидрофильную «внутреннюю часть», содержащую ион, и гидрофобную внешнюю часть. [ необходима цитата ]
Приложения
PTC широко используется в промышленности. [4] Сложные полиэфиры, например, получают из ацилхлоридов и бисфенола-A. Пестициды на основе фосфотиоатов образуются путем катализируемого PTC алкилирования фосфотиоатов. Одно из наиболее сложных приложений PTC включает асимметричное алкилирование, которое катализируется хиральными солями четвертичного аммония, полученными из алкалоидов хинного дерева . [7]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Католь Д.О., Ядав Г.Д. Интенсификация процесса и минимизация отходов с использованием катализатора с трехфазным переносом 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
- ^ JO Metzger (1998). «Органический синтез без растворителей». Angewandte Chemie International Edition . 37 (21): 2975–2978. DOI : 10.1002 / (SICI) 1521-3773 (19981116) 37:21 <2975 :: AID-ANIE2975> 3.0.CO; 2-A .
- ^ Мечислав Макоша (2000). «Фазовый катализ. Общая зеленая методология в органическом синтезе» . Pure Appl. Chem. 72 (7): 1399–1403. DOI : 10,1351 / pac200072071399 .
- ^ a b Марк Халперн «Катализ фазового переноса» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2002, Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a19_293
- ^ Старкс, CM (1971). «Катализ с переносом фазы. I. Гетерогенные реакции с переносом аниона солями четвертичного аммония и фосфония». Варенье. Chem. Soc. 93 (1): 195–199. DOI : 10.1021 / ja00730a033 .
- ^ Herriott, AW; Пикер, Д. (1975). «Межфазный катализ. Оценка катализа». Варенье. Chem. Soc . 97 (9): 2345–2349. DOI : 10.1021 / ja00842a006 .
- ^ Такуя Хашимото и Кейджи Маруока "Последние разработки и применение хиральных катализаторов фазового перехода" Chem. Ред. 2007, 107, 5656-5682. DOI : 10.1021 / cr068368n