Katalizator przeniesienia fazowego - Phase-transfer catalyst
W chemii , A katalizator przeniesienia fazowego lub PTC jest katalizatorem , który ułatwia migrację substratu z jednej fazy w innej fazie, w której zachodzi reakcja. Kataliza z przeniesieniem faz jest szczególną formą katalizy heterogenicznej . Reagenty jonowe są często rozpuszczalne w fazie wodnej, ale nierozpuszczalne w fazie organicznej pod nieobecność katalizatora przeniesienia fazowego. Katalizator działa jak detergent do rozpuszczania soli w fazie organicznej. Kataliza przeniesienia fazowego odnosi się do przyspieszenia reakcji po dodaniu katalizatora przeniesienia fazowego.
methyl)furan.Molecular_Catalysis_466_(2019)_112%E2%80%93121..jpg){kind=spacer}
Stosując proces PTC można osiągnąć szybsze reakcje, uzyskać wyższe konwersje lub wydajności, wytworzyć mniej produktów ubocznych, wyeliminować potrzebę drogich lub niebezpiecznych rozpuszczalników, które rozpuszczą wszystkie reagenty w jednej fazie, wyeliminować potrzebę stosowania drogich surowców i/lub zminimalizować problemy z odpadami. Katalizatory przeniesienia fazowego są szczególnie przydatne w zielonej chemii — dzięki umożliwieniu stosowania wody zmniejsza się zapotrzebowanie na rozpuszczalniki organiczne .
Wbrew powszechnemu przekonaniu, PTC nie ogranicza się do układów z hydrofilowymi i hydrofobowymi reagentami. PTC jest czasami stosowany w reakcjach ciecz/ciało stałe i ciecz/gaz. Jak sama nazwa wskazuje, jeden lub więcej reagentów jest transportowanych do drugiej fazy, która zawiera oba reagenty.
Rodzaje
Katalizatorami przeniesienia fazowego dla reagentów anionowych są często czwartorzędowe sole amoniowe . Komercyjnie ważne katalizatory obejmują chlorek benzylotrietyloamoniowy, chlorek metylotrikapryloamoniowy, chlorek metylotributyloamoniowy i chlorek metylotrioktyloamoniowy. Stosowane są również organiczne sole fosfoniowe , np. bromek heksadecylotributylofosfoniowy. Sole fosfoniowe tolerują wyższe temperatury, ale są niestabilne w stosunku do zasady, rozkładając się do tlenku fosfiny .
Na przykład, podstawienie nukleofilowe reakcji z wodnym roztworem cyjanku sodu roztworze z eterowego roztworu 1-bromooktanu nie występuje łatwo. 1-bromooktan jest słabo rozpuszczalny w wodnym roztworze cyjanku , a cyjanek sodu nie rozpuszcza się dobrze w eterze. Po dodaniu niewielkich ilości bromku heksadecylotributylofosfoniowego następuje szybka reakcja dająca nonylonitryl:
- C 8 H 17 Br (org) + NaCN (aq) → C 8 H 17 CN (org) + NaBr (aq) (katalizowane przez R 4 P + Br - PTC)
Przez czwartorzędowy kation fosfoniowy jony cyjankowe są „przenoszone” z fazy wodnej do fazy organicznej.
Późniejsze prace wykazały, że wiele takich reakcji można przeprowadzić szybko w temperaturze zbliżonej do pokojowej przy użyciu katalizatorów, takich jak bromek tetra-n-butyloamoniowy i chlorek metylotrioktyloamoniowy w układach benzen/woda.
Alternatywą dla stosowania „soli czwartorzędowych” jest przekształcanie kationów metali alkalicznych w kationy hydrofobowe. W laboratorium badawczym wykorzystuje się do tego celu etery koronowe . W zastosowaniach praktycznych częściej stosuje się glikole polietylenowe . Ligandy te otaczają kationy metali alkalicznych (zazwyczaj Na + i K + ), dając duże kationy lipofilowe. Te polietery mają hydrofilowe „wnętrza” zawierające jon i hydrofobową powierzchnię zewnętrzną.
Aplikacje
PTC jest szeroko eksploatowana przemysłowo. Na przykład poliestry wytwarza się z chlorków acylu i bisfenolu-A. Pestycydy na bazie fosforanów są wytwarzane przez katalizowane przez PTC alkilowanie fosforanów. Jedno z bardziej złożonych zastosowań PTC obejmuje asymetryczne alkilacje, które są katalizowane przez chiralne czwartorzędowe sole amoniowe pochodzące z alkaloidów cinchona .