Катализатор межфазного переноса - Phase-transfer catalyst

В химия, а катализатор межфазного переноса или же PTC это катализатор что облегчает миграцию реагента из одного фаза в другую фазу, где происходит реакция. Фазовый катализ - это особая форма гетерогенный катализ. Ионные реагенты часто растворимый в водный фаза, но нерастворимая в органической фазе в отсутствие катализатора межфазного переноса. Катализатор действует как моющее средство для растворения солей в органической фазе. Катализ фазового переноса относится к ускорению реакции при добавлении катализатора межфазного переноса.

Используя процесс PTC, можно достичь более быстрых реакций, получить более высокие конверсии или выходы, произвести 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 фазового переноса особенно полезны в зеленая химия - разрешая использование воды, потребность в органические растворители уменьшен.[2][3]

Вопреки распространенному мнению, PTC не ограничивается системами с гидрофильный и гидрофобный реагенты. 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 межфазного переноса для анионных реагентов часто четвертичные аммониевые соли. Коммерчески важные катализаторы включают хлорид бензилтриэтиламмония, хлорид метилтрикаприламмония, хлорид метилтрибутиламмония и хлорид метилтриоктиламмония. Органический соли фосфония также используются, например, бромид гексадецилтрибутилфосфония. Соли фосфония переносят более высокие температуры, но нестабильны по отношению к основанию, разлагаясь до оксид фосфина.[4]

Например, нуклеофильное замещение реакция водный цианид натрия решение с эфирный раствор 1-бромоктана не происходит легко. 1-бромоктан плохо растворяется в водной среде. цианид раствор, а цианид натрия плохо растворяется в эфире. При добавлении небольших количеств бромида гексадецилтрибутилфосфония происходит быстрая реакция с образованием нонилнитрила:

C8ЧАС17Br (орг) + NaCN (водн.) → C8ЧАС17CN (org) + NaBr (водн.) (катализируется R4п+Br− PTC)

Катионом четвертичного фосфония цианид-ионы «переносятся» из водной фазы в органическую.[5]

Последующая работа продемонстрировала, что многие такие реакции могут быть проведены быстро при температуре около комнатной с использованием таких катализаторов, как бромид тетра-н-бутиламмония и метилтриоктиламмоний хлорид в системах бензол / вода.[6]

Альтернативой использованию «четвертичных солей» является превращение катионов щелочных металлов в гидрофобные катионы. В исследовательской лаборатории краун-эфиры используются для этой цели. Полиэтиленгликоли чаще используются в практических приложениях. Эти лиганды инкапсулируют катионы щелочных металлов (обычно Na+ и K+), давая большие липофильные катионы. Эти полиэфиры имеют гидрофильный "внутренности", содержащие ион и гидрофобный экстерьер.[нужна цитата ]

Приложения

PTC широко используется в промышленности.[4] Например, сложные полиэфиры получают из ацилхлоридов и бисфенола-А. Пестициды на основе фосфотиоатов образуются с помощью катализируемого PTC алкилирование фосфотиоатов. Одно из наиболее сложных применений PTC включает асимметричное алкилирование, которое катализируется хиральный соли четвертичного аммония, полученные из хинные алкалоиды.[7]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ 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
  2. ^ Дж. О. Метцгер (1998). «Органический синтез без растворителей». Angewandte Chemie International Edition. 37 (21): 2975–2978. Дои:10.1002 / (SICI) 1521-3773 (19981116) 37:21 <2975 :: AID-ANIE2975> 3.0.CO; 2-A.
  3. ^ Мечислав Макоша (2000). «Фазовый катализ. Общая зеленая методология в органическом синтезе». Pure Appl. Chem. 72 (7): 1399–1403. Дои:10.1351 / pac200072071399.
  4. ^ а б Марк Халперн «Катализ фазового переноса» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2002, Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.a19_293
  5. ^ Старкс, К. (1971). «Катализ с переносом фазы. I. Гетерогенные реакции с переносом аниона солями четвертичного аммония и фосфония». Варенье. Chem. Soc. 93 (1): 195–199. Дои:10.1021 / ja00730a033.
  6. ^ Herriott, A.W .; Пикер, Д. (1975). «Межфазный катализ. Оценка катализа». Варенье. Chem. Soc. 97 (9): 2345–2349. Дои:10.1021 / ja00842a006.
  7. ^ Такуя Хашимото и Кейджи Маруока «Последние разработки и применение хиральных катализаторов фазового перехода» Chem. Ред. 2007, 107, 5656-5682. Дои:10.1021 / cr068368n