Fázistranszfer katalizátor

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A kémiában a fázistranszfer katalizátor (az angol phase transfer catalyst kifejezés rövidítésével PTC) olyan katalizátor, amely elősegíti egy reaktáns átjutását egyik fázisból abba a másik fázisba, amelyben a reakció végbemegy. A fázistranszfer katalízis a heterogén katalízis egyik speciális esete. Az ionos vegyületek általában vizes fázisban oldhatók, de szerves fázisban – fázistranszfer katalizátor hiányában – oldhatatlanok. A fázistranszfer katalízis arra a jelenségre utal, hogy fázistranszfer katalizátor hozzáadásának hatására nő a reakciósebesség.

A fázistranszfer katalizátorok segítségével gyorsíthatók a reakciók, nagyobb hozam vagy jobb kitermelés érhető el, csökken a melléktermékek száma, kiválthatók a drága vagy veszélyes oldószerek használata, melyek szükségesek lennének ahhoz, hogy egy fázisban lehessen oldatba vinni a reaktánsokat, és elkerülhető a drága kiindulási anyagok alkalmazása és/vagy minimálisra csökkenthető a hulladék problémája. A fázistranszfer katalizátorok különösen fontosak a zöld kémiában – mivel vizes oldatok használhatók, a szervesoldószer-igény csökken.[1][2]

A közfelfogással szemben a fázistranszfer katalizátorok nem korlátozódnak hidrofil és hidrofób reaktánsokat tartalmazó rendszerekre. Fázistranszfer katalizátorokat esetenként folyadék-szilárd és folyadék-gáz reakcióknál is alkalmaznak. Mint az elnevezésből is következik, egy vagy több reaktánst másik fázisba visznek át, így egy fázison belül jelen lesz az összes reaktáns.

A fázistranszfer katalízis típusai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Anionos reaktánsok sokszor használt fázistranszfer katalizátorai a kvaterner ammónium- és foszfónium-sók. Elterjedt katalizátor például a benziltrimetilammónium-klorid és hexadeciltributilfoszfónium-bromid.[3]

Az 1-brómoktán éteres oldatának vizes nátrium-cianid oldattal történő alifás nukleofil szubsztitúciós reakciója például nagyon nehezen megy végbe. Az 1-brómoktán rosszul oldódik a vizes cianid oldatban, a nátrium-cianid pedig nem oldódik jól éterben. Ha kis mennyiségű hexadeciltributilfoszfónium-bromidot adunk a rendszerhez, gyors reakció megy végbe, melyben nonil-nitril keletkezik:

C8H17Br(szerves) + NaCN(vizes) → C8H17CN(szerves) + NaBr(vizes) (R4P+Cl fázistranszfer katalizátor mellett)

A kvaterner kation segítségével a cianidion mintegy „átkel” a szerves fázisba.[4]

További munkák bebizonyították, hogy számos ilyen reakció hajtható végre nagy sebességgel szobahőmérséklet közeli hőmérsékleten, ha például tetra-n-butilammónium-bromid vagy metiltrioktilammónium-klorid katalizátort használnak benzol/víz rendszerekben.[5]

Az alkalmazott kvaterner sók egyik alternatívája az alkálifém kationok hidrofób kationná alakítása. A kutatóintézetekben erre a célra koronaétereket használnak. A gyakorlati alkalmazásokban inkább polietilén-glikolokat részesítenek előnyben. Ezek a ligandumok beborítják az alkálifém (többnyire Na+ and K+) kationokat, nagy, liofil kationokat hozva így létre. Ezeknek a poliétereknek hidrofil „belsejük” – ebben található a fémion – és hidrofób külsejük van.

Felhasználása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az iparban széles körben használják a fázistranszfer katalizátorokat.[6] A polikarbonát polimereket például savkloridokból és biszfenol-A-ból állítják elő. A foszfotioát-alapú peszticideket foszfotioátok fázistranszfer katalizátorral végzett alkilezéssel készítik. A fázistranszfer katalizátorok egyik bonyolultabb felhasználási lehetőségei közé tartoznak az aszimmetrikus alkilezések, melyeket kínafa alkaloidokból származó királis kvaterner ammónium sókkal katalizálnak.[7]

Hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Phase-transfer catalyst című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

  1. J. O. Metzger (1998.). „Solvent-Free Organic Syntheses”. Angewandte Chemie International Edition 37 (21), 2975–2978. o. DOI:<2975::AID-ANIE2975>3.0.CO;2-A 10.1002/(SICI)1521-3773(19981116)37:21<2975::AID-ANIE2975>3.0.CO;2-A.  
  2. Mieczyslaw Makosza (2000.). „Phase-transfer catalysis. A general green methodology in organic synthesis”. Pure Appl. Chem. 72 (7), 1399–1403. o. DOI:10.1351/pac200072071399.  
  3. Schuster, R. E.; Scott, J. E. (1973.). „Methyl isocyanide”. Org. Synth..  
  4. Starks, C.M. (1971.). „Phase-transfer catalysis. I. Heterogeneous reactions involving anion transfer by quaternary ammonium and phosphonium salts”. J. Am. Chem. Soc. 93 (1), 195–199. o. DOI:10.1021/ja00730a033.  
  5. Herriott, A.W., Picker, D. (1975.). „Phase transfer catalysis. Evaluation of catalysis”. J. Am. Chem. Soc. 97 (9), 2345–2349. o. DOI:10.1021/ja00842a006.  
  6. Marc Halpern "Phase-Transfer Catalysis" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a19_293
  7. Takuya Hashimoto and Keiji Maruoka “Recent Development and Application of Chiral Phase-Transfer Catalysts” Chem. Rev. 2007, 107, 5656-5682. doi:10.1021/cr068368n