Katalyzátor fázového přenosu

Katalyzátory fázového přenosu jsou katalyzátory, které usnadňují přesun reaktantu z jedné fáze do jiné, ve které probíhá reakce. Takto prováděná katalýza je zvláštním případem heterogenní katalýzy. Iontové reaktanty jsou často rozpustné ve vodné fázi, ale nerozpustné v organických rozpouštědlech. Katalyzátory fázového přenosu fungují jako tenzidy, které umožňují rozpouštění reaktantu v organické fázi.

Použití těchto katalyzátorů urychluje reakce, umožňuje vyšší výtěžnost reakcí, omezuje tvorbu vedlejších produktů a také díky němu často není potřebné použití drahých nebo nebezpečných rozpouštědel, která rozpouští všechny reaktanty v jediné fázi.[1][2]

Katalyzátory fázového přenosu lze použít nejen při reakcích hydrofilních či hydrofobních reaktantů, ale také při reakcích kapalin s pevnými látkami nebo kapalin s plyny.

Druhy

U aniontových reaktantů slouží jako katalyzátory fázového přenosu často kvartérní amoniové soli. K významným katalyzátorům z této skupiny patří benzyltriethylamoniumchlorid, methyltrikaprylamoniumchlorid, methyltributylamoniumchlorid a methyltrioktylamoniumchlorid. Také se používají organické fosfoniové soli, jako je hexadecyltributylfosfoniumbromid. Fosfoniové soli lze použít při vyšších teplotách, jsou ovšem nestabilní v zásaditém prostředí, kde se rozkládají na fosfinoxidy.[3]

Příkladem reakce je nukleofilní substituce při použití kyanidu sodného a etherového roztoku 1-bromoktanu. 1-bromoktan se ve vodném roztoku kyanidu prakticky nerozpouští a kyanid sodný se nerozpouští v etheru, reakce tak neprobíhá. Přidání malého množství hexadecyltributylfosfoniumbromidu vede k rychlému průběhu reakce a vzniku nonylnitrilu:

C8H17Br(org) + NaCN(aq) → C8H17CN(org) + NaBr(aq)

Kvaternární fosfoniový kation „přenáší“ kyanidové ionty z vodné do organické fáze.[4]

Ukázalo se, že je možné za pokojové teploty provádět mnoho reakcí v systémech voda/benzen za použití katalyzátorů jako jsou tetra-n-butylamoniumbromid a methyltrioktylamoniumbromid.[5]

Kvartérní soli mohou také sloužit k přeměně kationtů alkalických kovů na hydrofobní kationty. V laboratořích se k tomu používají korunové ethery. V praxi častější je použití polyethylenglykolu. Tyto ligandy obklopí kationty alkalických kovů (obvykle Na+ a K+) a vytvoří tak velké lipofilní kationty. Molekuly korunových etherů mají hydrofilní vnitřní část a hydrofobní vnější část.

Použití

Katalyzátory fázového přenosu mají velký význam v průmyslu,[3] například při výrobě polyesterů z acylchloridů a bisfenolu A. Fosfothionátové pesticidy se vyrábějí alkylací fosfothioátů za použití katalyzátorů fázového přenosu. Tyto katalyzátory se také používají při asymetrických alkylacích katalyzovaných chirálními kvartérními amoniovými solemi.[6]

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Phase-transfer catalyst na anglické Wikipedii.

  1. ↑ J. O. Metzger. Solvent-Free Organic Syntheses. Angewandte Chemie International Edition. 1998, s. 2975–2978. DOI 10.1002/(SICI)1521-3773(19981116)37:21<2975::AID-ANIE2975>3.0.CO;2-A. 
  2. ↑ Mieczyslaw Makosza. Phase-transfer catalysis. A general green methodology in organic synthesis. Pure and Applied Chemistry. 2000, s. 1399–1403. DOI 10.1351/pac200072071399. 
  3. ↑ a b Marc Halpern "Phase-Transfer Catalysis" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10.1002/14356007.a19_293
  4. ↑ C. M. Starks. Phase-transfer catalysis. I. Heterogeneous reactions involving anion transfer by quaternary ammonium and phosphonium salts. Journal of the American Chemical Society. 1971, s. 195–199. DOI 10.1021/ja00730a033. 
  5. ↑ A. W. Herriott; D. Picker. Phase-transfer catalysis. Evaluation of catalysis. Journal of the American Chemical Society. 1975, s. 2345–2349. DOI 10.1021/ja00842a006. 
  6. ↑ Takuya Hashimoto and Keiji Maruoka “Recent Development and Application of Chiral Phase-Transfer Catalysts” Chemical Reviews 2007, 107, 5656-5682. DOI:10.1021/cr068368n