위상전달촉매

Phase-transfer catalyst

화학에서 위상전달촉매 또는 PTC는 한 단계에서 반응이 일어나는 다른 위상으로 반응물질의 이동을 용이하게 하는 촉매다. 위상 전이 카탈루션은 이질적인 카탈루션의 특별한 형태다. 이온 반응제는 수용성 단계에서 용해되는 경우가 많지만 위상 전달 촉매가 없는 경우 유기 단계에서 용해되지 않는다. 촉매는 염분을 유기 단계로 용해시키는 세제 같은 기능을 한다. 위상 전이 촉매(phase transfer catalysis)는 위상 전이 촉매의 추가에 따른 반응의 가속화를 말한다.

액체-액체-액체 3상 전달 카탈루션, 분자 카탈루션 466 (2019) 112–121

PTC 프로세스를 사용하면 반응 속도가 빨라지고, 변환이나 수율이 높아지며, 부산물을 적게 만들 수 있으며, 한 단계에서 모든 반응제를 용해하는 값비싸거나 위험한 용제의 필요성을 없앨 수 있으며, 고가의 원자재가 필요하지 않으며, 또는 폐기물 문제를 최소화할 수 있다.[1] 위상 전달 촉매는 특히 녹색 화학에서 유용하다. 물을 사용할 수 있게 함으로써 유기 용제의 필요성이 감소된다.[2][3]

일반적인 인식과는 달리, PTC는 친수성 반응제와 소수성 반응제가 있는 시스템에 국한되지 않는다. PTC는 액체/고체 및 액체/가스 반응에 이용되기도 한다. 이름에서 알 수 있듯이, 하나 이상의 반응 물질은 두 반응 물질을 모두 포함하는 두 번째 단계로 운송된다.

종류들

음이온 반응제의 위상 전달 촉매들은 종종 2차 암모늄 염이다. 상업적으로 중요한 촉매로는 염화 벤질트릴람모늄, 염화 메틸트리카프릴람모늄, 염화메틸리부틸람모늄, 염화메틸리옥틸람모늄 등이 있다. 유기인산염도 사용된다(예: 헥사이드실트리부틸인스포늄 브로미드). 인산염은 높은 온도를 견디지만 염기 쪽으로 불안정하여 인산염으로 분해된다.[4]

예를 들어, 1-브로무크탄의 극소수 용액을 가진 수성 시안화나트륨 용액의 핵 대체 반응은 쉽게 발생하지 않는다. 1브로무크탄은 수성 시안화 용액에 잘 녹지 않고, 시안화나트륨은 에테르에서 잘 녹지 않는다. 소량의 헥사이드실트리부틸인스포늄 브로미드가 첨가되자, 빠른 반응이 일어나 노닐 니트리올을 준다.

CHBr817(org) + NaCn(aq) → CHCN817(org) + NaBr(aq) (RPBr4+− PTC에 의해 분석됨)

quaternary phosphonium cation에 의해, 시안 이온은 수성 단계에서 유기상까지 "발굴"된다.[5]

후속 연구는 벤젠/수계통에서 테트라-n-부틸람모늄 브로미이드와 염화메틸트리오틸람모늄과 같은 촉매를 사용하여 상온 주변에서도 그러한 많은 반응이 빠르게 수행될 수 있음을 입증했다.[6]

"쿼트 솔트"의 사용에 대한 대안은 알칼리 금속 양이온을 소수성 양이온으로 변환하는 것이다. 연구실에서는 크라운 에테르를 이런 용도로 사용한다. 폴리에틸렌 글리콜은 실용적인 용도로 더 흔하게 사용된다. 이 리간드는 알칼리 금속 양이온(일반적으로 Na와+ K+)을 캡슐화하여 큰 지방질 양이온을 제공한다. 이 폴리테서들은 이온을 포함하는 친수성 "내부"와 소수성 외부를 가지고 있다.

적용들

PTC는 산업적으로 널리 이용되고 있다.[4] 예를 들어 폴리머는 아킬 염소이드와 비스페놀-A로부터 준비된다. 인광산염 기반 살충제는 PTC에 의해 인광산염의 알킬화에 의해 생성된다. PTC의 보다 복잡한 적용 중 하나는 비대칭 알킬레이션을 포함하는데, 이것은 신초나 알칼로이드에서 추출한 치랄 쿼터나 암모늄 염에 의해 촉매된다.[7]

참고 항목

참조

  1. ^ 카토레 DO, 야다브 GD. 2-(benzyloxy)methyl)furan 합성을 위한 액체-액체-액체 3상 전달 카탈루션을 이용한 공정강화 및 폐기물 최소화. 분자 촉매 2019;466:112–21. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2019.01.004
  2. ^ J. O. Metzger (1998). "Solvent-Free Organic Syntheses". 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.
  3. ^ Mieczyslaw Makosza (2000). "Phase-transfer catalysis. A general green methodology in organic synthesis". Pure Appl. Chem. 72 (7): 1399–1403. doi:10.1351/pac200072071399.
  4. ^ a b Wiley-VCH, Weinheim 2002 Ulmann's 산업 화학 백과사전의 마크 할펜 "위상 전이 촉매" doi:10.1002/14356007.a19_293
  5. ^ 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. doi:10.1021/ja00730a033.
  6. ^ Herriott, A.W.; Picker, D. (1975). "phase-transfer catalysis. Evaluation of catalysis". J. Am. Chem. Soc. 97 (9): 2345–2349. doi:10.1021/ja00842a006.
  7. ^ 하시모토 타쿠야와 마루오카 게이지 「치랄 위상-이전 촉매의 최근 개발과 응용」 화학. 2007년 개정, 107, 5656-5682. doi:10.1021/cr068368n