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.
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 Anionos reaktánsok sokszor használt fázistranszfer katalizátorai a kvaterner ammónium- és foszfónium-sók. Elterjedt katalizátor például a benziltrimetilammónium-klorid és hexadeciltributilfoszfónium-bromid.
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.
További munkák bebizonyították, hogy számos ilyen reakció hajtható végre nagy sebességgel szobahőmérséklethez közeli hőmérsékleten, ha például tetra-n-butilammónium-bromid vagy metiltrioktilammónium-klorid katalizátort használnak benzol/víz rendszerekben.
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 Az iparban széles körben használják a fázistranszfer katalizátorokat.Marc Halpern "Phase-Transfer Catalysis" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. 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.Takuya Hashimoto and Keiji Maruoka “Recent Development and Application of Chiral Phase-Transfer Catalysts” Chem. Rev. 2007, 107, 5656-5682.
Jegyzetek
Fordítás
Kategória:Kémia