Catalizador de transferencia de fase

En química , un catalizador de transferencia de fase o PTC es un catalizador que facilita la migración de un reactivo de una fase a otra fase donde ocurre la reacción. La catálisis de transferencia de fase es una forma especial de catálisis heterogénea . Los reactantes iónicos son a menudo solubles en una fase acuosa pero insolubles en una fase orgánica en ausencia del catalizador de transferencia de fase. El catalizador funciona como un detergente para solubilizar las sales en la fase orgánica. La catálisis de transferencia de fase se refiere a la aceleración de la reacción tras la adición del catalizador de transferencia de fase.

Catálisis de transferencia de trifásica líquido-líquido-líquido, Catálisis molecular 466 (2019) 112–121

Al usar un proceso PTC, se pueden lograr reacciones más rápidas, obtener conversiones o rendimientos más altos, producir menos subproductos, eliminar la necesidad de solventes costosos o peligrosos que disolverán todos los reactivos en una fase, eliminar la necesidad de materias primas costosas y / o minimizar los problemas de desperdicio. ^[1] Los catalizadores de transferencia de fase son especialmente útiles en la química verde; al permitir el uso de agua, se reduce la necesidad de disolventes orgánicos . ^{[2] [3]}

Contrariamente a la percepción común, el PTC no se limita a sistemas con reactivos hidrófilos e hidrófobos . El PTC se emplea a veces en reacciones líquido / sólido y líquido / gas. Como su nombre lo indica, uno o más de los reactivos se transportan a una segunda fase que contiene ambos reactivos.

Tipos

Los catalizadores de transferencia de fase para reactivos aniónicos son a menudo sales de amonio cuaternario . Los catalizadores comercialmente importantes incluyen cloruro de benciltrietilamonio, cloruro de metiltricaprilamonio, cloruro de metiltributilamonio y cloruro de metiltrioctilamonio. También se utilizan sales orgánicas de fosfonio , por ejemplo, bromuro de hexadeciltributilfosfonio. Las sales de fosfonio toleran temperaturas más altas, pero son inestables hacia la base y se degradan a óxido de fosfina . ^[4]

Por ejemplo, la reacción de sustitución nucleofílica de una solución acuosa de cianuro de sodio con una solución etérea de 1-bromooctano no ocurre fácilmente. El 1-bromooctano es poco soluble en la solución acuosa de cianuro y el cianuro de sodio no se disuelve bien en el éter. Tras la adición de pequeñas cantidades de bromuro de hexadeciltributilfosfonio, se produce una reacción rápida para dar nitrilo de nonilo:

C ₈ H ₁₇ Br (org) + NaCN (aq) → C ₈ H ₁₇ CN (org) + NaBr (aq) (catalizado por un R ₄ P ⁺ Br ^- PTC)

Mediante el catión fosfonio cuaternario, los iones cianuro son "transportados" de la fase acuosa a la fase orgánica. ^[5]

El trabajo posterior demostró que muchas de estas reacciones se pueden realizar rápidamente a aproximadamente la temperatura ambiente utilizando catalizadores como el bromuro de tetra-n-butilamonio y el cloruro de metiltrioctilamonio en sistemas de benceno / agua. ^[6]

Una alternativa al uso de "sales de quat" es convertir los cationes de metales alcalinos en cationes hidrófobos. En el laboratorio de investigación, se utilizan éteres corona para este propósito. Los polietilenglicoles se utilizan más comúnmente en aplicaciones prácticas. Estos ligandos encapsulan cationes de metales alcalinos (típicamente Na ⁺ y K ⁺ ), proporcionando grandes cationes lipofílicos. Estos poliéteres tienen un "interior" hidrófilo que contiene el ión y un exterior hidrófobo .

Aplicaciones

PTC se explota ampliamente a nivel industrial. ^{[4] Los} poliésteres, por ejemplo, se preparan a partir de cloruros de acilo y bisfenol-A. Los pesticidas a base de fosfotioatos se generan mediante la alquilación de fosfotioatos catalizada por PTC . Una de las aplicaciones más complejas de PTC implica alquilaciones asimétricas, que son catalizadas por sales de amonio cuaternario quirales derivadas de alcaloides de cinchona . ^[7]

Ver también

• Transferencia iónica

Referencias

1. Katole DO, Yadav GD. Intensificación de procesos y minimización de residuos mediante catálisis de transferencia trifásica líquido-líquido-líquido para la síntesis de 2 - ((benciloxi) metil) furano. Catálisis molecular 2019; 466: 112–21. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2019.01.004
2. JO Metzger (1998). "Síntesis orgánicas sin disolventes". 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). "Catálisis de transferencia de fase. Una metodología verde general en síntesis orgánica" . Pure Appl. Chem. 72 (7): 1399–1403. doi : 10.1351 / pac200072071399 .
4. Marc Halpern "Catálisis de transferencia de fase" en Enciclopedia de química industrial 2002 de Ullmann, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002 / 14356007.a19_293
5. Starks, CM (1971). "Catálisis de transferencia de fase. I. Reacciones heterogéneas que implican transferencia de aniones por sales de amonio cuaternario y fosfonio". Mermelada. Chem. Soc. 93 (1): 195-199. doi : 10.1021 / ja00730a033 .
6. Herriott, AW; Picker, D. (1975). "Catálisis de transferencia de fase. Evaluación de catálisis". Mermelada. Chem. Soc . 97 (9): 2345–2349. doi : 10.1021 / ja00842a006 .
7. Takuya Hashimoto y Keiji Maruoka "Desarrollo reciente y aplicación de catalizadores de transferencia de fase quiral" Chem. Rev. 2007, 107, 5656-5682. doi : 10.1021 / cr068368n