МЕЖФА́ЗНЫЙ КАТА́ЛИЗ
-
Рубрика: Химия
-
Скопировать библиографическую ссылку:
МЕЖФА́ЗНЫЙ КАТА́ЛИЗ (катализ с межфазным переносом), увеличение скорости химич. реакции в многофазных системах, связанное с использованием процессов переноса некоторых из участников превращения из одной фазы в другую. Осуществляется либо при добавлении небольшого количества агента (называемого межфазным катализатором или катализатором межфазного переноса), который переносит один из реагентов (как правило, анион) через поверхность раздела в др. фазу, где и происходит реакция, либо в результате локализации катализатора традиц. типа на межфазной границе раздела несмешивающихся жидкостей и экстракции продуктов каталитич. превращения из фазы, где растворён субстрат превращения, в др. объёмную жидкую фазу. Наиболее часто М. к. происходит в системах с двумя несмешивающимися жидкостями, обычно полярной и неполярной (напр., вода – углеводород).
Катализаторами межфазного переноса являются гл. обр. ониевые соли (напр., триалкиламмониевые) или вещества, селективно связывающие неорганич. катионы за счёт комплексообразования (напр., краун-эфиры). В качестве первичного акта каталитич. превращения с участием ониевых солей возможно образование карбаниона субстрата на межфазной границе несмешивающихся жидкостей с последующей экстракцией образовавшегося карбаниона с межфазной границы в неполярную органич. фазу за счёт действия катализаторов межфазного переноса и завершением каталитич. перегруппировок субстрата в этой фазе. В реакциях, протекающих в присутствии неорганич. оснований, свободно перемещающаяся между органич. и водной фазой ониевая соль находится в равновесии с основанием в водной фазе и экстрагирует гидроксид-ион в органич. фазу, после чего ониевый гидроксид присоединяет протон органич. субстрата и образует активный интермедиат, в состав которого входит положительно заряженный фрагмент межфазного катализатора. Указанные процессы способны ускорять реакции в десятки тысяч раз.
В качестве катализаторов традиц. типа используют гомогенные катализаторы, напр. комплексные соединения металлов, которые обычно модифицируют лигандами, придающими комплексу амфифильные свойства, с целью локализации катализатора преим. на межфазной границе. Если при этом катализатор обеспечивает химич. превращение исходного субстрата, локализованного в одной из объёмных фаз, с образованием продукта, хорошо растворяющегося в др. объёмной фазе, то полученный продукт быстро экстрагируется в эту фазу. Это существенно упрощает выделение продукта из реакционной среды.
Возможны и иные варианты пространственной организации систем для М. к. Напр., гомогенный катализатор традиц. типа может быть локализован в одной из объёмных фаз, а исходный субстрат и получаемый продукт – в другой. При этом каталитич. превращение также происходит на межфазной границе, что существенно упрощает отделение катализатора от реакционной среды.
Как в лабораторной практике, так и в пром-сти широко используется проведение самых разнообразных процессов органич. синтеза в условиях М. к. Методы М. к. позволяют повысить скорость, регио- и стереоселективность нуклеофильных и анион-радикальных реакций, выход и чистоту конечных продуктов, снизить темп-ру проведения процесса, отказаться от применения безводных растворителей, пожароопасных и чувствительных к влаге металлов, их гидратов, металлоорганич. соединений и др., осуществлять асимметрический синтез. Осн. примерами пром. применения М. к. являются процессы алкилирования кетонов и окисления олефинов до кетонов кислородом в присутствии полиоксосоединений переходных металлов. М. к. может быть использован для глубокой очистки нефтепродуктов от трудноразрушаемых неполярных сераорганич. соединений путём их окисления в водорастворимые сульфоксиды и т. п.