МЕЖФА́ЗНЫЙ КАТА́ЛИЗ

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.