Catalisador de transferência de fase - Phase-transfer catalyst
Em química , um catalisador de transferência de fase ou PTC é um catalisador que facilita a migração de um reagente de uma fase para outra fase onde ocorre a reação. A catálise de transferência de fase é uma forma especial de catálise heterogênea . Os reagentes iônicos são frequentemente solúveis em uma fase aquosa , mas insolúveis em uma fase orgânica na ausência do catalisador de transferência de fase. O catalisador funciona como um detergente para solubilizar os sais na fase orgânica. Catálise de transferência de fase refere-se à aceleração da reação após a adição do catalisador de transferência de fase.
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Usando um processo PTC, pode-se obter reações mais rápidas, obter conversões ou rendimentos mais altos, fazer menos subprodutos, eliminar a necessidade de solventes caros ou perigosos que irão dissolver todos os reagentes em uma fase, eliminar a necessidade de matérias-primas caras e / ou minimizar os problemas de desperdício. Os catalisadores de transferência de fase são especialmente úteis na química verde - ao permitir o uso de água, a necessidade de solventes orgânicos é reduzida.
Ao contrário da percepção comum, o PTC não se limita a sistemas com reagentes hidrofílicos e hidrofóbicos . O PTC é algumas vezes empregado em reações de líquido / sólido e líquido / gás. Como o nome indica, um ou mais dos reagentes são transportados para uma segunda fase que contém ambos os reagentes.
Tipos
Os catalisadores de transferência de fase para reagentes aniônicos são frequentemente sais de amônio quaternário . Catalisadores comercialmente importantes incluem cloreto de benziltrietilamônio, cloreto de metiltricaprilamônio, cloreto de metiltributilamônio e cloreto de metiltrioctilamônio. Sais de fosfônio orgânicos também são usados, por exemplo, brometo de hexadeciltributilfosfônio. Os sais de fosfônio toleram temperaturas mais altas, mas são instáveis em relação à base, degradando-se em óxido de fosfina .
Por exemplo, a reação de substituição nucleofílica de uma solução aquosa de cianeto de sódio com uma solução etérea de 1-bromooctano não ocorre prontamente. O 1-bromooctano é pouco solúvel na solução aquosa de cianeto e o cianeto de sódio não se dissolve bem no éter. Após a adição de pequenas quantidades de brometo de hexadeciltributilfosfônio, ocorre uma reação rápida para dar nitrila de nonil:
- C 8 H 17 Br (org) + NaCN (aq) → C 8 H 17 CN (org) + NaBr (aq) (catalisado por um R 4 P + Br - PTC)
Pelo cátion fosfônio quaternário, os íons cianeto são "transportados" da fase aquosa para a fase orgânica.
Trabalhos subsequentes demonstraram que muitas dessas reações podem ser realizadas rapidamente em torno da temperatura ambiente usando catalisadores como brometo de tetra-n-butilamônio e cloreto de metiltrioctilamônio em sistemas benzeno / água.
Uma alternativa ao uso de "sais quat" é converter cátions de metal alcalino em cátions hidrofóbicos. No laboratório de pesquisa, os éteres de coroa são usados para essa finalidade. Os polietilenoglicóis são mais comumente usados em aplicações práticas. Esses ligantes encapsulam cátions de metal alcalino (tipicamente Na + e K + ), proporcionando grandes cátions lipofílicos. Esses poliéteres têm um "interior" hidrofílico contendo o íon e um exterior hidrofóbico .
Formulários
PTC é amplamente explorado industrialmente. Os poliésteres, por exemplo, são preparados a partir de cloretos de acila e bisfenol-A. Os pesticidas à base de fosfotioato são gerados por alquilação catalisada por PTC de fosfotioatos. Uma das aplicações mais complexas de PTC envolve alquilações assimétricas, que são catalisadas por sais quaternários de amônio quirais derivados de alcalóides de cinchona .