相轉移催化劑顧名思義就是可以在兩相之間往來的兩親性催化劑,多為擁有長鏈烷烴的銨鹽或者冠醚。在化學中,一種相轉移催化劑或者PTC是一個催化劑有利于反應物從一個階段進入另一個發生反應的階段。相轉移催化是一種特殊的形式非均相催化。離子反應物通常是易溶在一個水性的,但在不存在相轉移催化劑的情況下不溶于有機相。催化劑的作用就像洗滌劑用于將鹽溶解到有機相中。相轉移催化是指加入相轉移催化劑后反應的加速。
相轉移催化劑可以把反應所需的無機化合物離子,從水相轉移到有機相,并把反應形成的離子,從有機相轉移到水相,使許多反應比一般條件下容易進行,反應選擇性強,產品純度高,因而在有機合成中很有用。相轉移催化劑有如下優點:反應后處理變得簡單,有機溶劑的使用量減少,不需要使用回收困難的DMF或DMSO,實驗操作的簡化,反應性的提高,副反應的抑制等,特別是在大量合成的時候有很大的作用,是綠色化學領域比較受關注的催化劑體系。
簡介
在有機合成中常遇到非均相有機反應,這類反應的通常速度很慢,收率低,反應不完全的缺點。但如果用水溶性無機鹽,用極性小的有機溶劑溶解有機化合物,并加入少量(0.05摩爾以下)的季鹽或季磷鹽,反應則很容易進行,這類能促使提高反應速度并在兩相間轉移負離子的鎓鹽,稱為相轉移催化劑。
催化機理
相轉移催化反應一般屬于兩相反應,反應過程主要包括反應物從一相向另外一相的轉移以及被轉移物質與待轉移物質發生化學反應。至今為止發展了多種不同的催化反應機理:
1.萃取機理
1971年,Starks就液-液相SN2親核取代提出了著名的催化循環原理,奠定了相轉移催化反應的理論基礎。
以鎓鹽相轉移催化劑為例。鎓鹽在水相及有機相均有一定的溶解度,按照溶解性不同分為以下兩種循環模型:
PTC在兩相中分配,此時相轉移是鎓鹽把Y-從水相輸送到有機相,然后鎓鹽陽離子又把X-輸送到水相
模型二中的相轉移催化劑陽離子交換發生在界面上,PTC的作用是以離子對的形式反復萃取陰離子Y-進入有機相,不需要催化劑陽離子在兩相中的轉移
2.界面機理
3其他類型
三相相轉移催化
雜多酸相轉移催化
離子液體相轉移催化
優點
相轉移催化劑具有下列突出優點:
1. 不要求無水操作,相轉移催化反應可以在水和有機溶劑兩相反應;
2. 加快反應速率;
3. 降低反應溫度;
4. 產品收率高,相轉移催化劑的作用,使反應物充分接觸,因而反應比較徹底;
5. 合成操作簡便,降低了溫度壓力等,對設備要求強度低,操作也較簡單;
6. 避免使用常規方法所需的危險試劑;
7. 廣泛適應于各種合成反應,并有可能完成使用其他方法不能實現的合成反應;
8. 副反應易控制,提高選擇性。
常用類型
要求
①具備形成離子對的條件;或者能與反應物形成復合離子;
③R的結構位阻應盡可能小,R基為直鏈居多;
④在反應條件下,應該是化學穩定的,并便于回收。
種類
1、聚醚多元醇
鏈狀聚乙二醇:H(OCH2CH2)nOH
鏈狀聚乙二醇二烷基醚:R(OCH2CH2)nOR
3、第七代季銨鹽:常用的季銨鹽相轉移催化劑是芐基三乙基氯化銨(TEBA)、四丁基溴化銨(TBAB)、四丁基氯化銨、四丁基硫酸氫銨、三辛基甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨等。
6、季膦鹽
參考資料 >
相轉移催化劑 Phase-Transfer Catalyst.化學空間.2024-03-30
相轉移催化劑的種類.ChemicalBook.2024-03-30
相轉移催化劑的應用.ChemicalBook.2024-03-30