Catalizador de transferencia de fase

En química, un catalizador de transferencia de fase o PTC es un catalizador que facilita la transición de un reactivo de una fase a otra donde se produce la reacción. La catálisis por transferencia de fases es una forma especial de catálisis y puede actuar mediante catálisis homogénea o métodos de catálisis heterogéneos dependiendo del catalizador utilizado. Los reactivos iónicos suelen ser 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.

Al utilizar un proceso PTC, se pueden lograr reacciones más rápidas, obtener mayores conversiones o rendimientos, generar 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 residuos. Los catalizadores de transferencia de fases son especialmente útiles en la química verde: al permitir el uso de agua, se reduce la necesidad de disolventes orgánicos.

Contrariamente a la percepción común, el PTC no se limita a sistemas con reactivos hidrófilos e hidrófobos. A veces, el PTC se emplea 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 fases para reactivos aniónicos suelen ser sales de amonio cuaternario. Los catalizadores comercialmente importantes incluyen cloruro de benciltrietilamonio, cloruro de metiltricaprilamonio y cloruro de metiltributilamonio. También se utilizan sales de fosfonio orgánicas, 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.

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 nonilnitrilo:

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

Trabajos posteriores demostraron que muchas de estas reacciones se pueden realizar rápidamente a temperatura ambiente aproximadamente utilizando catalizadores como bromuro de tetra-n-butilamonio y cloruro de metiltrioctilamonio en sistemas de benceno/agua.

Una alternativa al uso de "sales quat" consiste en convertir cationes de metales alcalinos en cationes hidrofóbicos. En el laboratorio de investigación se utilizan para este fin éteres corona. Los polietilenglicoles se utilizan más comúnmente en aplicaciones prácticas. Estos ligandos encapsulan cationes de metales alcalinos (normalmente Na⁺ y K ⁺), proporcionando grandes cationes lipófilos. Estos poliéteres tienen un "interior" hidrófilo. que contiene el ion y un exterior hidrofóbico.

También se han demostrado catalizadores de transferencia de fases quirales.

Aplicaciones

El PTC se explota ampliamente a nivel industrial. Por ejemplo, los poliésteres se preparan a partir de cloruros de acilo y bisfenol-A. Los pesticidas a base de fosfotioato se generan mediante alquilación de fosfotioatos catalizada por PTC. Una de las aplicaciones más complejas del PTC implica alquilaciones asimétricas, que son catalizadas por sales quirales de amonio cuaternario derivadas de alcaloides de quina.