Souběžná tandemová katalýza - Concurrent tandem catalysis

Schéma 1

Souběžná tandemová katalýza (CTC) je technika v chemie kde více katalyzátory (obvykle dva) vyrábí produkt, který by jinak nebyl přístupný jedinému katalyzátoru.[1] Obvykle se praktikuje jako homogenní katalýza. Schéma 1 ilustruje tento proces. Molekula A vstupuje do tohoto katalytického systému za vzniku komonomer, B, který spolu s A vstupuje do dalšího katalytického procesu za účelem výroby konečného produktu, P. Tento přístup v jedné nádobě může snížit ztrátu produktu při izolaci nebo čištění meziprodukty. Reakce s relativně nestabilní produkty mohou být generovány jako meziprodukty, protože jsou pouze přechodnými druhy a jsou okamžitě použity za sebou reakce.

Úvod

Hlavní výhodou použití CTC je, že vyžaduje jedinou molekulu; požadované podmínky reakce a kompatibilita katalyzátoru jsou však hlavními překážkami. Systém musí být důkladně prostudován, aby bylo možné najít optimální podmínky pro katalýzu i reaktant k výrobě požadovaného produktu. Někdy je nutné provést kompromis mezi několika konkurenčními efekty.

Touha získat lepší výnosy a selektivita zajímá mnoho lidí v akademická obec a průmysl. V tomto systému s jednou nádobou je intermediální čištění zbytečné, takže je pravděpodobnější riziko nežádoucích produktů a vedlejších reakcí. Odpovídající kompatibilní katalyzátory by eliminovaly pravděpodobnost hladovění nebo nasycení systému katalyzátorem, což by mohlo způsobit rozklad katalyzátoru nebo generování nežádoucích vedlejších reakcí.[1] Li vedlejší produkty měly být generovány, může být schopné interferovat s katalytickým systémem. Vyžadují se tedy důkladné znalosti mechanických charakteristik jak katalytických procesů, tak činnosti katalyzátorů. Kinetická měření jsou klíčovým nástrojem při vývoji procesů CTC.

Rozsah

Polymerizace

Polymerizace 1.JPG

Jeden z nejjednodušších a nejdůkladněji prostudovaných polymery vyplývá z polymerizace z ethylen. Lineární polyethylen s nízkou hustotou, LLDPE, má průmyslový význam a v současné době se vyrábí v makro měřítku; miliony tun ročně.[1] Větvení polyethylen zahrnuje oligomerizace ethylenu do alfa-olefiny, prováděná jedním katalyzátorem, následovaná polymerací ethylenu za použití a-olefinů jako komonomeru, prováděná druhým katalyzátorem. Tento systém v praxi trpí.[2]

Elektrofilní borany aktivovat chelátovaný nikl katalyzátor k oligomerizaci ethylenu na a-butylen. Ve stejném hrnci a titan katalyzátor polymeruje ethylen a a-olefin za vzniku LLDPE. Bylo zjištěno, že stupeň větvení roste lineárně se zvyšováním koncentrace niklového katalyzátoru.[3][4]

Metateze

Metathesis 1.JPG

Metateze byl mocným nástrojem při spojování olefiny po několik desetiletí. Schopnost přeskupit dvojné vazby uhlík-uhlík poskytla velkou užitečnost ve všech aspektech organická chemie. Cossy a kol. uveďte jednoduchou syntézu za vzniku substituovaných pětičlenných a šestičlenných členů laktony z křížové metateze an allylický nebo homoallylic alkohol a akrylová kyselina používat ruthenium katalyzátor na bázi metateze. Laktony jsou pro mnohé dobrým syntetickým výchozím bodem přírodní produkty a jsou převládajícími strukturami v biologie proto jsou široce využívány v léčiva.[5]

Karbonylace

Karbonylace 1.JPG

Jeden z nejvíce studovaných a komerčně důležitých přechodový kov katalyzovaných reakcí je alken hydroformylace. Tento typ katalýzy umožňuje funkcionalizaci jednoduchých alkenů do aldehydy a poskytuje pozoruhodně užitečný popis generování dalších funkčních skupin. Tuto transformaci lze provést pomocí a kobalt nebo rhodium katalyzátor v a vodík /kysličník uhelnatý atmosféru a skládá se ze čtyř stupňů: vložení kovu, migrační vložení, heterolytické štěpení, a ligand výměna. Breit a kol. generoval rozšířenou funkčnost alkanu hydroformylací, olefinací a poté hydrogenace.[6]

Ortogonální tandemová katalýza

Ortogonální tandemová katalýza je „reakce v jedné nádobě, při které dochází k postupným katalytickým procesům prostřednictvím dvou nebo více funkčně odlišných a nejlépe neinterferujících katalytických cyklů“.[7] Tato technika byla použita při katalýze tandemovou alkan-dehydrogenací-olefin-metathézou [8][9]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Julia-Christina Wasilke, Stephen J. Obrey, R. Tom Baker, Guillermo C. Bazan (2005). "Souběžná tandemová katalýza". Chemické recenze. 105 (3): 1001–1020. doi:10.1021 / cr020018n. PMID  15755083.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  2. ^ Beach, B.L .; Kissin, Y. V. J. Polym. Sci .: Polym. Chem. Vyd. 22 (1984) 3027
  3. ^ Barnhart, R. W .; Bazan, G. C. J. Am. Chem. Soc. 120 (1998) 1082
  4. ^ Komon, Z. J. A .; Bu, X .; Bazan, G. C. (2000). „Syntéza buten-ethylenu a hexen-buten-ethylenových kopolymerů z ethylenu prostřednictvím tandemového působení dobře definovaných homogenních katalyzátorů“. J. Am. Chem. Soc. 122 (8): 1830. doi:10.1021 / ja994222c.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  5. ^ Cossy, J .; Bargiggia, F .; BouzBouz, S. Org. Lett. 5 (2003) 459
  6. ^ B. Breit, S.K. Zahn Polyhedron 19 (2000) 513
  7. ^ Tracy L. Lohr, Tobin J. Marks (2015). "Ortogonální tandemová katalýza". Přírodní chemie. 7 (6): 477–482. Bibcode:2015NatCh ... 7..477L. doi:10,1038 / nchem.2262. PMID  25991525.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  8. ^ Haibach, M. C., Kundu, S., Brookhart, M. & Goldman, A. S. Alkane metathesis tandemovou alkane-dehydrogenation-olefin-metathesis katalýza a související chemie. Acc. Chem. Res. 45, 947–958 (2012). doi:10.1021 / ar3000713
  9. ^ Chen, C. Y., O'Rear, D. J. & Leung, P. Molekulární redistribuce a průměrování molekul: disproporcionace parafinů pomocí bifunkční katalýzy. Horní. Catal. 55, 1344–1361 (2012). doi:10.1007 / s11244-012-9910-3