محفز نقل الطور

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

في الكيمياء ، يُعرف عامل نقل الطور ( PTC) بأنه عامل حفاز يُسهّل انتقال المتفاعل من طور إلى آخر حيث يحدث التفاعل. يُعدّ تحفيز نقل الطور نوعًا خاصًا من التحفيز، ويمكن أن يتم من خلال طرق التحفيز المتجانس أو غير المتجانس، وذلك حسب نوع العامل الحفاز المستخدم. غالبًا ما تكون المتفاعلات الأيونية قابلة للذوبان في الطور المائي ، ولكنها غير قابلة للذوبان في الطور العضوي في غياب عامل نقل الطور. يعمل العامل الحفاز كمنظف لإذابة الأملاح في الطور العضوي. يشير تحفيز نقل الطور إلى تسريع التفاعل عند إضافة هذا العامل. يُستخدم عامل نقل الطور على نطاق واسع في الصناعة. [ 1 ] على سبيل المثال، تُحضّر البوليسترات من كلوريدات الأسيل وثنائي الفينول أ . تُنتج المبيدات الحشرية القائمة على الفوسفوثيوات عن طريق ألكلة الفوسفوثيوات المحفزة بواسطة عامل نقل الطور.

التحفيز بنقل ثلاثي الأطوار سائل-سائل-سائل، التحفيز الجزيئي 466 (2019) 112–121

في الحالات المثالية، يمكن أن تكون عملية نقل الطور سريعة وفعالة، مما يقلل الحاجة إلى المذيبات باهظة الثمن أو الخطرة ويبسط عملية التنقية [ 2 ]. وتُعد محفزات نقل الطور "صديقة للبيئة" - فبفضل استخدام الماء، تقل الحاجة إلى المذيبات العضوية . [ 3 ] [ 4 ]

الأنواع

يُعدّ Tris(2-(2-methoxyethoxy)ethyl)amine عاملًا نموذجيًا في مجال نقل الطور الصناعي.

تُستخدم أملاح الأمونيوم الرباعية غالبًا كعوامل محفزة لنقل الطور للمتفاعلات الأنيونية . ومن بين العوامل المحفزة ذات الأهمية التجارية كلوريد بنزيل ثلاثي إيثيل الأمونيوم، وكلوريد ميثيل ثلاثي كابريل الأمونيوم ، وكلوريد ميثيل ثلاثي بوتيل الأمونيوم. كما تُستخدم أملاح الفوسفونيوم العضوية ، مثل بروميد هيكساديسيل ثلاثي بوتيل الفوسفونيوم. وتتحمل أملاح الفوسفونيوم درجات حرارة أعلى.

يُعدّ تحويل كاتيونات الفلزات القلوية إلى كاتيونات كارهة للماء بديلاً لاستخدام "أملاح الكوات". وتُستخدم إيثرات التاج لهذا الغرض على نطاق المختبر. وتُعدّ بولي إيثيلين جليكولات ومشتقاتها الأمينية شائعة الاستخدام في التطبيقات العملية. ومن هذه المحفزات ثلاثي (2-(2-ميثوكسي إيثوكسي) إيثيل) أمين . تُغلّف هذه الروابط كاتيونات الفلزات القلوية (عادةً Na⁺ و K⁺ )، مما يُنتج كاتيونات محبة للدهون. تحتوي بولي إيثرات على "داخل" محب للماء يحتوي على الأيون، وسطح خارجي كاره للماء .

كما تم إثبات فعالية المحفزات الكيرالية لنقل الطور. [ 5 ] يتم تحفيز عمليات الألكلة غير المتماثلة بواسطة أملاح الأمونيوم الرباعية الكيرالية المشتقة من قلويدات الكينونا . [ 6 ]

تم تقييم مجموعة متنوعة من المحفزات الوظيفية لتحفيز نقل الطور. ومن الأمثلة على ذلك محفز جانوس ذو الطور البيني، والذي يمكن تطبيقه على التفاعلات العضوية على سطح التماس بين طورين من خلال تكوين مستحلب بيكرينغ. [ 7 ]

القيود

تتحلل كاتيونات الأمونيوم الرباعية عبر تفاعل هوفمان إلى أمينات، خاصةً عند درجات الحرارة المرتفعة التي يفضلها كيميائيو العمليات. وقد يصعب إزالة الأمينات الناتجة من المنتج. أما أملاح الفوسفونيوم فهي غير مستقرة تجاه القواعد، وتتحلل إلى أكسيد الفوسفين . [ 1 ]

أمثلة معملية

على سبيل المثال، لا يحدث تفاعل الاستبدال النيوكليوفيلي لمحلول سيانيد الصوديوم المائي مع محلول إيثيري من 1-بروموكتان بسهولة. فـ1-بروموكتان قليل الذوبان في محلول السيانيد المائي ، وسيانيد الصوديوم لا يذوب جيدًا في الإيثر. عند إضافة كميات صغيرة من بروميد هيكساديسيل تريبيوتيل فوسفونيوم، يحدث تفاعل سريع ينتج عنه نونيل نيتريل.

ج8ح17بر(org)+NaCN(ق)→R4P+بر-ج8ح17سي إن(org)+بروميد الصوديوم(ق){\displaystyle {\ce {C8H17Br_{(org)}{}+ NaCN_{(aq)}->[{\ce {R4P+Br-}}] C8H17CN_{(org)}{}+ NaBr_{(aq)}}}}

يتم نقل أيونات السيانيد من الطور المائي إلى الطور العضوي بواسطة كاتيون الفوسفونيوم الرباعي. [ 8 ]

أظهرت الدراسات اللاحقة أنه يمكن إجراء العديد من هذه التفاعلات بسرعة عند درجة حرارة الغرفة تقريبًا باستخدام محفزات مثل بروميد رباعي بوتيل الأمونيوم وكلوريد ميثيل تريوكتيل الأمونيوم في أنظمة البنزين/الماء. [ 9 ]

التحفيز عند حدود الطور

التحفيز عند حدود الطور (PBC) هو نوع من أنواع التحفيز عند حدود الطور، حيث يحدث التحفيز عند حدود الطور . يمكن تعديل بعض الزيوليتات للعمل بتقنية PBC، إذ تكون كارهة للماء من الداخل ومحبة للماء من الخارج. [ 10 ] يشبه التحفيز عند حدود الطور الإنزيمات من بعض النواحي، ويكمن الاختلاف الرئيسي بينهما في مرونة الشبكة البلورية. فشبكة الزيوليت صلبة، بينما الإنزيم مرن. يمكن مقارنة أنظمة التحفيز عند حدود الطور (PBC) بأنظمة التحفيز التقليدية. يُطبق التحفيز عند حدود الطور بشكل أساسي على التفاعلات التي تحدث عند سطح التماس بين الطور المائي والطور العضوي. في هذه الحالات، يكون استخدام تقنية مثل PBC ضروريًا نظرًا لعدم امتزاج الأطوار المائية مع معظم الركائز العضوية. في التحفيز عند حدود الطور، يعمل المحفز عند سطح التماس بين الطورين المائي والعضوي. يتكون وسط التفاعل في أنظمة التحفيز عند حدود الطور، لتحفيز التفاعل بين الأطوار المائية والعضوية غير القابلة للامتزاج، من ثلاثة أطوار؛ طور سائل عضوي يحتوي على معظم المادة المتفاعلة، وطور سائل مائي يحتوي على معظم المادة المتفاعلة في الطور المائي، والمحفز الصلب.

تصميم محفز حدود الطور

تمثيل تخطيطي لميزة التحفيز عند حدود الطور مقارنة بنظام التحفيز التقليدي.

تُعالج الزيوليت بمادة الألكيل سيلان لجعل سطحها كارهًا للماء. [ 10 ] على سبيل المثال، استُخدم مركب n-أوكتاديسيل ترايكلوروسيلان (OTS) لتعديل مواد W-Ti-NaY نظرًا لخاصية محبة الماء لسطح W-Ti-NaY.

عوامل نقل الطور (PTAs)

لا تتضمن جميع عمليات نقل الطور التحفيز. ويمكن التمييز بين محفزات نقل الطور (PTCs)، التي تسهل الدوران التحفيزي بين الأطوار غير القابلة للامتزاج، وعوامل نقل الطور (PTAs)، التي تعمل بكميات متكافئة أو زائدة للمساعدة في حركة المواد المذابة بين الأطوار دون المشاركة في دورة تحفيزية.

عوامل نقل الطور هي جزيئات أو روابط شبيهة بالمواد الفعالة سطحياً، تُستخدم عادةً في استخلاص المركبات أو تثبيتها أو تشتيتها، وخاصة الجسيمات النانوية أو الأيونات أو البوليمرات، بين أوساط غير قابلة للامتزاج مثل الماء والمذيبات العضوية. وعلى عكس عوامل نقل الطور التقليدية، لا تُعاد تدوير هذه العوامل، وغالباً ما تبقى في المنتج النهائي أو وسط التشتيت.

من أمثلة جمعيات الآباء والمعلمين ما يلي:

  • بروميد سيتيل تريميثيل الأمونيوم (CTAB) - يستخدم غالبًا لنقل الجسيمات النانوية المعدنية من الوسائط المائية إلى الوسائط العضوية عبر التغليف ثنائي الطبقة أو التغليف المذيلي.
  • الأوليل أمين (OAm) والأوكتاديسيل أمين (ODA) – أمينات أولية طويلة السلسلة تستخدم في الكيمياء النانوية لنقل وتثبيت الجسيمات النانوية المحبة للماء في المذيبات العضوية غير القطبية. [ 11 ]
  • مشتقات الإيثرات التاجية ومشتقات البولي إيثيلين جليكول (PEG) - في تطبيقات قياس العناصر المحددة، يمكن لهذه المركبات أيضًا أن تعمل كعوامل نقل الطور، خاصة في الأنظمة غير العضوية أو الأنظمة المتعلقة بالبوليمر.

تلعب عوامل نقل الطور دورًا حاسمًا في تصنيع ومعالجة المواد النانوية الغروية، والبوليمرات الهجينة، والطلاءات الوظيفية. وتكتسب هذه العوامل أهمية خاصة في مجالات علوم المواد، مثل الغزل الكهربائي، وتصنيع الأغشية الرقيقة، وتعديل الأسطح، حيث يُعد التحكم الدقيق في تشتت المكونات وتوافقها أمرًا بالغ الأهمية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 مارك هالبرن "الحفز بنقل الطور" في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية 2002، وايلي-في سي إتش، فاينهايم. doi : 10.1002/14356007.a19_293
  2. ↑ كاتول، د. أ.، وياداف، ج. د. تكثيف العمليات وتقليل النفايات باستخدام التحفيز بنقل ثلاثي الأطوار سائل-سائل-سائل لتخليق 2-((بنزيلوكسي)ميثيل)فيوران. التحفيز الجزيئي 2019؛ 466: 112-21. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2019.01.004
  3. ↑ جيه أو ميتزجر (1998). "تخليق المركبات العضوية بدون مذيبات". Angewandte Chemie International Edition . 37 (21): 2975–2978 . doi : 10.1002/(SICI)1521-3773(19981116)37:21 < 2975::AID-ANIE2975 > 3.0.CO ; 2-A . PMID 29711128 . 
  4. ↑ ميتشيسلاف ماكوزا (2000). "التحفيز بنقل الطور: منهجية خضراء عامة في التخليق العضوي" . الكيمياء البحتة والتطبيقية 72 (7): 1399-1403 . doi : 10.1351/pac200072071399 .
  5. ↑ فيبس، روبرت جيه؛ هاميلتون، غريغوري إل؛ توست، إف. دين (2012). "تطور الأنيونات الكيرالية من المفاهيم إلى التطبيقات في التحفيز غير المتماثل". مجلة نيتشر كيمستري . 4 (8): 603-614 . Bibcode : 2012NatCh...4..603P . doi : 10.1038/nchem.1405 . PMID 22824891 . 
  6. ↑ تاكويا هاشيموتو وكيجي ماروكا، "التطورات الحديثة وتطبيقات محفزات نقل الطور الكيرالية"، مجلة الكيمياء، 2007، 107، 5656-5682. doi : 10.1021/cr068368n
  7. ↑ م. فافائي زاده، و . ر. ثيل (2020). "محفزات جانوس البينية للتفاعلات العضوية البينية". مجلة السوائل الجزيئية 315 113735. doi : 10.1016/j.molliq.2020.113735 . S2CID 225004256 . 
  8. ↑ ستارك، سي إم (1971). "التحفيز بنقل الطور. 1. التفاعلات غير المتجانسة التي تتضمن نقل الأنيونات بواسطة أملاح الأمونيوم والفوسفونيوم الرباعية". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية 93 (1): 195-199 . Bibcode : 1971JAChS..93..195S . doi : 10.1021/ja00730a033 .
  9. ↑ هيريوت، أ. و.؛ بيكر، د. (1975). "التحفيز بنقل الطور. تقييم التحفيز". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 97 (9): 2345-2349 . Bibcode : 1975JAChS..97.2345H . doi : 10.1021/ja00842a006 .
  10. 1 2 هـ. نور، س. إيكيدا، وب. أوهتاني، جزيئات زوليت NaY ذات خصائص أمفيباثية محملة بحمض النيوبيك: مواد ذات تطبيقات في التحفيز في نظام سائل-سائل غير قابل للامتزاج ، رسائل حركية التفاعل والتحفيز [ تم حذف الرابط ] ، 2004، (17) 255-261. ملخص [ تم حذف الرابط ]
  11. ^ فويتاسيك، كونراد. توكارسكي، توماسز؛ كوتيللا، داود؛ كولتشيك-سيدليكا، كارولينا؛ جابينسكي، بيوتر؛ كسابو، تحرير؛ سوشا، روبرت ب. إسكريبا جيلونتش، مارك؛ هيسيل، فولكر. فوجنيكي ، ماريك (2023/05/02). "آلية تخليق نقل الطور لجسيمات الفضة النانوية باستخدام الأمين الدهني كمستخرج / عامل نقل الطور" . المعادن . 13 (5): 882. دوى : 10.3390/met13050882 . ISSN 2075-4701 .