Catálisis de límite de fase

Se ha sugerido que este artículo se fusione con Catalizador de transferencia de fase . ( Discutir ) Propuesto desde enero de 2024.

En química , la catálisis de límite de fase (PBC) es un tipo de sistema catalítico heterogéneo que facilita la reacción química de un componente químico particular en una fase inmiscible para reaccionar en un sitio activo catalítico ubicado en un límite de fase . El componente químico es soluble en una fase pero insoluble en la otra. El catalizador para PBC ha sido diseñado en el que la parte externa de la zeolita es hidrófoba , internamente suele ser hidrófila , a pesar de la naturaleza polar de algunos reactivos. ^{[1] [2] [3] [4] [5]} En este sentido, el entorno del medio en este sistema es cercano al de una enzima . La principal diferencia entre este sistema y la enzima es la flexibilidad reticular. La red de la zeolita es rígida, mientras que la enzima es flexible.

Los sistemas catalíticos de límite de fase (PBC) se pueden contrastar con los sistemas catalíticos convencionales. El PBC se aplica principalmente a reacciones en la interfaz de una fase acuosa y una fase orgánica. En estos casos, se necesita un enfoque como el PBC debido a la inmiscibilidad de las fases acuosas con la mayoría de los sustratos orgánicos. En el PBC, el catalizador actúa en la interfaz entre las fases acuosa y orgánica. El medio de reacción de los sistemas de catálisis de límite de fase para la reacción catalítica de fases acuosas y orgánicas inmiscibles consta de tres fases: una fase líquida orgánica, que contiene la mayor parte del sustrato, una fase líquida acuosa que contiene la mayor parte del sustrato en fase acuosa y el catalizador sólido.

En el caso del sistema catalítico convencional;

• Cuando se agita vigorosamente la mezcla de reacción se obtiene una emulsión aparentemente homogénea, que se segrega muy rápidamente en dos fases líquidas cuando cesa la agitación. La segregación se produce por la formación de burbujas orgánicas en la emulsión que se desplazan hacia abajo para formar la fase acuosa, lo que indica que la emulsión está formada por partículas dispersas de la fase acuosa en la fase orgánica.
• Debido a las condiciones de reacción trifásica, la reacción general entre los sustratos de la fase acuosa y la fase orgánica en el catalizador sólido requiere diferentes procesos de transferencia. Los pasos involucrados son los siguientes:
  1. transferencia de la fase acuosa desde la fase orgánica a la superficie externa del catalizador sólido;
  2. transferencia de la fase acuosa dentro del volumen de poros del catalizador sólido;
  3. Transferencia del sustrato de la fase acuosa a la interfase entre las fases acuosa y orgánica.
  4. transferencia del sustrato de la interfase a la fase acuosa;
  5. mezcla y difusión del sustrato en la fase acuosa;
  6. transferencia del sustrato desde la fase acuosa a la superficie externa del catalizador sólido;
  7. transferencia del sustrato dentro del volumen de poros del catalizador sólido;
  8. reacción catalítica ( adsorción , reacción química y desorción ).

En algunos sistemas, sin agitación vigorosa, no se observa reactividad del catalizador en el sistema catalítico convencional. ^{[1] [2] [3] [4] [5]} La agitación y la transferencia de masa de la fase orgánica a la acuosa y viceversa son necesarias para el sistema catalítico convencional. Por el contrario, en PBC, no se requiere agitación porque la transferencia de masa no es el paso determinante de la velocidad en este sistema catalítico. Ya se ha demostrado que este sistema funciona para la epoxidación de alquenos sin agitación o la adición de un codisolvente para impulsar la transferencia de fase líquido-líquido. ^{[1] [2] [3]} El sitio activo ubicado en la superficie externa de la partícula de zeolita fue predominantemente eficaz para el sistema catalítico de límite de fase observado. ^{[4] [6]}

La zeolita modificada en la que la superficie externa estaba parcialmente cubierta con alquilsilano , llamado catalizador de límite de fase , se preparó en dos pasos. ^{[1] [2] [3] [4] [5]} Primero, el dióxido de titanio hecho de isopropóxido de titanio se impregnó en polvo de zeolita NaY para dar la muestra W-Ti-NaY. En el segundo paso, el alquilsilano de n-octadeciltriclorosilano (OTS) se impregnó en el polvo W-Ti-NaY que contenía agua. Debido a la hidrofilicidad de la superficie w-Ti-NaY, la adición de una pequeña cantidad de agua condujo a la agregación debido a la fuerza capilar del agua entre las partículas. En estas condiciones, se espera que solo la superficie exterior de los agregados, en contacto con la fase orgánica, pueda modificarse con OTS, y de hecho casi todas las partículas se ubicaron en el límite de fase cuando se agregaron a una mezcla inmiscible de agua y solvente orgánico (W/O). La muestra parcialmente modificada se denota w/o-Ti-NaY. El Ti-NaY completamente modificado (o-Ti-NaY), preparado sin la adición de agua en el segundo paso mencionado anteriormente, se suspende fácilmente en un solvente orgánico como se esperaba.

El catalizador de interfase Janus es una nueva generación de catalizadores heterogéneos, que es capaz de realizar reacciones orgánicas en la interfaz de dos fases a través de la formación de la emulsión de Pickering. ^[7]

• Catalizador de transferencia de fase