Catalyse en tandem simultanée - Concurrent tandem catalysis
La catalyse en tandem simultanée (CTC) est une technique en chimie où plusieurs catalyseurs (généralement deux) produisent un produit autrement non accessible par un seul catalyseur. Elle est généralement pratiquée en catalyse homogène . Le schéma 1 illustre ce processus. La molécule A entre dans ce système catalytique pour produire le comonomère , B, qui avec A entre dans le processus catalytique suivant pour produire le produit final, P. Cette approche en un seul pot peut réduire la perte de produit par isolement ou purification d' intermédiaires . Des réactions avec des produits relativement instables peuvent être générées en tant qu'intermédiaires car ce ne sont que des espèces transitoires et sont immédiatement utilisées dans unréaction .
introduction
Le principal avantage de l'utilisation du CTC est qu'il nécessite une seule molécule; cependant, les conditions de réaction requises et la compatibilité du catalyseur sont des obstacles majeurs. Le système doit être soigneusement étudié pour trouver les conditions optimales pour que la catalyse et le réactif produisent le produit souhaité. Parfois, un compromis doit être fait entre plusieurs effets concurrents.
Le désir d'obtenir de meilleurs rendements et une meilleure sélectivité intéresse de nombreux universitaires et de l' industrie . Dans ce système à un pot, la purification intermédiaire n'est pas nécessaire, de sorte que le risque de produits indésirables et de réactions secondaires est plus probable. L'appariement de catalyseurs compatibles éliminerait la probabilité qu'un catalyseur affame ou sature le système, ce qui peut provoquer la décomposition du catalyseur ou générer des réactions secondaires indésirables. Si des produits secondaires devaient être générés, ils pourraient interférer avec le système catalytique. Ainsi, une connaissance approfondie est requise des caractéristiques mécaniques des deux procédés catalytiques et de l'activité des catalyseurs. Les mesures cinétiques sont un instrument crucial dans le développement des processus CTC.
Portée
Polymérisation
L'un des polymères les plus simples et les plus étudiés est issu de la polymérisation de l' éthylène . Le polyéthylène linéaire basse densité , LLDPE, est d'une importance industrielle et est actuellement produit à l'échelle macro; millions de tonnes par an. La ramification du polyéthylène implique l' oligomérisation de l'éthylène en alpha-oléfines , réalisée par un catalyseur, suivie d'une polymérisation de l'éthylène en utilisant les α-oléfines comme comonomère, réalisée par un second catalyseur. Ce système souffre dans la pratique.
Les boranes électrophiles activent le catalyseur au nickel chélaté pour oligomériser l'éthylène en α-butylène. Dans le même pot, un catalyseur au titane polymérise l'éthylène et l'a-oléfine pour former le LLDPE. On a trouvé que le degré de ramification augmentait linéairement avec l'augmentation de la concentration du catalyseur au nickel.
Métathèse
La métathèse est un outil puissant dans le couplage d' oléfines depuis plusieurs décennies. La capacité de réorganiser les doubles liaisons carbone-carbone a fourni une grande utilité dans tous les aspects de la chimie organique . Cossy et coll. rapportent une synthèse simple pour former des lactones substituées à cinq et six membres à partir de la métathèse croisée d'un alcool allylique ou homoallylique et d' acide acrylique en utilisant un catalyseur de métathèse à base de ruthénium . Les lactones sont de bons points de départ de synthèse pour de nombreux produits naturels et sont des structures répandues en biologie, par conséquent, elles sont largement utilisées dans les produits pharmaceutiques .
Carbonylation
L'une des réactions catalysées par un métal de transition les plus étudiées et les plus importantes sur le plan commercial est l' hydroformylation d' alcène . Ce type de catalyse permet la fonctionnalisation d'alcènes simples en aldéhydes et donne une poignée remarquablement utile pour générer d'autres groupes fonctionnels. Cette transformation peut être réalisée à l'aide d'un catalyseur au cobalt ou au rhodium dans une atmosphère d' hydrogène / monoxyde de carbone et se compose de quatre étapes: insertion métallique, insertion migratoire , clivage hétérolytique et échange de ligand . Breit et coll. généré une fonctionnalité alcane étendue par hydroformylation, oléfination, puis hydrogénation .
Catalyse orthogonale en tandem
La catalyse orthogonale en tandem est une "réaction à un seul pot dans laquelle des processus catalytiques séquentiels se produisent par le biais de deux ou plusieurs cycles catalytiques fonctionnellement distincts, et de préférence non interférents". Cette technique a été déployée en catalyse tandem alcane-déshydrogénation-oléfine-métathèse