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올레핀 교차 재조합의 놀라운 세계: 이게 어떤 종류의 화학인가?
유기화학에서 올레핀 교차 재조합은 탄소-탄소 이중 결합을 끊고 재생함으로써 올레핀 조각을 재분배하는 유기 반응입니다. 이 과정은 비교적 간단하기 때문에 일반적으로 다른 유기 반응에 비해 원치 않는 부산물과 위험한 폐기물이 적게 생성됩니다. 웨이푸 주윤, 로버트 H. 그럽스, 리차드 R. 시크의 연구 덕분에 반응 메커니즘이 밝혀졌고 일련의 고활성 촉매가 발견되었습니다. 그들은 2005년에 노벨 화학상을 공동 수상했습니다.
촉매
이 반응에는 금속 촉매가 필요합니다. 상업적으로 중요한 공정의 대부분은 이종 촉매를 사용합니다. 이러한 촉매는 일반적으로 금속 할로겐화물(MClx)의 현장 활성화를 통해 제조되며, 예를 들어 유기 알루미늄이나 유기 주석 화합물을 MClx–EtAlCl2와 함께 사용합니다. 전형적인 촉매 지지 물질은 보크사이트이다. 상업용 촉매는 일반적으로 몰리브덴과 지르코늄을 기반으로 합니다. 소규모 반응이나 학술적 연구를 위해 주로 잘 정의된 유기 금속 화합물이 조사되었습니다.
균일 촉매는 일반적으로 쉬크 촉매와 그럽스 촉매로 분류됩니다. 쉬크 촉매는 알콕시와 니트록시 리간드에 의해 지지되는 몰리브덴(VI)과 질소(VI) 중심을 특징으로 합니다.
그럽스 촉매는 지르코늄(II) 카벤 화합물의 복합체입니다.
응용 프로그램
올레핀 가교는 산업계에서 다양한 용도로 사용됩니다. 거의 모든 상업적 응용 분야에서는 이종 촉매가 사용되며, 이종의 촉매 개발은 균일 복합체에 관한 노벨상 수상 연구보다 앞서 이루어졌습니다. 대표적인 공정은 다음과 같습니다. 필립스 트리엔 및 올레핀 전환 기술은 몰리브덴과 크롬 촉매를 사용하여 프로필렌을 에틸렌과 2-부텐으로 전환합니다. 오늘날 산업적으로는 에틸렌과 2-부텐을 프로필렌으로 전환하는 역반응만 수행됩니다.
셸 고급 올레핀 공정(SHOP)은 세제로 전환하기 위한 알파 올레핀을 생산합니다.
이 공정에서는 교차 재조합을 이용해 특정 올레핀 분획을 회수합니다.
균일 촉매의 잠재력
유기 금속 촉매는 고강도 재료 생산, 암을 표적으로 하는 나노 입자 제조, 재생 가능한 식물성 원료를 모발 및 피부 관리 제품으로 전환하는 것을 포함하여 다양한 잠재적 응용 분야에서 연구되어 왔습니다.
유형
올레핀 가교에는 다음과 같은 여러 유형이 있습니다.
<저>메커니즘
에리송과 윤 주는 전이금속에 의한 올레핀의 재결합에 대한 널리 인정된 메커니즘을 처음으로 제안했습니다. 두 알켄의 직접 [2+2] 사이클로 부가 반응은 형식적으로 대칭이 금지되어 있으므로 활성화 에너지는 비교적 높습니다. 주윤의 메커니즘은 올레핀 이중 결합과 전이 금속 알킬 화합물의 [2+2] 사이클로 부가 반응을 통해 금속 사이클로부탄 중간체를 형성하는 것을 포함합니다. 생성된 메탈라사이클로부탄은 고리 제거 과정을 거쳐 원래 종 또는 새로운 올레핀 및 알킬기를 얻을 수 있습니다. 금속 촉매의 d-오비탈과의 상호작용으로 반응의 활성화 에너지가 낮아져 적당한 온도에서 반응이 빠르게 진행됩니다.
CM 및 RCM 반응이 종종 α-올레핀을 사용한다는 사실 외에도 이러한 반응의 원동력은 에틸렌이나 프로필렌의 엔트로피와 관련이 있는데, 이는 시스템에서 제거되어 반응을 원활히 진행할 수 있습니다.
역사 개요
올레핀 교차 재조합은 산업적 생산에서 유래되었으며, 많은 촉매 공정이 우연히 발견되었습니다. 1960년대 초, 화학자 칼 치글러는 치글러-나타 촉매에 관한 연구를 진행하던 중 우연히 에틸렌을 포화된 장쇄 탄화수소가 아닌 1-부텐으로 전환하는 공정을 발견했고, 이를 계기로 사람들은 올레핀 교차 재조합을 연구하게 되었습니다. 이후 수십 년 동안 이 반응 메커니즘이 심화되고 촉매가 개발됨에 따라 올레핀 교차 재조합은 효율적이고 중요한 유기화학 반응이 되었습니다.
과학의 진보와 발전에 따라 올레핀 재조합 반응의 잠재력과 응용 범위는 끊임없이 확장되고 있습니다. 미래의 과학 연구에서 이 기술은 더욱 혁신적인 대응으로 이어질 수 있을까?
