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相转移催化剂的魔法：如何将反应物从水中「运送」到有机相中？
在化学中，相转移催化剂（PTC）是一种能够促进反应物从一个相转移到另一个相中并发生反应的催化剂。相转移催化是催化的一种特殊形式，根据所使用的催化剂可以透过均相催化或非均相催化的方法运作。通常，离子反应物在水相中可溶但在有机相中则不易溶解，这时引入PCT便可运用自如。这种催化剂的功能就如同清洁剂，能将盐类溶解到有机相中。
相转移催化指的是在加入相转移催化剂后加速反应的过程。
相转移催化剂的优势
透过使用PTC过程，可以达到更快的反应速度，获得更高的转化率或收率，同时减少副产物的生成，降低需求昂贵或危险溶剂的需要。这种催化剂可在绿色化学中发挥重要作用——透过允许使用水，减少有机溶剂的使用是一个重大进展。
相转移催化剂的应用并不仅限于亲水性和疏水性反应物之间的相互作用，PTC有时也被用于液/固和液/气的反应中。正如其名称所示，一个或多个反应物被运送到一个包含两个反应物的第二相中。
相界催化（PBC）是一种以催化剂活性位点促进的非均相催化系统，使某一化学组分在不可混溶的相中发生反应。
相转移催化剂的类型
针对阴离子反应物，相转移催化剂通常是四级铵盐。商业上重要的催化剂包括苯基三乙基氨盐氯化物、甲基三辛基氨盐氯化物和甲基三丁基氨盐氯化物。还有一类有机磷镓盐也被应用，例如十六烷三丁基磷镓溴化物。虽然磷镓盐能耐受更高的温度，但在强碱存在下不稳定，会降解成磷烯氧化物。
例如，在一个水溶液中，氰化钠与溴庚烷的亲核取代反应不易发生。此时，1-溴庚烷在水中的溶解度低，而氰化钠在醚中也不易溶解。添加少量的十六烷三丁基磷镓溴化物后，迅速发生反应生成非醯氰化物。
透过四级磷镓阳离子，氰化物离子被「运送」从水相进入有机相中。
相界催化的工艺
相界催化（PBC）系统可以与传统催化系统进行对比。 PBC主要应用于水相与有机相的界面反应。由于水相与大多数有机底物的不可混容性，因此需要采用PBC等方法。
在PBC中，催化剂作用于水相与有机相之间的界面。该催化反应介质包括三相：主要含有底物的有机液相、大部分底物在水相中存在的水相以及固体催化剂。与传统催化系统相比，在传统系统中，反应混合物需进行剧烈搅拌以形成看似均相的乳浊液。
在PBC中，搅拌不是必需的，因为质量转移不再是这一催化系统的限制步骤。
这种催化系统的有效性已被证明，例如，环烯烃的环氧化反应在无需搅拌也无需添加共溶剂的情况下进行。催化剂活动位点主要位于分子范畴的外部表面，这也是促进所观察相界催化系统的成因。
未来展望
随着化学科学的发展，越来越多的现代催化技术被开发出来，其中以且如看似平常的相转移催化剂异常关键。可以预见，这些技术将在医药、环境等领域带来革命性变化，但这是否意味着未来的化学环境将会更加友好？
