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相轉移催化劑的魔法：如何將反應物從水中「運送」到有機相中？
在化學中，相轉移催化劑（PTC）是一種能夠促進反應物從一個相轉移到另一個相中並發生反應的催化劑。相轉移催化是催化的一種特殊形式，根據所使用的催化劑可以透過均相催化或非均相催化的方法運作。通常，離子反應物在水相中可溶但在有機相中則不易溶解，這時引入PCT便可運用自如。這種催化劑的功能就如同清潔劑，能將鹽類溶解到有機相中。
相轉移催化指的是在加入相轉移催化劑後加速反應的過程。
相轉移催化劑的優勢
透過使用PTC過程，可以達到更快的反應速度，獲得更高的轉化率或收率，同時減少副產物的生成，降低需求昂貴或危險溶劑的需要。這種催化劑可在綠色化學中發揮重要作用——透過允許使用水，減少有機溶劑的使用是一個重大進展。
相轉移催化劑的應用並不僅限於親水性和疏水性反應物之間的相互作用，PTC有時也被用於液/固和液/氣的反應中。正如其名稱所示，一個或多個反應物被運送到一個包含兩個反應物的第二相中。
相界催化（PBC）是一種以催化劑活性位點促進的非均相催化系統，使某一化學組分在不可混溶的相中發生反應。
相轉移催化劑的類型
針對陰離子反應物，相轉移催化劑通常是四級銨鹽。商業上重要的催化劑包括苯基三乙基氨鹽氯化物、甲基三辛基氨鹽氯化物和甲基三丁基氨鹽氯化物。還有一類有機磷鎵鹽也被應用，例如十六烷三丁基磷鎵溴化物。雖然磷鎵鹽能耐受更高的溫度，但在強鹼存在下不穩定，會降解成磷烯氧化物。
例如，在一個水溶液中，氰化鈉與溴庚烷的親核取代反應不易發生。此時，1-溴庚烷在水中的溶解度低，而氰化鈉在醚中也不易溶解。添加少量的十六烷三丁基磷鎵溴化物後，迅速發生反應生成非醯氰化物。
透過四級磷鎵陽離子，氰化物離子被「運送」從水相進入有機相中。
相界催化的工藝
相界催化（PBC）系統可以與傳統催化系統進行對比。PBC主要應用於水相與有機相的界面反應。由於水相與大多數有機底物的不可混容性，因此需要採用PBC等方法。
在PBC中，催化劑作用於水相與有機相之間的界面。該催化反應介質包括三相：主要含有底物的有機液相、大部分底物在水相中存在的水相以及固體催化劑。與傳統催化系統相比，在傳統系統中，反應混合物需進行劇烈攪拌以形成看似均相的乳濁液。
在PBC中，攪拌不是必需的，因為質量轉移不再是這一催化系統的限制步驟。
這種催化系統的有效性已被證明，例如，環烯烴的環氧化反應在無需攪拌也無需添加共溶劑的情況下進行。催化劑活動位點主要位於分子範疇的外部表面，這也是促進所觀察相界催化系統的成因。
未來展望
隨著化學科學的發展，越來越多的現代催化技術被開發出來，其中以且如看似平常的相轉移催化劑異常關鍵。可以預見，這些技術將在醫藥、環境等領域帶來革命性變化，但這是否意味著未來的化學環境將會更加友好？
