Catálisis bifásica

La catálisis bifásica es basa en l'us de dos dissolvents no miscibles, de manera que el sistema catalític queda atrapat en una de les dos fases i els reactius i productes queden atrapats en l'atra. La fase a on queda retingut el catalisador pot ser una fase orgànica polar, una fase acuosa, fluorada o un líquit iònic. Abdós fases són inmiscibles, per lo que la reacció es produïx en la interfase o dins de la fase catalítica. Les dos fases es poden separar fàcilment per decantament permetent una fàcil separació del producte desijat i el reciclat del catalisador.

Les reaccions catalítiques bifásicas són àmpliament usades per a les síntesis catalítiques de productes orgànics.

El procés SHOP (Shell higher-olefin process) de oligomerización d'etileno en α-olefinas va ser el primer procés catalític comercial que es va beneficiar de la tecnologia de les dos fases líquit/líquit constituint el primer eixemple industrialisat i comercialisat de catálisis bifásica. En este cas s'utilisen dos fases orgàniques inmiscibles per a separar el catalisador dels productes formats.

La catálisis bifásica presenta la ventaja de la possibilitat de reutilisació del catalisador, la fàcil separació dels productes i el grau de purea en el que s'obtenen dits productes.

Tipos de catálisis bifásica

Depenent de la fase a on queda retingut el catalisador es distinguixen diversos tipos de catálisis bifásica:

• Dissolvent orgànic/líquit iònic: En este cas s'utilisa un líquit iònic com a fase inmiscible, els líquits iònics són salés en baixa o nula volatilitat, estabilitat tèrmica i alta conductivitat iònica. Posseïxen una estructura formada per un catión orgànic (per eixemple sal de imidazolio) associat a un anión d'elevat tamany, per eixemple:

Dissolen molt ben les espècies iòniques, lo que els fa molt útils per a este tipo de catálisis. S'han utilisat este tipo de sistemes per a dimerización d'olefina, hidrogenació i hidroformilaciones i en diferents tipos de separacions.

Este tipo de catálisis presenta la ventaja de que aprofita els efectes del dissolvent i que presenta una solubilidad modulable. El problema és l'elevat cost dels líquits iònics i la seua eliminació una volta han segut utilisats.

Un atre tipo de catálisis bifásica és aquella formada per un líquit iònic i un decorregut supercrítico, com el diòxit de carbono supercrítico. En este cas no es precisa dissolvent orgànic i la solubilidad és també modulable, pero torna a aparéixer el problema del preu del líquit iònic ademés de l'equip d'alta pressió necessari per al decorregut supercrítico.

• Dissolvent orgànic/dissolvent perfluorado: Estos dissolvents són molt útils per a la catálisis bifásica, ya que a temperatura ambiente no són miscibles en molts dissolvents orgànics i conforme aumentem la temperatura la miscibilidad va creixent, de manera que s'observa un màxim contacte entre el catalisador i el substrat, si gelem el sistema torna a ser inmiscible i podem separar els productes una volta s'ha donat la reacció. També presenta multitut d'aplicacions en l'indústria, com la oligomerización d'olefina, oxidació, hidrogenació…

• Dissolvent orgànic polar/dissolvent orgànic apolar: Este sistema és menys utilisat, ya que exigix l'us de ligandos polars per a que el catalisador quede retingut en la fase polar.

• Dissolvent orgànic/aigua: Este tipo de catálisis bifásica és la més usada i la millor des del punt de vista sostenible, requerix el desenroll de ligandos solubles en aigua i permet una fàcil separació del producte i el catalisador. Esta catálisis conseguix una alta reactivitat, una bona selectivitat i la possibilitat d'amprar reactius sensibles a l'aigua (fosgeno, sulfat de dimetilo…). Una atra ventaja d'este tipo de catálisis bifásica és el seu baix preu i la possibilitat de reciclar el catalisador.

Per a substrats poc miscibles en aigua la velocitat del procés es veu molt reduïda, també es veu llimitada per la transferència de massa.

Com s'ha dit, este tipo de catálisis Dissolvent orgànic/aigua requerix l'us de ligandos específics per a mantindre el catalisador solubilizado en la fase acuosa, estos ligandos es poden classificar en dos grups:

-Ligandos hidrosolubles: A la seua volta es poden distinguir ligandos catiónicos ( en grups amoni cuaternario), aniónicos ( en grups sulfonato, carboxilato…) i ligandos neutres.

-Ligandos amfifílicos: Estos ligandos canvien el seu solubilidad depenent del valor de pH del mig.

Un atre tipo de catálisis és aquella en la que el catalisador està present en la fase acuosa i el producte ho està en diòxit de carbono supercrítico (com ocorria en els líquits iònics citats anteriorment), en este cas no és necessari utilisar un dissolvent orgànic, lo que és una ventaja, pero existix el problema de l'escassa capacitat de solvatación del diòxit de carbono .

Reactors industrials

Per a este tipo de catálisis es poden utilisar diferents tipos de reactors industrials:

• Tipo Batch.

• Continu.

• Reactor de borboteo.

• Reactor de membrana : no fa falta que les fases siguen inmiscibles.