同時タンデム触媒

同時タンデム触媒（CTC）は、複数の触媒（通常は2つ）が、単一の触媒では得られない生成物を生成する化学技術である。 ^[1]これは通常、均一系触媒として実践される。図1はこのプロセスを示している。分子Aがこの触媒システムに入り、共単量体Bを生成する。共単量体BはAと一緒に次の触媒プロセスに入り、最終生成物Pを生成する。このワンポットアプローチにより、中間体の単離または精製による生成物の損失を減らすことができる。比較的不安定な生成物との反応は、一時的な種に過ぎず、次の反応ですぐに使用されるため、中間体として生成することができる。

CTC を使用する主な利点は、必要な分子が 1 つだけであることです。ただし、必要な反応条件と触媒の適合性が大きな障害となります。システムを徹底的に研究して、触媒と反応物の両方が目的の生成物を生成するための最適な条件を見つける必要があります。場合によっては、複数の競合する効果の間でトレードオフを行う必要があります。

より良い収率と選択性を得るという要望は、学界と産業界の多くの人々の関心事です。このワンポットシステムでは中間精製が不要なので、不要な生成物や副反応のリスクが高くなります。適合する触媒を一致させることで、触媒がシステムを枯渇させたり飽和させたりする可能性がなくなり、触媒が分解したり、不要な副反応が発生したりする可能性があります。^[1]副生成物が生成されると、触媒システムに干渉する可能性があります。したがって、触媒プロセスのメカニズム特性と触媒の活性に関する詳細な知識が必要です。速度論的測定は、CTCプロセスの開発に不可欠な手段です。

最も単純で最も徹底的に研究されたポリマーの1つは、エチレンの重合から生じる。直鎖状低密度ポリエチレン（LLDPE）は産業上重要であり、現在マクロ規模で、年間数百万トン生産されている。^[1]ポリエチレンの分岐には、1つの触媒によるエチレンのα-オレフィンへのオリゴマー化と、それに続く2番目の触媒によるα-オレフィンを共モノマーとして使用するエチレンの重合が含まれる。このシステムは実際には問題がある。^[2]

求電子性ボランはキレート ニッケル触媒を活性化し、エチレンをα-ブチレンにオリゴマー化します。同じポットでチタン触媒がエチレンとα-オレフィンを重合してLLDPEを形成します。分岐度はニッケル触媒の濃度の増加に比例して増加することがわかりました。^{[3] [4]}

メタセシスは、数十年にわたってオレフィンのカップリングにおける強力なツールとなってきました。炭素-炭素二重結合を再配置する能力は、有機化学のあらゆる側面で大きな有用性を提供してきました。Cossyらは、ルテニウムベースのメタセシス触媒を使用して、アリルアルコールまたはホモアリルアルコールとアクリル酸の交差メタセシスから、置換された5員環および6員環ラクトンを形成する簡単な合成を報告しています。ラクトンは、多くの天然物質の合成の優れた出発点であり、生物学で一般的な構造であるため、医薬品で広く使用されています。^[5]

最も研究され、商業的に重要な遷移金属触媒反応の1つは、アルケンのヒドロホルミル化です。このタイプの触媒は、単純なアルケンをアルデヒドに官能基化することを可能にし、他の官能基を生成するための非常に便利な手段を提供します。この変換は、水素/一酸化炭素雰囲気中でコバルトまたはロジウム触媒を使用して実行でき、金属挿入、移動挿入、ヘテロリティック切断、および配位子交換の4つの段階で構成されます。Breitらは、ヒドロホルミル化、オレフィン化、そして水素化によって拡張されたアルカン官能基を生成しました。^[6]

直交タンデム触媒とは、「2つ以上の機能的に異なる、そして好ましくは干渉しない触媒サイクルを介して連続的な触媒プロセスが発生するワンポット反応」である。^[7]この技術は、タンデムアルカン脱水素化オレフィンメタセシス触媒に使用されている^{[8] [9]}

最近、炭酸セリウムを酸化チタンのような光活性金属酸化物と併用することで、塗料やコーティング剤中の染料、顔料、ポリマーを大幅に光保護できるタンデム触媒機構が提案されている。^[10]

• 連鎖シャトリング重合