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同時タンデム触媒反応(CTC) は、化学において、複数の触媒(通常 2 つ) が単一の触媒では得られない生成物を生成する技術です。 [ 1 ]これは通常、均一系触媒反応として実施されます。図 1 はこのプロセスを示しています。分子 A がこの触媒システムに入り、コモノマーBを生成し、B は A とともに次の触媒プロセスに入り、最終生成物 P を生成します。このワンポット方式により、中間体の分離または精製による生成物の損失を減らすことができます。比較的不安定な生成物を持つ反応は、中間体として生成できます。なぜなら、中間体は一時的な種であり、すぐに次の反応で使用されるからです。
CTCを用いる最大の利点は、単一分子で済むことである。しかしながら、必要な反応条件と触媒の適合性は大きな課題となる。目的生成物を得るためには、触媒作用と反応物の両方にとって最適な条件を見つけるために、システムを徹底的に研究する必要がある。場合によっては、複数の相反する効果の間でトレードオフを行わなければならないこともある。
収率と選択性の向上は、学術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、中間体の精製は不要なので、望ましくない生成物や副反応のリスクが高くなります。適合する触媒を組み合わせることで、触媒がシステムを飢餓状態にしたり飽和状態にしたりする可能性を排除できます。これは、触媒の分解や望ましくない副反応の発生につながる可能性があります。[ 1 ]副生成物が発生した場合、触媒システムに干渉する可能性があります。したがって、触媒プロセスと触媒の活性の両方のメカニズム特性に関する深い知識が必要です。速度論的測定は、CTCプロセスの開発において重要なツールです。
最も単純で徹底的に研究されているポリマーの 1 つは、エチレンの重合から得られるものです。線状低密度ポリエチレン(LLDPE) は工業的に重要であり、現在では年間数百万トンという大規模で生産されています。[ 1 ]ポリエチレンの分岐は、1 つの触媒によって行われるエチレンのα-オレフィンへのオリゴマー化と、それに続く 2 番目の触媒によって行われる α-オレフィンを共モノマーとして使用したエチレンの重合を伴います。このシステムは実際には問題があります。[ 2 ]
求電子性ボランはキレート化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する。同じ容器内でチタン触媒がエチレンとα-オレフィンを重合してLLDPEを形成する。分岐度はニッケル触媒の濃度の増加に伴って直線的に増加することがわかった。[ 3 ] [ 4 ]
メタセシスは、数十年にわたりオレフィンのカップリングにおいて強力なツールとして用いられてきた。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において大きな有用性をもたらしてきた。Cossyらは、ルテニウム系メタセシス触媒を用い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クロスメタセシスにより、置換された5員環および6員環ラクトンを生成する簡便な合成法を報告している。ラクトンは多くの天然物の合成の出発点として優れており、生物界に広く存在する構造であるため、医薬品にも広く利用されている。[ 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。このタイプの触媒作用により、単純なアルケンをアルデヒドに官能基化することができ、他の官能基を生成するための非常に有用な手段となります。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、ヘテロリティック開裂、および配位子交換の 4 つの段階から構成されます。Breit らは、ヒドロホルミル化、オレフィン化、および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 ]
直交タンデム触媒は、「2 つ以上の機能的に異なる、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オレフィンメタセシス触媒に利用されている。[ 8 ] [ 9 ]
最近、炭酸セリウムを酸化チタンなどの光活性金属酸化物と併用した場合、塗料やコーティング剤中の染料、顔料、ポリマーの大幅な光保護のためのタンデム触媒機構が提案されている。[ 10 ]