전이 금속 촉매

바나듐의 촉매로서의 사용은 강철 생산 개선을 위한 첨가제로서의 용도에 이어 두 번째로 큰 응용 분야이다. 바나듐 촉매는 과산화물을 효과적으로 활성화시키고 브로마이드, 설파이드, 알켄과 같은 기질을 선택적으로 산화시킬 수 있다. 이러한 촉매들은 산소 원자를 기질로 효과적으로 전달하여 높은 선택성으로 대규모 반응에서 가치 있는 산화 분자를 얻는 데 사용된다. 또한 바나듐 촉매는 올레핀 중합에 효율적인 촉매입니다. 바나듐 산화물은 차량 배출 기준 및 원유 탈황에 적용될 수 있습니다. 더불어 수소 및 알킬 하이드로퍼옥사이드와 같은 생태학적 산화제의 사용은 산업 수준에서 바나듐 촉매의 잠재적 적용 가능성을 크게 높입니다.

철 및 철 화합물은 시약이나 촉매로 널리 사용된다. 예를 들어, 염화철(III)과 브로마이드(III)는 고전적인 친전자성 방향족 치환 반응에서 루이스 산 철 촉매로 오랫동안 사용되어 왔다. 유기 리간드를 가진 철 복합체는 특히 주목할 만하며, 다양한 변환 반응에 환경 친화적인 Fe 촉매로 활용될 수 있다. 이를 잘 보여주는 사례가 바로 암모니아-보란 탈수소화 공정 연구에서 철 촉매가 수행하는 매우 유용한 역할이다.

코발트 촉매는 경제성과 환경 친화성을 동시에 갖추어 크로스 커플링 반응에 대한 높은 관심을 받고 있다. 코발트 촉매는 고활성 시약으로, 의약품, 천연물 및 신소재의 효율적이고 선택적인 합성에 광범위하게 적용된다. 이러한 촉매는 다양한 탄소-탄소 결합 형성 반응에 대해 높은 반응성을 보인다. 촉매로서의 코발트 염은 금속 촉매 교차결합에 가장 흔히 사용되는 촉매인 팔라듐 및 니켈에 비해 우수한 기능기 내성, 높은 화학적 선택성을 보이며 온화한 반응 조건을 요구한다.

니켈 촉매는 탄소-탄소 교차 커플링 반응부터 레이니 니켈을 이용한 전자 풍부 탄소 결합의 환원에 이르기까지 다양한 합성 변환에서 핵심적인 역할을 합니다. 이러한 니켈 촉매는 니켈(0), 니켈(II), 니켈(III), 니켈(IV) 등 다양한 산화 상태를 포괄합니다. 즉시 구매 가능한 니켈 촉매는 알루미늄-니켈(Al Ni) 합금, 니켈 암모늄 수화물, 니켈 코발트(Ni COD), 니켈 할로겐화물(염화물, 브롬화물, 불화물, 요오드화물), 니켈 사이클로펜타디엔일, 니켈 금속, 니켈 아카크(Ni acac), 그리고 머크의 제품인 레이니 니켈(Raney Nickel) 등이 있습니다.

구리 촉매는 온화한 반응 조건에서 유용하며 우수한 수율을 보이지만, 화학 반응 속도가 느리고 고온이 필요합니다. 탄소-탄소 결합 및 탄소-이종 원자 결합을 형성하는 전이 금속 매개 반응 중, 구리 촉매는 울만 반응, 딜스-알더 반응, 고리 확장, 카스트로-스티븐스 커플링, 카라쉬-소스노브스키 반응, 그리고 멜달과 샤플리스가 독립적으로 개발한 Cu(I) 촉매를 이용한 후이젠 1,3-이극성 고리화 반응의 주목할 만한 변형에 사용됩니다. 머크는 모든 구리 촉매 요구 사항을 충족시키기 위해 효율적인 구리 촉매 및 예비 촉매와 구리 함유 금속 유기 골격체(MOF) 구성 요소를 제공합니다.

아연 촉매는 합성 화학 및 유기 합성 분야에서 폭넓게 활용됩니다. 중등도의 루이스 산 역할을 하는 염화아연 촉매는 피셔 인돌 합성을 촉매하여 아릴 히드라존을 인돌로 전환시키고, 프리델-크래프츠 아실화를 촉매하여 아레인과 아실 클로라이드로부터 단일 아실화 생성물을 생산할 수 있습니다. ZnCl₂ 외에도 산화아연 촉매는 다양한 촉매 전환에 유용하게 사용될 수 있습니다. 또한 입체특이적 및 위치선택적 반응을 촉매하는 다양한 아연 할라이드 등 추가 아연 촉매도 제공합니다. 촉매 특성 외에도 머크 아연 화합물은 화학발광 양자점 및 나노물질로서 재료과학 분야에서도 활용됩니다. 머크 아연 화합물은 네기시 커플링에 사용되는 유기아연 시약 제조의 출발물질로도 사용될 수 있습니다.

노벨상 수상자 네기시 에이이치가 개발한 지르코늄 촉매 비대칭 카보알루미네이션(ZACA) 반응은 지르코늄 촉매 활용의 가장 잘 알려진 사례 중 하나일 것이다. ZACA 반응은 키랄 비스(인덴일)지르코늄 촉매에 의해 촉매되는, 알켄의 키랄 기능화를 위한 유기알루미늄 시약의 수단을 제공한다. 또 다른 주목할 만한 지르코늄 촉매는 이산화 지르코늄 또는 지르코니아이다. 이질적 촉매에서 지르코니아 촉매의 응용 분야 목록은 빠르게 증가하고 있다. 일부 응용 분야로는 일산화질소 분해, 카르복실산의 알데하이드 환원, 2차 알코올의 말단 알켄으로의 선택적 탈수, 일산화탄소의 이소부탄으로의 수소화 등이 있다.

루테늄 촉매

적절한 루테늄 촉매를 사용하면 환경 친화적이고 쉽게 구할 수 있는 산화제를 통해 다양한 작용기의 선택적 산화 변환을 쉽게 달성할 수 있습니다. 루테늄 촉매는 알켄의 비대칭 에폭시화, 이산소 종 생성, 올레핀의 이수소화, 알코올의 산화 탈수소화 등과 같은 산화 변환의 선택적 촉매 작용을 위한 합성 화학 분야에서 매우 강력한 도구가 될 수 있습니다.

루테늄 촉매는 또한 메타테시스 반응에 널리 사용되며, 그중 그럽스 촉매는 올레핀 메타테시스 분야에서 가장 잘 알려져 있다. 그럽스 촉매의 높은 인기는 다양한 기능기에 대한 높은 내성과 공기 및 다양한 용매에서의 높은 안정성으로 설명될 수 있다.

로듐 촉매는 탄소-수소(C-H) 결합을 활성화하는 데 사용되는 적합한 촉진제로, 도전적이면서도 매력적인 촉매 도구로 부상하고 있다. 로듐 촉매는 우아한 C-C 결합 형성을 가능케 하는 촉매적 탈수소화 교차결합 반응에서 점점 더 많은 관심을 받고 있다. 대부분의 사례에서 팔라듐이 선호되는 금속이었지만, Rh 촉매 역시 이 활성화 반응에 적합한 촉진제 역할을 할 수 있다. 또한 로듐은 아릴-아릴, 아릴-알켄, 알켄-알켄과 같은 중요한 결합 반응을 가능케 하여 가치 있는 유기 골격체로 이어지는 실용적인 경로를 제공한다.

팔라듐 촉매의 반응 조건(온도, 용매, 리간드, 염기 및 기타 첨가제)을 정밀하게 조절할 수 있는 능력 덕분에 팔라듐 촉매는 유기 화학 합성에서 매우 다용도로 활용되는 도구입니다. 또한 팔라듐 촉매는 다양한 기능기를 매우 잘 견디며, 종종 우수한 입체 및 위치 특이성을 제공하여 보호기 사용의 필요성을 줄여줍니다. 팔라듐 촉매는 매우 다용도적인 촉매군을 형성하며, 헤크 커플링, 스즈키 커플링, 스틸 커플링, 히야마 커플링, 소노가시라 커플링, 네기시 커플링, 부크발트-하트비그 아미노화 반응 등 탄소 결합 형성 반응(주로 C-C, C-O, C-N 및 C-F 결합)에 사용되는 것으로 알려져 있습니다.

이종 촉매 반응에서 린들러 촉매(또는 린들러 팔라듐)와 같은 팔라듐 촉매는 선택적 수소화 촉진에 매우 효율적입니다. 여기에는 삼중 결합을 시스 이중 결합으로 전환하는 반응, 폴리올레핀의 단일 수소화 반응, 아지드 화합물의 아민으로의 수소화 반응 등이 포함됩니다.

머크의 광범위한 고기능성 균질 및 비균질 팔라듐 촉매 제품군을 검토해 보시기 바랍니다. 정제 및 반응 후 처리의 편의성을 더욱 높이기 위해, 다양한 결합 형성 및 수소화/환원 반응에 적합한 재활용 가능 및 고정화 Pd Encat^® 촉매 제품군과 함께 지지체 부착 Pd 촉매도 선별하여 포함하였습니다.

머크의 포트폴리오는 유기 합성에서 전이 금속 촉매를 위한 다양한 고품질 은 촉매도 제공합니다. 은 복합체의 높은 산화력과 높은 산화 전위로 인해 은 촉매가 널리 사용됩니다. 또한 은 활성화제로도 작용하며 금과 같은 다른 촉매의 전기 음성도(electronegativity)를 향상시킵니다. 유기 및 무기 합성은 은 화합물의 화학량론적 산화 전위로부터 이점을 얻습니다. 은 촉매를 이용한 균일계 유기 변환은 높은 입체 선택성 및 위치 선택성을 지닌 반응을 촉매할 수 있는 은의 독특한 산화 환원 화학을 보여줍니다. 은 촉매는 분자간 및 분자내 결합 형성을 모두 효율적으로 매개한다. 은 촉매를 포함한 이종 촉매 과정에는 NO_x 환원 및 일산화탄소(CO)의 이산화탄소(CO₂)로의 촉매적 산화가 포함된다. 은(I) 염은 또한 여러 은 촉매 친핵성 부가 반응 및 유기 변환에 사용된다.

머크는 유기 합성에서 다양한 작용기의 수소화 및 탈수소화 반응을 위한 효율적인 백금 촉매(예: 이산화 백금, 애덤스 촉매라고도 함)를 제공합니다. 반응 과정에서 활성 백금 촉매인 백금 흑색이 생성됩니다. 알킨에 백금 촉매를 적용하면 시스-첨가 반응이 일어나 시스-알켄이 형성됩니다. 백금 촉매를 이용한 가장 중요한 변환 반응으로는 니트로 화합물의 아민화 및 케톤의 알코올화가 있습니다. 특히, 니트로기가 존재하는 상태에서도 아담스 촉매를 사용하면 니트로기를 환원시키지 않고 알켄의 환원 반응을 수행할 수 있습니다. 니트로 화합물을 아민으로 환원할 때 수소분해를 최소화하기 위해 팔라듐 촉매보다 백금 촉매가 선호된다. 이 백금 촉매는 또한 페닐 포스페이트 에스테르의 수소분해 반응에도 사용되며, 이는 팔라듐 촉매로는 발생하지 않는 반응이다.

1980년대 이전에는 금이 촉매 활성이 거의 없다고 여겨졌다. F. 딘 토스트(캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스) 등이 주도한 발전으로 금은 전이 금속 촉매 분야의 최전선으로 부상했다. 특히, 포스핀 결합 금(I) 복합체는 최근 온화한 조건에서 다양한 반응을 수행할 수 있는 강력한 C–C 결합 형성 촉매로 부상했다. 유용한 C–C 결합 형성 방법으로는 사이클로프로판화, 에인 이성질화, 라우텐슈트라우흐 재배열, 에네 반응, 고리 확장 등이 있다. 일반적으로 촉매 시스템은 인화물 금(I) 염화물 복합체와 은염 보조촉매를 조합하여 활성종을 현장 생성하는 방식을 채택한다.