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El misterioso viaje en el tiempo de la química: ¿Qué es una "reacción en cascada"?
En el campo de la química, la eficiencia y diversidad de reacciones a menudo se han convertido en el foco de exploración de los investigadores, especialmente cuando se trata de "Reacción en cascada" (Reacción en cascada). Esta reacción permite a los químicos realizar múltiples cambios químicos secuenciales en un solo proceso, a menudo sin la necesidad de aislar intermediarios. Esto no sólo mejora la eficiencia de la reacción sino que también reduce la generación de residuos químicos, lo que representa una tendencia innovadora en la síntesis química moderna.
Una reacción en cascada es un proceso químico que consta de al menos dos reacciones consecutivas, por lo que cada reacción posterior depende de los grupos funcionales químicos generados en el paso anterior.
En estas reacciones, un punto importante es que durante la reacción en cascada, las condiciones de reacción no cambian a medida que cambian los pasos y no se agregan nuevos reactivos después de la reacción inicial. Este método es diferente de los "procedimientos de un solo recipiente". Aunque este último puede llevar a cabo múltiples reacciones sin aislar intermedios, no excluye la posibilidad de agregar nuevos reactivos o cambios después de la primera reacción.
Las principales ventajas de las reacciones en cascada incluyen una alta economía de átomos y una reducción de los residuos generados por muchos procesos químicos. No sólo eso, sino que reduce el tiempo y el esfuerzo necesarios para realizar la síntesis química. La efectividad y utilidad de tales reacciones en realidad se pueden medir mediante varias métricas, como la cantidad de enlaces formados en la reacción general, el grado en que el proceso aumenta la complejidad estructural y su aplicabilidad a una clase más amplia de sustratos.
Ya en 1917, la síntesis de "Europein" presentada por Robinson fue un ejemplo temprano de reacciones en cascada.
Desde entonces, el uso de reacciones en cascada ha crecido rápidamente en el campo de la síntesis total, estimulando el desarrollo de muchas metodologías orgánicas nuevas. En las últimas décadas han proliferado las revisiones de la literatura sobre tales reacciones. De particular interés es el creciente énfasis en el desarrollo de catálisis asimétrica para procesos en cascada utilizando organocatalizadores quirales o complejos de metales de transición.
Sin embargo, la clasificación de reacciones en cascada suele ser difícil debido a la diversidad de transformaciones de varios pasos. El famoso químico K. C. Nicolaou divide tales reacciones en reacciones nucleofílicas/electrófilas, reacciones de radicales libres, reacciones pericíclicas o reacciones catalizadas por metales de transición según los mecanismos de paso involucrados. Sin embargo, esta distinción se vuelve bastante arbitraria cuando se incluyen múltiples categorías de respuesta en la misma cascada, etiquetando a menudo todo el proceso según los llamados "temas principales".
En las reacciones en cascada, casi todos los ejemplos provienen de la síntesis total de moléculas complejas para resaltar su excelente practicidad sintética.
Reacción en cascada nucleófila/electrófila
La reacción en cascada nucleófila/electrófila se refiere a una secuencia en cascada en la que el paso clave es el ataque nucleofílico o electrófilo. Un ejemplo es la síntesis asimétrica de corto alcance del antibiótico de amplio espectro (–)-cloranfenicol. En este proceso, después de que el alcohol epoxi quiral reacciona con dicloroacetonitrilo en presencia de NaH, el producto correspondiente se produce adicionalmente mediante una reacción en cascada mediada por BF3·Et2O.
Otro ejemplo es la síntesis total del producto natural pentaleno. En última instancia, este paso genera el compuesto objetivo a través de una serie de reacciones de ataque nucleofílico.
Reacción en cascada organocatalítica
Como subcategoría de reacciones nucleofílicas/electrófilas, las reacciones en cascada organocatalíticas derivan el ataque nucleofílico crítico de los organocatalizadores. En la síntesis total del producto natural harzifilona, también se han logrado logros notables mediante reacciones organocatalíticas en cascada.
Reacción en cascada de radicales libres
El paso clave en la reacción en cascada de radicales libres es la reacción de radicales libres. Este tipo de reacción se ha convertido en un excelente método de síntesis debido a la alta reactividad de las especies de radicales libres. En 1985, la síntesis general de (±)-hirsuteno demostró la eficacia de la cascada de radicales libres, que implicaba reacciones de ciclación de radicales libres de varios pasos.
Reacción en cascada pericíclica
Las reacciones periciclo son las más comunes en las transformaciones en cascada, incluidas las reacciones de cicloadición, las reacciones electrocíclicas y la recombinación de translocación σ. Por ejemplo, en 1982, Nicolaou informó sobre la reacción en cascada del ácido endiándrico, demostrando la coherencia general de este proceso.
Reacción en cascada catalizada por metales de transición
Combinando la novedad de la química organometálica con el poder sintético de las reacciones en cascada, las secuencias en cascada catalizadas por metales de transición ofrecen más ventajas ecológicas y económicas. Por ejemplo, el potencial de la catálisis de metales se demostró mediante la síntesis de productos bioactivos de tetrahidrotriptófano mediante una reacción en cascada catalizada por osmio.
Ya sean reacciones en cascada catalizadas por metales de transición, nucleófilas, por radicales libres, todas muestran las infinitas posibilidades y el romanticismo de la síntesis química. Esto hace que la gente se pregunte: ¿cuántos secretos químicos desconocidos esperan que descubramos en futuras investigaciones científicas?
