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化学における不思議なタイムトラベル：「カスケード反応」とは何か？」
化学の分野では、特に「カスケード反応」(カスケード反応) に関しては、反応の効率と多様性が研究者の探求の焦点となることがよくあります。この反応により、化学者は、多くの場合中間体を単離することなく、単一のプロセスで複数の連続した化学変化を実行できるようになります。これにより、反応効率が向上するだけでなく、化学廃棄物の生成も削減され、現代の化学合成における革新的なトレンドを表しています。
カスケード反応は、少なくとも 2 つの連続した反応で構成される化学プロセスであるため、後続の各反応は前のステップで生成された化学官能基に依存します。
これらの反応において重要な点は、カスケード反応中、ステップが変化しても反応条件が変化せず、最初の反応後に新たな試薬を追加しないことです。この方法は「ワンポット手順」とは異なり、中間体を単離せずに複数の反応を実行できますが、最初の反応後の新しい試薬の追加や条件の変更の可能性を排除するものではありません。
カスケード反応の主な利点には、高い原子経済性と多くの化学プロセスで生成される廃棄物の削減が含まれます。それだけでなく、化学合成に必要な時間と労力も削減されます。このような反応の有効性と有用性は、実際には、反応全体で形成される結合の数、プロセスによって構造の複雑さがどの程度増加するか、より広範な種類の基質への適用可能性など、いくつかの指標によって測定できます。
1917 年には、ロビンソンによって報告された「ヨーロッパイン」の合成がカスケード反応の初期の例でした。
それ以来、カスケード反応の使用は全合成の分野で急速に成長し、多くの新しい有機手法の開発に拍車をかけています。過去数十年にわたり、そのような反応に関する文献のレビューが急増しました。特に注目すべきは、キラル有機触媒または遷移金属錯体を使用したカスケードプロセスのための不斉触媒の開発にますます重点が置かれていることです。
ただし、多段階変換の多様性により、カスケード反応の分類は困難なことがよくあります。有名な化学者 K. C. ニコラウは、関与する段階機構に基づいて、このような反応を求核/求電子反応、フリーラジカル反応、周環反応、または遷移金属触媒反応に分類しています。ただし、複数の回答カテゴリが同じカスケードに含まれる場合、この区別は非常に恣意的になり、いわゆる「主要テーマ」に従ってプロセス全体にラベルが付けられることがよくあります。
カスケード反応では、ほとんどすべての例が複雑な分子の全合成から得られ、その優れた合成の実用性が強調されています。
求核/求電子カスケード反応
求核/求電子カスケード反応とは、重要なステップが求核攻撃または求電子攻撃であるカスケード シーケンスを指します。一例は、広域抗生物質 (-)-クロラムフェニコールの短距離不斉合成です。このプロセスでは、キラルエポキシアルコールがNaHの存在下でジクロロアセトニトリルと反応した後、BF3・Et2Oを介したカスケード反応によって対応する生成物がさらに生成されます。
もう 1 つの例は、天然物であるペンタレンの全合成です。このステップでは、一連の求核攻撃反応を通じて最終的に標的化合物を生成します。
有機触媒カスケード反応
求核/求電子反応のサブカテゴリーとして、有機触媒カスケード反応は、有機触媒からの重要な求核攻撃を引き起こします。天然物ハルジフィロンの全合成においては、有機触媒カスケード反応によっても顕著な成果が達成されています。
フリーラジカルカスケード反応
フリーラジカルカスケード反応の重要なステップはフリーラジカル反応です。このタイプの反応は、フリーラジカル種の反応性が高いため、優れた合成方法となっています。 1985 年、(±)-ヒルステインの全体的な合成により、多段階のフリーラジカル環化反応を含むフリーラジカル カスケードの有効性が実証されました。
周環式カスケード反応
周環体反応は、付加環化反応、電気環反応、σ 転座組換えなどのカスケード変換で最も一般的です。たとえば、1982 年に Nicolaou はエンジアンドリック酸カスケード反応を報告し、このプロセスの全体的な一貫性を実証しました。
遷移金属触媒によるカスケード反応
有機金属化学の新規性とカスケード反応の合成力を組み合わせることで、遷移金属触媒によるカスケード シーケンスは、より生態学的かつ経済的な利点をもたらします。たとえば、金属触媒の可能性は、オスミウム触媒によるカスケード反応による生物活性テトラヒドロトリプトファン生成物の合成を通じて実証されました。
求核反応、フリーラジカル反応、または遷移金属触媒によるカスケード反応のいずれであっても、それらはすべて化学合成の無限の可能性とロマンを示しています。このことから人々は、将来の科学研究でどれほど多くの未知の化学秘密が解明されるのを待っているのだろうかと疑問に思うでしょう。
