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A misteriosa viagem no tempo da química: o que é uma "reação em cascata"?
No campo da química, a eficiência e a diversidade das reações têm se tornado frequentemente o foco da exploração dos pesquisadores, especialmente quando se trata de "Reação em Cascata" (Reação em Cascata). Esta reação permite que os químicos realizem múltiplas alterações químicas sequenciais em um único processo, muitas vezes sem a necessidade de isolar intermediários. Isto não só melhora a eficiência da reação, mas também reduz a geração de resíduos químicos, representando uma tendência inovadora na síntese química moderna.
Uma reação em cascata é um processo químico que consiste em pelo menos duas reações consecutivas, de modo que cada reação subsequente depende dos grupos químicos funcionais gerados na etapa anterior.
Nestas reações, um ponto importante é que durante a reação em cascata, as condições de reação não mudarão conforme as etapas mudam, nem novos reagentes serão adicionados após a reação inicial. Este método é diferente dos "procedimentos one-pot". Embora este último possa realizar múltiplas reações sem isolar intermediários, não exclui a adição de novos reagentes ou a possibilidade de alterações após a primeira reação.
As principais vantagens das reações em cascata incluem alta economia de átomos e redução de resíduos gerados por muitos processos químicos. Além disso, reduz o tempo e o esforço necessários para realizar a síntese química. A eficácia e a utilidade de tais reações podem, na verdade, ser medidas por diversas métricas, tais como o número de ligações formadas na reação global, até que ponto a complexidade estrutural é aumentada pelo processo e a sua aplicabilidade a uma classe mais ampla de substratos.
Já em 1917, a síntese de "Europein" relatada por Robinson foi um dos primeiros exemplos de reações em cascata.
Desde então, o uso de reações em cascata cresceu rapidamente no campo da síntese total, estimulando o desenvolvimento de muitas novas metodologias orgânicas. Nas últimas décadas, as revisões da literatura sobre tais reações proliferaram. Digno de nota é a crescente ênfase no desenvolvimento de catálise assimétrica para processos em cascata utilizando organocatalisadores quirais ou complexos de metais de transição.
No entanto, a classificação das reações em cascata é muitas vezes difícil devido à diversidade de transformações em múltiplas etapas. O famoso químico K. C. Nicolaou divide tais reações em reações nucleofílicas/eletrofílicas, reações de radicais livres, reações pericíclicas ou reações catalisadas por metais de transição com base nos mecanismos de etapas envolvidos. Contudo, esta distinção torna-se bastante arbitrária quando múltiplas categorias de respostas são incluídas na mesma cascata, muitas vezes rotulando todo o processo de acordo com os chamados “temas principais”.
Nas reações em cascata, quase todos os exemplos provêm da síntese total de moléculas complexas para destacar sua excelente praticidade sintética.
Reação em cascata nucleofílica/eletrofílica
A reação em cascata nucleofílica/eletrofílica refere-se a uma sequência em cascata na qual a etapa principal é o ataque nucleofílico ou eletrofílico. Um exemplo é a síntese assimétrica de curto alcance do antibiótico de amplo espectro (–)-cloranfenicol. Neste processo, após o álcool epóxi quiral reagir com o dicloroacetonitrila na presença de NaH, o produto correspondente é ainda produzido por uma reação em cascata mediada por BF3·Et2O.
Outro exemplo é a síntese total do produto natural pentaleneno. Em última análise, esta etapa gera o composto alvo através de uma série de reações de ataque nucleofílico.
Reação em cascata organocatalítica
Como uma subcategoria de reações nucleofílicas/eletrofílicas, as reações organocatalíticas em cascata derivam o ataque nucleofílico crítico de organocatalisadores. Na síntese total do produto natural harzifilona, conquistas notáveis também foram alcançadas através de reações organocatalíticas em cascata.
Reação em cascata de radicais livres
A etapa chave na reação em cascata de radicais livres é a reação de radicais livres. Este tipo de reação tornou-se um excelente método de síntese devido à alta reatividade das espécies de radicais livres. Em 1985, a síntese global de (±)-hirsuteno demonstrou a eficácia da cascata de radicais livres, que envolveu reações de ciclização de radicais livres em várias etapas.
Reação em cascata pericíclica
As reações periciclos são as mais comuns nas transformações em cascata, incluindo reações de cicloadição, reações eletrocíclicas e recombinação de translocação σ. Por exemplo, em 1982, Nicolaou relatou a reação em cascata do ácido endiandrico, demonstrando a coerência geral deste processo.
Reação em cascata catalisada por metal de transição
Combinando a novidade da química organometálica com o poder sintético das reações em cascata, as sequências em cascata catalisadas por metais de transição oferecem mais vantagens ecológicas e econômicas. Por exemplo, o potencial da catálise metálica foi demonstrado através da síntese de produtos bioativos de tetrahidrotriptofano através de uma reação em cascata catalisada por ósmio.
Sejam reações em cascata catalisadas por nucleofílicas, radicais livres ou metais de transição, todas elas mostram as infinitas possibilidades e o romance da síntese química. Isto faz com que as pessoas se perguntem: quantos segredos químicos desconhecidos estão à espera de serem descobertos em futuras pesquisas científicas?
