Language
Country/Area
No result found
Таинственное химическое путешествие во времени: что такое «каскадная реакция»?
В области химии эффективность и разнообразие реакций часто становятся предметом исследований исследователей, особенно когда речь идет о «каскадных реакциях» (Cascade Reaction). Эта реакция позволяет химикам выполнять несколько последовательных химических изменений в одном процессе, часто без необходимости изолировать промежуточные соединения. Это не только повышает эффективность реакции, но и снижает образование химических отходов, что представляет собой инновационную тенденцию в современном химическом синтезе.
Каскадная реакция — это химический процесс, состоящий как минимум из двух последовательных реакций, поэтому каждая последующая реакция зависит от химических функциональных групп, образовавшихся на предыдущем этапе.
Важным моментом в этих реакциях является то, что в ходе каскадной реакции условия реакции не меняются по мере изменения стадий, и после начальной реакции не добавляются новые реагенты. Этот метод отличается от «процедур в одном сосуде». Хотя последний позволяет проводить несколько реакций без выделения промежуточных продуктов, он не исключает возможности добавления новых реагентов или изменения условий после первой реакции.
Основными преимуществами каскадных реакций являются высокая атомная экономичность и уменьшение количества отходов, образующихся при многих химических процессах. Мало того, это сокращает время и усилия, необходимые для проведения химического синтеза. Эффективность и полезность таких реакций на самом деле можно измерить по нескольким показателям, таким как количество связей, образующихся в общей реакции, степень увеличения структурной сложности процесса и его применимость к более широкому классу субстратов.
Еще в 1917 году синтез «Европеина», о котором сообщил Робинсон, был ранним примером каскадных реакций.
С тех пор использование каскадных реакций быстро расширилось в области полного синтеза, что стимулировало развитие многих новых органических методологий. За последние несколько десятилетий увеличилось количество обзоров литературы по таким реакциям. Особо следует отметить растущее внимание к разработке асимметричного катализа каскадных процессов с использованием хиральных органокатализаторов или комплексов переходных металлов.
Однако классификация каскадных реакций зачастую затруднена из-за разнообразия многоступенчатых превращений. Знаменитый химик К. К. Николау делит такие реакции на нуклеофильные/электрофильные реакции, свободнорадикальные реакции, перициклические реакции или реакции, катализируемые переходными металлами, в зависимости от ступенчатого механизма. Однако это различие становится совершенно произвольным, когда в один и тот же каскад включаются несколько категорий ответов, часто весь процесс распределяется по так называемым «основным темам».
В каскадных реакциях почти все примеры взяты из полного синтеза сложных молекул, что подчеркивает их исключительную синтетическую практичность.
Нуклеофильная/электрофильная каскадная реакция
Нуклеофильная/электрофильная каскадная реакция относится к каскадной последовательности, в которой ключевым этапом является нуклеофильная или электрофильная атака. Одним из примеров является асимметричный синтез ближнего действия антибиотика широкого спектра действия (–)-хлорамфеникола. В этом процессе после реакции хирального эпоксидного спирта с дихлорацетонитрилом в присутствии NaH соответствующий продукт дополнительно образуется в результате каскадной реакции, опосредованной BF3·Et2O.
Другим примером является полный синтез природного продукта пенталенена. На этом этапе в конечном итоге образуется целевое соединение посредством серии реакций нуклеофильной атаки.
Органокаталитическая каскадная реакция
Являясь подкатегорией нуклеофильных/электрофильных реакций, органокаталитические каскадные реакции получают критическую нуклеофильную атаку со стороны органокатализаторов. В полном синтезе природного продукта гарзифилона замечательные достижения также были достигнуты за счет органокаталитических каскадных реакций.
Свободнорадикальная каскадная реакция
Ключевым этапом свободнорадикальной каскадной реакции является свободнорадикальная реакция. Этот тип реакции стал отличным методом синтеза из-за высокой реакционной способности свободных радикалов. В 1985 году общий синтез (±)-гирсутена продемонстрировал эффективность свободнорадикального каскада, который включал многоступенчатые реакции свободнорадикальной циклизации.
Перициклическая каскадная реакция
Реакции перицикла являются наиболее распространенными в каскадных превращениях, включая реакции циклоприсоединения, электроциклические реакции и σ-транслокационную рекомбинацию. Например, в 1982 году Николау сообщил о каскадной реакции эндиандровой кислоты, продемонстрировав общую последовательность этого процесса.
Каскадная реакция, катализируемая переходными металлами
Сочетая новизну металлоорганической химии с синтетической силой каскадных реакций, каскадные последовательности, катализируемые переходными металлами, предлагают больше экологических и экономических преимуществ. Например, потенциал металлического катализа был продемонстрирован посредством синтеза биоактивных продуктов тетрагидротриптофана посредством каскадной реакции, катализируемой осмием.
Будь то каскадные реакции, катализируемые нуклеофилами, свободными радикалами или переходными металлами, все они демонстрируют безграничные возможности и романтику химического синтеза. Это заставляет людей задаться вопросом: сколько неизвестных химических тайн ждет нас, чтобы раскрыть в будущих научных исследованиях?
