Language
Country/Area
No result found
Sự du hành thời gian bí ẩn của hóa học: "Phản ứng tầng" là gì?
Trong lĩnh vực hóa học, hiệu suất và tính đa dạng của các phản ứng thường trở thành trọng tâm khám phá của các nhà nghiên cứu, đặc biệt khi nói đến “Cascade Reaction” (Cascade Reaction). Phản ứng này cho phép các nhà hóa học thực hiện nhiều thay đổi hóa học tuần tự trong một quy trình duy nhất, thường không cần phải tách các chất trung gian. Điều này không chỉ cải thiện hiệu suất phản ứng mà còn làm giảm việc tạo ra chất thải hóa học, thể hiện xu hướng đổi mới trong tổng hợp hóa học hiện đại.
Phản ứng nối tầng là một quá trình hóa học bao gồm ít nhất hai phản ứng liên tiếp, do đó mỗi phản ứng tiếp theo phụ thuộc vào các nhóm chức hóa học được tạo ra ở bước trước.
Trong các phản ứng này, điểm quan trọng là trong phản ứng tầng, các điều kiện phản ứng không thay đổi khi các bước thay đổi và không có thuốc thử mới nào được thêm vào sau phản ứng ban đầu. Phương pháp này khác với "quy trình một bình". Mặc dù phương pháp sau có thể thực hiện nhiều phản ứng mà không cần tách các chất trung gian, nhưng nó không loại trừ khả năng bổ sung các thuốc thử mới hoặc thay đổi sau phản ứng đầu tiên.
Ưu điểm chính của phản ứng tầng bao gồm tính tiết kiệm nguyên tử cao và giảm chất thải do nhiều quá trình hóa học tạo ra. Không chỉ vậy, nó còn làm giảm thời gian và công sức cần thiết để thực hiện tổng hợp hóa học. Hiệu quả và tiện ích của các phản ứng như vậy thực sự có thể được đo lường bằng một số số liệu, chẳng hạn như số lượng liên kết được hình thành trong phản ứng tổng thể, mức độ phức tạp về cấu trúc được tăng lên trong quá trình và khả năng ứng dụng của nó đối với loại cơ chất rộng hơn.
Ngay từ năm 1917, sự tổng hợp "Europein" do Robinson báo cáo đã là một ví dụ ban đầu về phản ứng tầng.
Kể từ đó, việc sử dụng phản ứng tầng đã phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực tổng hợp tổng hợp, thúc đẩy sự phát triển của nhiều phương pháp hữu cơ mới. Trong vài thập kỷ qua, các tài liệu nghiên cứu về những phản ứng như vậy đã tăng lên nhanh chóng. Đặc biệt lưu ý là sự nhấn mạnh ngày càng tăng vào việc phát triển xúc tác bất đối xứng cho các quá trình xếp tầng sử dụng chất xúc tác hữu cơ bất đối hoặc phức kim loại chuyển tiếp.
Tuy nhiên, việc phân loại các phản ứng tầng thường gặp khó khăn do tính đa dạng của các phép biến đổi gồm nhiều bước. Nhà hóa học nổi tiếng K. C. Nicolaou chia các phản ứng đó thành phản ứng ái nhân/điện di, phản ứng gốc tự do, phản ứng quanh vòng hoặc phản ứng xúc tác kim loại chuyển tiếp dựa trên các cơ chế bước liên quan. Tuy nhiên, sự phân biệt này trở nên khá tùy tiện khi nhiều loại phản hồi được đưa vào cùng một tầng, thường gắn nhãn cho toàn bộ quá trình theo cái gọi là "chủ đề chính".
Trong các phản ứng theo tầng, hầu hết tất cả các ví dụ đều đến từ sự tổng hợp tổng thể các phân tử phức tạp để làm nổi bật tính thực tế tổng hợp tuyệt vời của chúng.
Phản ứng tầng ái nhân/chảy điện di
Phản ứng tầng nucleophilic/electrophilic đề cập đến một chuỗi tầng trong đó bước quan trọng là tấn công nucleophilic hoặc electrophilic. Một ví dụ là sự tổng hợp không đối xứng trong phạm vi ngắn của kháng sinh phổ rộng (-)-chloramphenicol. Trong quy trình này, sau khi rượu epoxy chirus phản ứng với dichloroacetonitrile với sự có mặt của NaH, sản phẩm tương ứng tiếp tục được tạo ra bằng phản ứng nối tầng được trung gian bởi BF3·Et2O.
Một ví dụ khác là sự tổng hợp tổng thể sản phẩm tự nhiên pentalenene. Bước này cuối cùng tạo ra hợp chất mục tiêu thông qua một loạt các phản ứng tấn công ái nhân.
Phản ứng tầng xúc tác hữu cơ
Là một tiểu thể loại của các phản ứng ái nhân/điện di, các phản ứng xếp tầng xúc tác hữu cơ bắt nguồn từ sự tấn công ái nhân quan trọng từ các chất xúc tác hữu cơ. Trong quá trình tổng hợp tổng hợp sản phẩm tự nhiên harziphilone, những thành tựu đáng chú ý cũng đã đạt được thông qua các phản ứng phân tầng xúc tác hữu cơ.
Phản ứng phân tầng gốc tự do
Bước quan trọng trong phản ứng phân tầng gốc tự do là phản ứng gốc tự do. Loại phản ứng này đã trở thành một phương pháp tổng hợp tuyệt vời do khả năng phản ứng cao của các loại gốc tự do. Năm 1985, quá trình tổng hợp tổng thể (±)-hirsutene đã chứng minh tính hiệu quả của dòng gốc tự do, bao gồm các phản ứng tạo vòng gốc tự do gồm nhiều bước.
Phản ứng tầng tuần hoàn
Phản ứng ba vòng là phản ứng phổ biến nhất trong các phép biến đổi tầng, bao gồm phản ứng cộng vòng, phản ứng điện vòng và tái tổ hợp dịch chuyển σ. Ví dụ, vào năm 1982, Nicolaou đã báo cáo phản ứng bậc thang axit endiandric, thể hiện sự gắn kết tổng thể của quá trình này.
Phản ứng tầng xúc tác kim loại chuyển tiếp
Kết hợp tính mới của hóa học kim loại hữu cơ với sức mạnh tổng hợp của các phản ứng tầng, các chuỗi tầng xúc tác kim loại chuyển tiếp mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và sinh thái hơn. Ví dụ, tiềm năng xúc tác kim loại đã được chứng minh thông qua quá trình tổng hợp các sản phẩm tetrahydrotryptophan có hoạt tính sinh học thông qua phản ứng xếp tầng được xúc tác osmium.
Cho dù đó là phản ứng xếp tầng xúc tác nucleophilic, gốc tự do hay kim loại chuyển tiếp, chúng đều cho thấy khả năng vô hạn và sự lãng mạn của quá trình tổng hợp hóa học. Điều này khiến người ta thắc mắc, có bao nhiêu bí mật hóa học chưa được biết đến đang chờ đợi chúng ta khám phá trong những nghiên cứu khoa học tương lai?
