Kaskadreaktioner

Kaskadreaktioner är kemiska reaktionssekvenser där flera omvandlingar genomförs i en enda reaktion utan att mellanprodukterna isoleras. Produkterna från ett steg används som reaktanter i nästa, och ofta drivs hela processen av samma katalysator eller under samma uppsättning villkor. Kaskadreaktioner används inom organiska synteser, biokatalys och polymerisation för att bygga upp komplexa molekyler på ett effektivt sätt.

Klassificering och begrepp används ofta synonymt, men man talar vanligtvis om domino- eller tandem-kaskadreaktioner samt one-pot-kaskadreaktioner. Domino eller tandem beskriver att flera steg sker i följd utan att mellanprodukterna isoleras, medan one-pot betonar att allt sker i en gemensam blandning under oförändrade villkor.

Viktiga principer för design inkluderar kompatibilitet mellan reaktionsvillkor såsom temperatur, pH och lösningsmedel, chemoselektivitet samt kontroll över kinetiken. Framgångsrika kaskadreaktioner kräver ofta noggrant urval av katalysatorer eller biokatalysatorer som fungerar över hela kedjan utan att förlora aktivitet i senare steg. Planering innefattar även att mellanprodukterna är tillräckligt stabila och att potentiella sidoreaktioner hanteras.

Fördelarna med kaskadreaktioner inkluderar ökad atom- och stegeffektivitet, minskat behov av isolering och rening samt ofta lägre avfallsmängd och kostnader. Begränsningar består i att flera steg måste vara kemiskt kompatibla, risk för oönskade sidoreaktioner och utmaningar vid uppskalning och purifikation av slutprodukten.

Användningarna är särskilt viktiga inom läkemedels-och materialforskning, där kaskadreaktioner möjliggör snabbare och mer hållbara synteser av komplexa molekyler. Biokatalytiska kaskadreaktioner används också för att kombinera flera enzymsteg i ett enhetligt system.