Intramolecular en química describe un proceso o característica limitada dentro de la estructura de una sola molécula , una propiedad o fenómeno limitado a la extensión de una sola molécula.
Ejemplos de
- transferencia de hidruro intramolecular (transferencia de un ion hidruro de una parte a otra dentro de la misma molécula)
- enlace de hidrógeno intramolecular (un enlace de hidrógeno formado entre dos grupos funcionales de la misma molécula)
- Ciclación de ω-haloalquilaminas y alcoholes para formar los correspondientes heterociclos saturados de nitrógeno y oxígeno, respectivamente (una reacción S N 2 dentro de la misma molécula)
En reacciones orgánicas intramoleculares , dos sitios de reacción están contenidos dentro de una sola molécula. Esto crea una concentración efectiva muy alta (que da como resultado altas velocidades de reacción ) y, por lo tanto, muchas reacciones intramoleculares que no ocurrirían como reacción intermolecular entre dos compuestos.
Ejemplos de reacciones intramoleculares son el reordenamiento de Smiles , la condensación de Dieckmann y la síntesis de Madelung .
Tasas relativas
Las reacciones intramoleculares, especialmente las que conducen a la formación de anillos de 5 y 6 miembros, son rápidas en comparación con un proceso intermolecular análogo. Esto es en gran parte una consecuencia del costo entrópico reducido para alcanzar el estado de transición de formación de anillos y la ausencia de tensión significativa asociada con la formación de anillos de estos tamaños. Para la formación de anillos de diferentes tamaños mediante la ciclación de sustratos de longitud variable de la correa, el orden de las velocidades de reacción (constantes de velocidad k n para la formación de un anillo de n miembros) suele ser k 5 > k 6 > k 3 > k 7 > k 4 como se muestra a continuación para una serie de ω-bromoalquilaminas. Esta tendencia de velocidad algo complicada refleja la interacción de estos factores entrópicos y de tensión:
norte | k rel | norte | k rel | norte | k rel |
---|---|---|---|---|---|
3 | 0,1 | 6 | 1,7 | 12 | 0,00001 |
4 | 0,002 | 7 | 0,03 | 14 | 0,0003 |
5 | 100 | 10 | 0,00000001 | 15 | 0,0003 |
Para los 'anillos pequeños' (de 3 y 4 miembros ), las velocidades lentas son una consecuencia de la deformación angular experimentada en el estado de transición. Aunque los anillos de tres miembros están más tensos, la formación de aziridina es más rápida que la formación de azetidina debido a la proximidad del grupo saliente y el nucleófilo en el primero, lo que aumenta la probabilidad de que se encuentren en una conformación reactiva. El mismo razonamiento se aplica a los 'anillos no tensados' ( 5, 6 y 7 miembros ). La formación de "anillos de tamaño mediano" (de 8 a 13 miembros ) es particularmente desfavorable debido a una combinación de un costo entrópico cada vez más desfavorable y la presencia adicional de tensión transanular que surge de interacciones estéricas a través del anillo. Finalmente, para los 'anillos grandes' ( 14 miembros o más ), las constantes de velocidad se estabilizan, ya que la distancia entre el grupo saliente y el nucleófilo es ahora tan grande que la reacción ahora es efectivamente intermolecular. [1] [2]
Aunque los detalles pueden cambiar algo, las tendencias generales se mantienen para una variedad de reacciones intramoleculares, incluidos los procesos mediados por radicales y (en algunos casos) los procesos catalizados por metales de transición.
Reacciones intramoleculares ancladas [2 + 2]
Las reacciones [2 + 2] intramoleculares ancladas implican la formación de ciclobutano y ciclobutanona a través de fotocicloadiciones intramoleculares 2 + 2 . El anclaje asegura la formación de un sistema multicíclico.
La longitud de la correa afecta el resultado estereoquímico de la reacción [2 + 2]. Las ataduras más largas tienden a generar el producto "directo" donde el carbono terminal del alqueno está unido al-carbono del enona . [3] Cuando la atadura consta de solo dos carbonos, el producto "doblado" se genera donde el-El carbono de la enona está conectado al carbono terminal del alqueno (Figura 2). [4]
Las reacciones ligadas [2 + 2] se han utilizado para sintetizar compuestos orgánicos con interesantes topologías y sistemas de anillos . Por ejemplo, EJ Corey y colaboradores utilizaron la fotociclización [2 + 2] para construir la estructura del núcleo tricíclico en el ginkgólido B en 1988. [5]
Ataduras moleculares
En un concepto de nicho llamado ataduras moleculares , las reacciones intermoleculares de otro modo se pueden hacer temporalmente intramoleculares anclando ambas reacciones mediante una atadura con todas las ventajas asociadas. Las opciones populares de amarre contienen un éster de carbonato , éster borónico , éter de sililo o un enlace de acetal de sililo ( ataduras de silicio ) [6] [7] que son bastante inertes en muchas reacciones orgánicas pero que pueden escindirse mediante reactivos específicos. El principal obstáculo para que esta estrategia funcione es seleccionar la longitud adecuada para la correa y asegurarse de que los grupos reactivos tengan una orientación óptima entre sí. Un ejemplo es una reacción de Pauson-Khand de un alqueno y un alquino unidos mediante un silil éter. [8]
En esta reacción en particular, el ángulo de unión que une a los grupos reactivos se reduce de manera efectiva colocando grupos isopropilo en el átomo de silicio a través del efecto Thorpe-Ingold . No se produce ninguna reacción cuando estos grupos voluminosos se reemplazan por grupos metilo más pequeños.
Otro ejemplo es una cicloadición fotoquímica [2 + 2] con dos grupos alqueno unidos a través de un grupo acetal de silicio (racémico, el otro enantiómero no representado), que posteriormente es escindido por TBAF produciendo el endodiol.
Sin la atadura, se forma el isómero exo . [9]
Referencias
- ^ Streitwieser, Andrew; Heathcock, Clayton H .; Kosower, Edward M. (2017). Introducción a la química orgánica . Nueva Delhi: Medtech (Scientific International, reimpresión de la cuarta edición revisada de 1998, Macmillan). pag. 198. ISBN 9789385998898.
- ^ Jonathan Clayden (2001). Química orgánica . Oxford: Prensa de la Universidad de Oxford. págs. 454]. ISBN 0198503474. OCLC 43338068 .
- ^ Coates, RM; Senter, PD; Baker, WR (1982). "Expansión anular anular vía intramolecular [2 + 2] fotocicloadición de α, β-γ-lactonas insaturadas y escisión reductora: síntesis de hidrociclopentacicloocteno-5-carboxilatos". J. Org. Chem . 47 : 3597. doi : 10.1021 / jo00140a001 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Tamura, Y .; Kita, Y .; Ishibashi, H .; Ikeda, M. (1971). "Fotocicloadición intramolecular de 3-aliloxi- y 3-alilamino-ciclohex-2-enonas: formación de oxa- y aza-biciclo [2,1,1] hexanos". J. Chem. Soc. D . 19 : 1167. doi : 10.1039 / C29710001167 .
- ^ Corey, EJ; Kang, MC; Desai, MC; Ghosh, AK; Houpis, IN (1988). "Síntesis total de (. + -.) - Ginkgolide B" . Mermelada. Chem. Soc . 110 : 649–651. doi : 10.1021 / ja00210a083 . PMC 6746322 . PMID 31527923 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Cox, Liam R .; Ley, Steven V. (2007). "Uso de la conexión temporal en síntesis orgánica". En Diederich, François; Stang, Peter J. (eds.). Síntesis orgánica con plantilla . págs. 274–395. doi : 10.1002 / 9783527613526 .
- ^ Bracegirdle, S .; Anderson, EA (2010). "Avances recientes en el uso de ataduras de silicio temporales en reacciones mediadas por metales". Chem. Soc. Rev . 39 : 4114–4129. doi : 10.1039 / C0CS00007H .
- ^ Dobbs, A .; Miller, I .; Martinovic, S. (2007). "El uso de amarres a base de silicio para la reacción de Pauson-Khand" . Revista Beilstein de Química Orgánica . 2007 (3): 21. doi : 10.1186 / 1860-5397-3-21 . PMC 1949821 . PMID 17617903 .
- ^ Booker-Milburn, Kevin I .; Gulten, Sirin; Sharpe, Andrew (1997). "Reacciones de cicloadición intramolecular intramolecular diastereoselectiva [2 + 2] de tetrahidroftalimidas derivadas de l - (+) - valinol atadas ". Chem. Comun. 1997 : 1385-1386. doi : 10.1039 / a702386c .