Intramolekylär reaktion

Inom kemi beskriver intramolekylär en process eller egenskap begränsad inom strukturen av en enda molekyl , en egenskap eller ett fenomen begränsat till omfattningen av en enda molekyl.

Exempel

• intramolekylär hydridöverföring (överföring av en hydridjon från en del till en annan inom samma molekyl)
• intramolekylär vätebindning (en vätebindning bildad mellan två funktionella grupper av samma molekyl)
• cyklisering av ω-haloalkylaminer och alkoholer för att bilda motsvarande mättade kväve- respektive syreheterocykler (en SN ₂ -reaktion inom samma molekyl)

I intramolekylära organiska reaktioner finns två reaktionsställen i en enda molekyl. Detta skapar en mycket hög effektiv koncentration (som resulterar i höga reaktionshastigheter ), och därför sker många intramolekylära reaktioner som inte skulle inträffa som en intermolekylär reaktion mellan två föreningar.

Exempel på intramolekylära reaktioner är Smiles-omläggningen , Dieckmann -kondensationen och Madelung-syntesen .

Relativa priser

Intramolekylära reaktioner, särskilt sådana som leder till bildandet av 5- och 6-ledade ringar, är snabba jämfört med en analog intermolekylär process. Detta är till stor del en konsekvens av den minskade entropiska kostnaden för att nå övergångstillståndet för ringbildning och frånvaron av betydande påkänning associerad med bildning av ringar av dessa storlekar. För bildning av olika ringstorlekar via cyklisering av substrat med varierande tjuderlängd, är ordningen för reaktionshastigheter (hastighetskonstanter k _n för bildning av en n -ledad ring) vanligtvis k ₅ > k ₆ > k ₃ > k ₇ > k4 som visas nedan för en serie av w-bromalkylaminer _. Denna något komplicerade hastighetstrend återspeglar samspelet mellan dessa entropiska faktorer och töjningsfaktorer:

Relativa hastighetskonstanter för cyklisering ( n = 5 satt till k _rel = 100)

n	k rel	n	k rel	n	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

För de "små ringarna" ( 3- och 4-ledade ) är de långsamma hastigheterna en konsekvens av vinkelpåkänning som upplevs vid övergångstillståndet. Även om treledade ringar är mer ansträngda, är bildningen av aziridin snabbare än bildningen av azetidin på grund av närheten till den lämnande gruppen och nukleofilen i den förra, vilket ökar sannolikheten att de skulle mötas i en reaktiv konformation. Samma resonemang gäller för de "oansträngda ringarna" ( 5-, 6- och 7-ledade) . Bildandet av "medelstora ringar" ( 8- till 13-ledade ) är särskilt ogynnsamt på grund av en kombination av en alltmer ogynnsam entropisk kostnad och den ytterligare närvaron av transannulär stam som härrör från steriska interaktioner över ringen. Slutligen, för "stora ringar" ( 14-ledade eller högre ), planar hastighetskonstanterna ut, eftersom avståndet mellan den lämnande gruppen och nukleofilen nu är så stort att reaktionen nu är effektivt intermolekylär.

Även om detaljerna kan ändras något, gäller de allmänna trenderna för en mängd olika intramolekylära reaktioner, inklusive radikalmedierade och (i vissa fall) övergångsmetallkatalyserade processer.

Tjudrade intramolekylära [2+2] reaktioner

Tjudrade intramolekylära [2+2] reaktioner innebär bildning av cyklobutan och cyklobutanon via intramolekylära 2+2 fotocykloadditioner . Tethering säkerställer bildandet av ett multicykliskt system.

Tjudets längd påverkar det stereokemiska resultatet av [2+2]-reaktionen. Längre tjuder tenderar att generera den "raka" produkten där det terminala kolet i alkenen är kopplat till $\alpha$ -kolet i enonen . När tjudet endast består av två kol genereras den "böjda" produkten där $\beta$ -kolet i enonen är kopplat till det terminala kolet i alkenen (Figur 2).

Tjudrade [2+2]-reaktioner har använts för att syntetisera organiska föreningar med intressanta ringsystem och topologier . Till exempel användes [2+2] fotocyklisering för att konstruera den tricykliska kärnstrukturen i ginkgolide B av EJ Corey och medarbetare 1988.

Molekylära tjuder

I ett nischkoncept som kallas molecular tethers , annars kan intermolekylära reaktioner göras tillfälligt intramolekylära genom att förankra båda reaktionerna med en tether med alla fördelar som är förknippade med det. Populära val av tjuder innehåller en karbonatester , boronester , silyleter eller en silylacetallänk ( kiselbindningar ) som är ganska inerta i många organiska reaktioner men ändå kan klyvas av specifika reagens. Det största hindret för att denna strategi ska fungera är att välja rätt längd för tjudet och se till att reaktiva grupper har en optimal orientering i förhållande till varandra. Ett exempel är en Pauson-Khand-reaktion av en alken och en alkyn som är sammankopplade via en silyleter.

I denna speciella reaktion reduceras tjurvinkeln som sammanför de reaktiva grupperna effektivt genom att placera isopropylgrupper på kiselatomen via Thorpe-Ingold-effekten . Ingen reaktion sker när dessa skrymmande grupper ersätts med mindre metylgrupper.

Ett annat exempel är en fotokemisk [2+2] cykloaddition med två alkengrupper bundna genom en kiselacetalgrupp (racemisk, den andra enantiomeren inte avbildad), som därefter spjälkas av TBAF , vilket ger endo-diolen.

Utan tjudet bildas exo-isomeren .