Language
Country/Area
No result found
Dari reaktan ke produk: Bagaimana setiap langkah dalam proses siklisasi radikal bebas dikontrol dengan tepat?
Dalam kimia organik, siklisasi radikal bebas merupakan proses transformasi penting yang menghasilkan produk siklik melalui perantara radikal bebas. Proses ini secara umum dapat dibagi menjadi tiga langkah dasar: pembentukan radikal bebas selektif, siklisasi radikal bebas, dan konversi radikal bebas yang disiklis menjadi produk akhir. Dalam reaksi siklisasi ini, cara mengendalikan laju dan selektivitas setiap langkah tetap menjadi topik penelitian yang telah mendapat perhatian luas.
Pendahuluan tentang Reaksi Siklisasi Radikal Bebas
Reaksi siklisasi radikal bebas biasanya menghasilkan produk monosiklik atau polisiklik. Karena keduanya merupakan perubahan dalam molekul, kecepatan dan selektivitas reaksi seringkali sangat jelas. Pembentukan radikal bebas selektif dari reaksi ini dapat dicapai pada atom karbon yang melekat pada berbagai gugus fungsi. Berbagai macam reagen digunakan, dan reaksi ini umumnya dilakukan dalam kondisi ringan dengan toleransi tinggi terhadap gugus fungsi.
Sifat radikal bebas intermediet yang pada dasarnya tidak bermuatan berarti bahwa kondisi reaksi ini cenderung ringan dan memungkinkan penggunaan berbagai pelarut yang berbeda.
Langkah siklisasi radikal bebas umumnya melibatkan serangan radikal bebas pada beberapa ikatan. Setelah langkah ini selesai, radikal bebas tersiklis yang dihasilkan akan dikonsumsi melalui aksi pemulung, proses fragmentasi, atau reaksi transfer elektron. Cincin beranggota lima dan enam merupakan produk yang paling umum dari jenis reaksi ini, sedangkan pembentukan cincin kecil dan besar relatif jarang. Siklisasi radikal bebas yang efektif memerlukan tiga kondisi yang harus dipenuhi: harus ada metode untuk menghasilkan radikal bebas secara selektif, laju siklisasi harus lebih cepat daripada penangkapan radikal bebas yang awalnya dihasilkan, dan semua langkah harus lebih cepat daripada reaksi samping yang tidak diinginkan, seperti radikal bebas yang bergabung kembali atau bereaksi dengan pelarut.
Mekanisme dan Stereokimia
Mekanisme Utama
Karena adanya beberapa agen penghasil dan penangkap radikal bebas, tidaklah realistis untuk mengidentifikasi satu mekanisme dominan. Namun, setelah radikal bebas dihasilkan, radikal bebas dapat bereaksi dengan beberapa ikatan secara intramolekuler untuk membentuk perantara radikal siklisasi. Reaksi-reaksi ini dapat dibagi menjadi serangan "lingkaran luar" dan "lingkaran dalam":
Serangan cincin-ekso berarti radikal bebas berada di luar cincin setelah reaksi, sedangkan serangan cincin-endo berarti radikal bebas berada di dalam cincin yang baru terbentuk.
Dalam banyak kasus, siklisasi eksosiklik lebih disukai daripada siklisasi endosiklik. Kehadiran radikal dapat memengaruhi stabilitas keadaan transisi ini, yang pada gilirannya dapat berdampak besar pada selektivitasjenis situs reaksi. Mengambil contoh gugus karbon 2-posisi, gugus karbon tersebut dapat mendorong penutupan cincin 6-endo, sedangkan gugus karbon 1,2, 1,3, dan 1,4-posisi lebih kondusif bagi penutupan cincin 5-exo.
Stereoselektivitas
Stereoselektivitas siklisasi radikal bebas seringkali sangat tinggi dan terutama bergantung pada keadaan transisi selama reaksi. Untuk meningkatkan stereoselektivitas reaksi, substituen dapat ditempatkan pada posisi kuasi-keseimbangan keadaan transisi untuk memperoleh produk cis atau trans. Untuk substrat yang mengandung pusat stereogenik, stereoselektivitas antara radikal bebas dan ikatan ganda juga dapat terlihat jelas.
Ruang Lingkup dan Batasan
Metode Pembentukan Radikal Bebas
Penggunaan hidrida logam (seperti hidrida timah, silikon, dan merkuri) untuk menghasilkan radikal bebas merupakan metode yang umum, tetapi keterbatasan utama metode ini adalah radikal bebas yang awalnya dihasilkan dapat berkurang. Algoritma fragmentasi menghindari masalah ini dengan memasukkan reagen yang saling mengunci ke dalam substrat. Sementara itu, metode transfer atom memanfaatkan proses pemindahan atom dari bahan awal tersier ke radikal siklik. Metode ini biasanya menggunakan sejumlah kecil reagen lemah, yang secara efektif mencegah masalah yang disebabkan oleh penggunaan agen pereduksi kuat.
Ukuran cincin
Secara umum, tidak mudah untuk menghasilkan cincin kecil melalui siklisasi radikal bebas. Meskipun demikian, pembentukan cincin kecil dimungkinkan jika radikal siklisasi dapat terperangkap sebelum dibuka kembali. Selain itu, siklisasi radikal bebas juga dapat menghasilkan cincin polisiklik dan makrosiklis, dan selektivitas serta hasil cincin dalam proses ini dapat dikontrol.
Perbandingan dengan metode lain
Dibandingkan dengan siklisasi kationik, yang biasanya merupakan kontrol Termodinamika. Siklisasi radikal bebas biasanya jauh lebih cepat daripada siklisasi anionik dan menghindari reaksi samping eliminasi-β. Namun, dibandingkan dengan metode ini, keterbatasan utama siklisasi radikal bebas terletak pada reaksi samping potensialnya.
Kondisi dan prosedur eksperimen
Kondisi umumReaksi radikal bebas harus dilakukan dalam atmosfer inert karena oksigen molekuler adalah radikal triplet dan akan mengganggu zat antara radikal bebas. Karena laju relatif dari beberapa proses memiliki dampak signifikan pada reaksi, konsentrasi perlu disesuaikan dengan hati-hati untuk mengoptimalkan kondisi reaksi. Reaksi ini biasanya dilakukan dalam pelarut dengan energi disosiasi ikatan yang tinggi, seperti benzena, metanol atau fenil trifluorida. Bahkan reaksi dalam kondisi berair dapat diterima karena ikatan O-H air memiliki energi disosiasi ikatan yang kuat.
Contoh Program
Khas
