Researchain Square Logo

От реагентов к продуктам: как точно контролируется каждый этап процесса свободнорадикальной циклизации?

Share
Copy link
Facebook
Twitter
<р> В органической химии свободнорадикальная циклизация является важным процессом превращения, в результате которого образуются циклические продукты через свободнорадикальные промежуточные соединения. Процесс можно разделить на три основных этапа: селективное образование свободных радикалов, циклизация свободных радикалов и превращение циклизованных свободных радикалов в конечные продукты. В этих реакциях циклизации вопрос о том, как контролировать скорость и селективность каждого этапа, остается темой исследований, которая получила широкое внимание.

Введение в реакцию свободнорадикальной циклизации

<р> Реакции циклизации свободных радикалов обычно производят моноциклические или полициклические продукты. Поскольку они представляют собой изменения внутри молекулы, быстрота и селективность реакции часто очень очевидны. Избирательное образование свободных радикалов в этих реакциях может быть достигнуто на атомах углерода, к которым присоединены различные функциональные группы. Используется широкий спектр реагентов, и эти реакции обычно проводятся в мягких условиях с высокой толерантностью к функциональным группам.

По своей природе свободные радикальные промежуточные продукты не имеют заряда, поэтому условия реакции, как правило, мягкие и позволяют использовать целый ряд различных растворителей.

<р> Шаг циклизации свободных радикалов обычно включает атаку свободных радикалов на множественные связи. После завершения этого шага образовавшиеся циклизованные свободные радикалы будут потребляться посредством действия поглотителей, процессов фрагментации или реакций переноса электронов. Наиболее распространенными продуктами этого типа реакций являются пяти- и шестичленные кольца, тогда как образование малых и больших колец встречается сравнительно редко. Эффективная свободнорадикальная циклизация требует соблюдения трех условий: должен существовать метод селективного образования свободных радикалов, скорость циклизации должна быть выше, чем скорость захвата первоначально образованных свободных радикалов, и все этапы должны быть быстрее, чем нежелательные побочные реакции, такие как как свободный радикал Рекомбинирует или реагирует с растворителем.

Механизм и стереохимия

Основной механизм

<р> Ввиду существования множества агентов, генерирующих и захватывающих свободные радикалы, нереально выделить какой-либо один доминирующий механизм. Однако после образования свободного радикала он может реагировать с множественными связями внутримолекулярным образом, образуя циклизованные радикальные промежуточные соединения. Эти реакции можно разделить на атаки «внешнего цикла» и «внутреннего цикла»:

Атака экзо-кольца означает, что после реакции свободный радикал находится снаружи кольца, тогда как атака эндо-кольца означает, что свободный радикал находится внутри вновь образованного кольца.

<р> Во многих случаях экзоциклическая циклизация предпочтительнее эндоциклической. Присутствие радикалов может влиять на стабильность этих переходных состояний, что, в свою очередь, может оказывать глубокое воздействие на селективность реакционного центра. Если взять в качестве примера углеродную группу в положении 2, то она может способствовать замыканию 6-эндо кольца, тогда как углеродные группы в положении 1,2, 1,3 и 1,4 более способствуют замыканию 5- экзо кольцо.

Стереоселективность

<р> Стереоселективность свободнорадикальных циклизаций часто очень высока и зависит главным образом от переходного состояния в ходе реакции. Для улучшения стереоселективности реакции заместитель можно поместить в квазиравновесное положение переходного состояния для получения цис- или транс-продуктов. Для субстратов, содержащих стереогенные центры, стереоселективность между свободными радикалами и кратными связями также может быть вполне очевидной.

Область применения и ограничения

Методы генерации свободных радикалов

<р> Использование гидридов металлов (таких как гидриды олова, кремния и ртути) для генерации свободных радикалов является распространенным методом, но основным ограничением этого метода является то, что изначально образованные свободные радикалы могут быть уменьшены. Алгоритм фрагментации позволяет избежать этой проблемы, включая связывающий реагент в субстрат. Между тем, метод переноса атома использует процесс переноса атома из третичного исходного материала в циклический радикал. В этих методах обычно используются небольшие количества слабых реагентов, что эффективно предотвращает проблемы, вызванные использованием сильных восстановителей.

Размер кольца

<р> Вообще говоря, нелегко получить малые кольца путем свободнорадикальной циклизации. Тем не менее, образование небольших колец возможно, если циклизованный радикал удастся захватить до повторного раскрытия. Кроме того, свободнорадикальная циклизация может также генерировать полициклические и макроциклические кольца, причем селективность и выход колец в этих процессах можно контролировать.

Сравнение с другими методами

<р> По сравнению с катионной циклизацией, которая обычно контролируется термодинамически. Свободнорадикальные циклизации обычно протекают намного быстрее анионных циклизаций и позволяют избежать побочных реакций β-элиминирования. Однако по сравнению с этими методами основным ограничением свободнорадикальной циклизации являются ее потенциальные побочные реакции.

Экспериментальные условия и процедуры

Типичные условия <р> Реакции свободных радикалов необходимо проводить в инертной атмосфере, поскольку молекулярный кислород является триплетным радикалом и будет мешать образованию промежуточных продуктов свободных радикалов. Поскольку относительные скорости множественных процессов оказывают значительное влияние на реакцию, необходимо тщательно регулировать концентрации для оптимизации условий реакции. Реакцию обычно проводят в растворителе с высокой энергией диссоциации связей, таком как бензол, метанол или фенилтрифторид. Даже реакция в водных условиях приемлема, поскольку связь O-H в воде имеет сильную энергию диссоциации.

Пример программы

<р> Типичная процедура заключается в кипячении смеси бромформиата, AIBN и триоктилолова в сухом бензоле в течение одного часа, а затем выделении желаемого продукта методом хроматографии. Эта реакция позволяет синтезировать целевое соединение с высоким выходом. <р> Процессы свободнорадикальной циклизации демонстрируют совершенный контроль над химическими реакциями, и очень интересно понять, как они достигают такой высокой селективности и эффективности на микроскопическом уровне.

Trending Knowledge

Почему пяти- и шестичленные кольца так популярны в свободнорадикальной циклизации? Какова научная причина этого?
В мире органической химии реакции свободнорадикальной циклизации играют чрезвычайно важную роль, особенно образование пяти- и шестичленных колец. Этот реакционный процесс обычно включает генерацию сел
Секрет свободнорадикальной циклизации: как быстро образовать кольцевую структуру внутри молекулы?
Свободнорадикальная циклизация является важным типом реакции в органических химических превращениях, которая может эффективно генерировать соединения с кольцевыми структурами. Этот процесс включает ис
nan
В исследованиях социальных наук внутренняя достоверность и внешняя достоверность являются двумя важными критериями для оценки качества исследований.Разница между этими двумя лежит в их фокусе и приме

Responses

Responses
Einstein Avatar
Copy link
Facebook
Twitter