20.13
Réactivité radicalaire : intramoléculaire vs intermoléculaire
Les réactions radicales peuvent se produire de manière intermoléculaire ou intramoléculaire. Dans une réaction radicalaire intermoléculaire, un radica…
Dans les réactions radicalaires intermoléculaires, le radical et le piège à radicaux sont deux molécules différentes.
Le piège à radicaux doit être activé et présent à des concentrations élevées, et la source radicalaire doit avoir une faible liaison carbone-hétéroatome.
Considérons maintenant une réaction radicalaire intramoléculaire, dans laquelle un radical nucléophile s’ajoute à une double liaison nucléophile, produisant un produit cyclisé.
Ici, le piège radical n’est ni activé ni présent en excès. Le lien C-S est également relativement fort.
Pourtant, une telle réaction est réalisable, donnant un rendement de produit élevé. Pourquoi ?
En effet, pour les réactions intramoléculaires, le radical et le piège à radicaux font partie de la même molécule et sont toujours tenus serrés, favorisant une cyclisation rapide.
Par conséquent, la possibilité d’une réduction radicale par un donneur d’hydrure diminue.
De plus, le piège à radicaux n'est ni très réactif ni en excès, ce qui réduit ses chances de réagir avec le radical hydrure d'étain, quelle que soit la concentration de ce dernier.
Par conséquent, les réactions radicalaires intramoléculaires sont très efficaces et trouvent des applications dans la synthèse de cycles à cinq chaînons. Les plus petites tailles d’anneau présentent une tension annulaire. Les bagues de plus grande taille ne sont pas préférées.
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Q1: What are the key differences between intermolecular and intramolecular radical reactions?
In intermolecular radical reactions, the radical and radical trap are separate molecules, requiring the trap to be activated and present in high concentration. In intramolecular reactions, both are part of the same molecule, held closely together, enabling rapid cyclization without needing activation or excess concentration. This proximity makes intramolecular reactions far more efficient.
Q2: Why do intramolecular radical reactions proceed efficiently despite having strong carbon-heteroatom bonds?
Intramolecular reactions are efficient because the radical and radical trap are part of the same molecule, keeping them in close proximity. This favors rapid cyclization and prevents radical reduction by hydride donors. The radical trap, being neither highly reactive nor in excess, resists competing reactions with tributyltin hydride radicals, ensuring high product yield.
Q3: What ring sizes are preferred in intramolecular radical cyclization reactions?
Five-membered rings are the preferred product of intramolecular radical cyclization. Smaller ring sizes experience significant ring strain, making them unfavorable. Larger ring sizes are also not preferred, as they reduce the efficiency of the cyclization process and lower product yields.
Q4: How does molecular proximity affect the outcome of intramolecular radical reactions?
Molecular proximity is crucial in intramolecular reactions because the radical and radical trap remain held closely together within the same molecule. This close association dramatically increases the rate of cyclization and minimizes side reactions. The result is rapid, efficient bond formation with minimal competing pathways.
Q5: What conditions must be met for intermolecular radical reactions to occur successfully?
Intermolecular radical reactions require three key conditions: the radical trap must be activated, present in high concentration, and the radical source must have a weak carbon-halogen bond. These requirements ensure sufficient collision frequency and reactivity between separate molecules to generate acceptable product yields.
Q6: How does the presence of a hydride donor affect intramolecular versus intermolecular radical reactions?
In intermolecular reactions, hydride donors can reduce radicals, competing with trap addition and lowering yields. In intramolecular reactions, rapid cyclization minimizes the opportunity for hydride reduction. Additionally, the radical trap's low reactivity and lack of excess concentration reduce its competition with hydride donors, preserving reaction efficiency.
Q7: Why is the concentration of the radical trap critical in intermolecular but not intramolecular radical reactions?
In intermolecular reactions, high radical trap concentration increases collision probability with the radical, driving product formation. In intramolecular reactions, the trap is already bound to the radical within the same molecule, eliminating the need for high concentration. This inherent proximity ensures efficient reaction regardless of bulk concentration.