20.13
ラジカル反応は分子間でも分子内でも起こります。 分子間ラジカル反応では、求核性ラジカルが求電子性アルケンに付加するか、またはその逆になります。 このような反応では、ラジカルと一般にラジカル トラップとも呼ばれるアルケンは 2 つの異なる分子です。 さらに、このような分子間反応が起こるには、ラジカルト…
分子間ラジカル反応では、ラジカルとラジカルトラップは2つの異なる分子です。
ラジカルトラップは活性化され、高濃度で存在しなければならず、ラジカル源は弱い炭素-ヘテロ原子結合を持っている必要があります。
ここで、分子内ラジカル反応について考えてみましょう。この反応では、求核ラジカルが求核二重結合に付加され、環化生成物が生成されます。
ここでは、ラジカルトラップは活性化されず、過剰に存在もしません。C-S結合も比較的強いです。
それでも、そのような反応は実現可能であり、高い生成物収率を与える。なぜでしょうか?
これは、分子内反応では、ラジカルとラジカルトラップが同じ分子の一部であり、常に密接に保持されているため、急速な環化が有利であるためです。
その結果、水素化物供与体による根本的な還元の可能性が減少します。
さらに、ラジカルトラップは反応性が高くなく、過剰でもないため、水素化スズラジカルの濃度に関係なく、水素化スズラジカルと反応する可能性が低くなります。
したがって、分子内ラジカル反応は非常に効率的であり、5員環の合成に応用できます。リングサイズが小さいほど、リングひずみが生じます。リングサイズが大きいことは好ましくありません。
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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.