20.13
Reaktywność rodnikowa: wewnątrzcząsteczkowa a międzycząsteczkowa
Rodnikowe reakcje mogą zachodzić międzycząsteczkowo lub wewnątrzcząsteczkowo. W międzycząsteczkowej reakcji rodnikowej rodnik nukleofilowy przyłącza s…
W międzycząsteczkowych reakcjach rodnikowych rodnik i pułapka rodnikowa to dwie różne cząsteczki.
Pułapka rodnikowa musi być aktywowana i obecna w wysokich stężeniach, a źródło rodnika musi mieć słabe wiązanie węgiel-heteroatom
.Rozważmy teraz wewnątrzcząsteczkową reakcję rodnikową, w której rodnik nukleofilowy dodaje się do podwójnego wiązania nukleofilowego, dając cykliczny produkt.
W tym przypadku pułapka radykalna nie jest ani aktywowana, ani obecna w nadmiarze. Wiązanie C–S jest również stosunkowo silne.
Mimo to taka reakcja jest wykonalna, dając wysoką wydajność produktu. Dlaczego?
Dzieje się tak, ponieważ w przypadku reakcji wewnątrzcząsteczkowych rodnik i pułapka rodnikowa są częścią tej samej cząsteczki i zawsze są ściśle trzymane, co sprzyja szybkiej cyklizacji.
W związku z tym zmniejsza się możliwość radykalnej redukcji przez donora wodorku.
Co więcej, pułapka rodnikowa nie jest ani wysoce reaktywna, ani w nadmiarze, co zmniejsza jej szanse na reakcję z rodnikiem cynowo-wodorkowym, niezależnie od jego stężenia.
Dlatego wewnątrzcząsteczkowe reakcje rodnikowe są bardzo wydajne i znajdują zastosowanie w syntezie pięcioczłonowych pierścieni. Mniejsze rozmiary pierścionków wykazują naprężenie pierścienia. Większe rozmiary pierścionków nie są preferowane.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
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.