En química , intramolecular describe un proceso o característica limitada dentro de la estructura de una sola molécula , una propiedad o fenómeno limitado a la extensión de una sola molécula.
En las reacciones orgánicas intramoleculares , dos sitios de reacción están contenidos dentro de una sola molécula. Esta configuración eleva la concentración efectiva de los reactivos, lo que da como resultado velocidades de reacción altas . Se observan muchas reacciones intramoleculares en las que no se produce la versión intermolecular .
Las reacciones intramoleculares, especialmente las que conducen a la formación de anillos de 5 y 6 miembros, son rápidas en comparación con un proceso intermolecular análogo. Esto es en gran medida una consecuencia del menor costo entrópico para alcanzar el estado de transición de la formación del anillo y la ausencia de tensión significativa asociada con la formación de anillos de estos tamaños. Para la formación de diferentes tamaños de anillo mediante la ciclización de sustratos de longitud de enlace variable, el orden de las velocidades de reacción (constantes de velocidad k n para la formación de un anillo de n miembros) es generalmente k 5 > k 6 > k 3 > k 7 > k 4 como se muestra a continuación para una serie de ω-bromoalquilaminas. Esta tendencia de velocidad algo complicada refleja la interacción de estos factores entrópicos y de tensión:
En el caso de los "anillos pequeños" ( de 3 y 4 miembros ), las velocidades lentas son consecuencia de la tensión angular experimentada en el estado de transición. Aunque los anillos de tres miembros están más tensos, la formación de aziridina es más rápida que la formación de azetidina debido a la proximidad del grupo saliente y el nucleófilo en el primero, lo que aumenta la probabilidad de que se encuentren en una conformación reactiva. El mismo razonamiento se aplica a los "anillos no tensos" ( de 5, 6 y 7 miembros ). La formación de "anillos de tamaño medio" ( de 8 a 13 miembros ) es particularmente desfavorable debido a una combinación de un costo entrópico cada vez más desfavorable y la presencia adicional de tensión transanular que surge de interacciones estéricas a través del anillo. Finalmente, en el caso de los "anillos grandes" ( de 14 miembros o más ), las constantes de velocidad se estabilizan, ya que la distancia entre el grupo saliente y el nucleófilo es ahora tan grande que la reacción es ahora efectivamente intermolecular. [1] [2]
Aunque los detalles pueden cambiar un poco, las tendencias generales son válidas para una variedad de reacciones intramoleculares, incluidos los procesos mediados por radicales y (en algunos casos) catalizados por metales de transición.
Muchas reacciones en química orgánica pueden ocurrir en sentido intramolecular o intermolecular. Algunas reacciones son por definición intramoleculares o sólo se practican intramoleculares, por ejemplo:
Algunas transformaciones se posibilitan o mejoran de forma intramolecular. Por ejemplo, la condensación de diésteres con acilo produce casi exclusivamente carbociclos de 10 miembros, que son difíciles de construir de otro modo. [5] Otro ejemplo es la cicloadición 2+2 de norbornadieno para dar cuatriciclano .
Se han desarrollado muchas herramientas y conceptos para aprovechar las ventajas de las ciclizaciones intramoleculares. Por ejemplo, la instalación de sustituyentes grandes aprovecha el efecto Thorpe-Ingold . Las reacciones de alta dilución suprimen los procesos intermoleculares. Un conjunto de herramientas implica el tethering, como se analiza a continuación.
Las reacciones intramoleculares ancladas [2+2] implican la formación de ciclobutano y ciclobutanona mediante fotocicloadiciones intramoleculares 2+2 . La anclación asegura la formación de un sistema multicíclico.
La longitud del enlace afecta el resultado estereoquímico de la reacción [2+2]. Los enlaces más largos tienden a generar el producto "recto" donde el carbono terminal del alqueno está unido al carbono - de la enona . [6] Cuando el enlace consta de solo dos carbonos, se genera el producto "doblado" donde el carbono - de la enona está conectado al carbono terminal del alqueno. [7]
Las reacciones ligadas [2+2] se han utilizado para sintetizar compuestos orgánicos con sistemas de anillos y topologías interesantes . Por ejemplo, la fotociclización [2+2] se utilizó para construir la estructura central tricíclica en el ginkgólido B. [8]
Las reacciones intermoleculares pueden hacerse temporalmente intramoleculares uniendo ambos reactivos mediante un enlace con todas las ventajas asociadas a ello. Las opciones populares de enlace incluyen un éster de carbonato , un éster borónico , un éter sililo o un enlace de acetal sililo ( enlaces de silicio ) [9] [10] que son bastante inertes en muchas reacciones orgánicas pero pueden escindirse mediante reactivos específicos. El principal obstáculo para que esta estrategia funcione es seleccionar la longitud adecuada para el enlace y asegurarse de que los grupos reactivos tengan una orientación óptima entre sí. Un ejemplo es una reacción de Pauson-Khand de un alqueno y un alquino unidos entre sí mediante un éter sililo. [11]
En esta reacción en particular, el ángulo de unión que une a los grupos reactivos se reduce de manera efectiva al colocar grupos isopropilo en el átomo de silicio a través del efecto Thorpe-Ingold . No se produce ninguna reacción cuando estos grupos voluminosos se reemplazan por grupos metilo más pequeños. Otro ejemplo es una cicloadición fotoquímica [2+2] con dos grupos alqueno unidos a través de un grupo acetal de silicio (racémico, el otro enantiómero no se muestra), que posteriormente se escinde mediante TBAF produciendo el endodiol.
Sin la atadura, se forma el isómero exo . [12]
