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 socios reactivos, lo que da como resultado altas velocidades de reacción . Se observan muchas reacciones intramoleculares donde no tiene lugar 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 costo entrópico reducido para alcanzar el estado de transición de formación de anillos y la ausencia de tensión significativa asociada con la formación de anillos de estos tamaños. Para la formación de diferentes tamaños de anillos mediante la ciclación de sustratos de diferente longitud de unión, el orden de las velocidades de reacción (constantes de velocidad k n para la formación de un anillo de n miembros) suele ser k 5 > k 6 > k 3 > k 7 > k 4 como se muestra a continuación para una serie de ω-bromoalquilaminas. Esta tendencia de tasas algo complicada refleja la interacción de estos factores entrópicos y de tensión:
Para 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 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 libres" ( de 5, 6 y 7 miembros ). La formación de "anillos de tamaño mediano" ( 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 las interacciones estéricas a través del anillo. Finalmente, para 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 ahora es efectivamente intermolecular. [1] [2]
Aunque los detalles pueden cambiar algo, las tendencias generales se mantienen 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 solo se practican intramolecularmente, por ejemplo,
Algunas transformaciones que se habilitan o mejoran intramolecularmente. Por ejemplo, la condensación aciloína de diésteres produce casi exclusivamente carbociclos de 10 miembros, que de otra manera son difíciles de construir. [5] Otro ejemplo es la cicloadición 2+2 de norbornadieno para dar cuadriciclano .
Se han desarrollado muchas herramientas y conceptos para explotar las ventajas de las ciclaciones intramoleculares. Por ejemplo, la instalación de sustituyentes grandes explota el efecto Thorpe-Ingold . Las reacciones de alta dilución suprimen los procesos intermoleculares. Un conjunto de herramientas implica la conexión como se analiza a continuación.
Las reacciones intramoleculares [2+2] implican la formación de ciclobutano y ciclobutanona mediante fotocicloadiciones intramoleculares 2+2 . El tethering asegura la formación de un sistema multicíclico.
La longitud de la atadura afecta el resultado estereoquímico de la reacción [2+2]. Las ataduras más largas tienden a generar el producto "directo" donde el carbono terminal del alqueno está unido al carbono - de la enona . [6] Cuando la atadura consta solo de dos carbonos, el producto "doblado" se genera donde el carbono - de la enona se conecta al carbono terminal del alqueno. [7]
Se han utilizado reacciones atadas [2+2] para sintetizar compuestos orgánicos con topologías y sistemas de anillos interesantes . Por ejemplo, se utilizó fotociclación [2+2] para construir la estructura central tricíclica en ginkgolida B. [8]
De lo contrario, las reacciones intermoleculares pueden hacerse temporalmente intramoleculares uniendo ambos reactivos mediante una cuerda con todas las ventajas asociadas a ello. Las opciones populares de atadura contienen un éster de carbonato , un éster borónico , un éter silílico o un enlace silil acetal ( ataduras de silicio ) [9] [10] que son bastante inertes en muchas reacciones orgánicas pero que pueden escindirse mediante reactivos específicos. El principal obstáculo para que esta estrategia funcione es seleccionar la longitud adecuada de la correa 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 mediante un éter sililo. [11]
En esta reacción particular, el ángulo de unión que une los grupos reactivos se reduce efectivamente colocando grupos isopropilo en el átomo de silicio mediante el 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 representado), que posteriormente es escindido por TBAF produciendo el endodiol.
Sin la atadura, se forma el isómero exo . [12]
