Cicloalquino - Cycloalkyne
En química orgánica , un cicloalquino es el análogo cíclico de un alquino . Un cicloalquino consiste en un anillo cerrado de átomos de carbono que contiene uno o más triples enlaces . Los cicloalquinos tienen una fórmula general C n H 2 n −4 . Debido a la naturaleza lineal de la unidad de alquino C-C≡C-C, los cicloalquinos pueden estar muy tensos y solo pueden existir cuando el número de átomos de carbono en el anillo es lo suficientemente grande como para proporcionar la flexibilidad necesaria para adaptarse a esta geometría . Los carbociclos grandes que contienen alquinos pueden estar virtualmente sin tensión, mientras que los constituyentes más pequeños de esta clase de moléculas pueden experimentar tanta tensión que aún no se han observado experimentalmente. El ciclooctino (C 8 H 12 ) es el cicloalquino más pequeño capaz de aislarse y almacenarse como un compuesto estable. A pesar de esto, se pueden producir y atrapar cicloalquinos más pequeños mediante reacciones con otras moléculas orgánicas o mediante la formación de complejos con metales de transición .
Fondo
Debido a las importantes restricciones geométricas impuestas por la funcionalidad R – C≡C – R, los cicloalquinos más pequeños que el ciclodecino (C 10 H 16 ) dan como resultado estructuras muy tensas. Mientras que el ciclononino (C 9 H 14 ) y ciclooctino (C 8 H 12 ) son compuestos aislables (aunque fuertemente reactivos), solo cicloheptino (C 7 H 10 ), ciclohexino (C 6 H 8 ) y ciclopentino (C 5 H 6 ) existen como intermedios de reacción transitoria o como ligandos que se coordinan con un centro metálico. Hay poca evidencia experimental que respalde la existencia de ciclobutino (C 4 H 4 ) o ciclopropino (C 3 H 2 ), aparte de los estudios que informan sobre el aislamiento de un complejo de osmio con ligandos de ciclobutino. Los estudios iniciales que demostraron la intermediación transitoria de los cicloalquinos de siete, seis y cinco miembros se basaron en la captura del alquino de alta energía con un compañero de reacción adecuado, como dienos cíclicos o compuestos diazo para generar Diels-Alder o diazoalcano. Productos de cicloadición 1,3-dipolar , respectivamente. Posteriormente, se han aislado cicloalquinos de anillo pequeño estables en complejo con varios metales de transición tales como níquel , paladio y platino . A pesar de que durante mucho tiempo se han considerado curiosidades químicas con aplicaciones sintéticas limitadas, trabajos recientes han demostrado la utilidad de los cicloalquinos tensados tanto en la síntesis total de productos naturales complejos como en la química bioortogonal .
Deformación angular
La deformación angular en cicloalquinos surge de la deformación del ángulo de enlace R – C≡C que debe ocurrir para acomodar la geometría molecular de anillos que contienen menos de diez carbonos. Las energías de deformación asociadas con el ciclononino (C 9 H 14 ) y ciclooctina (C 8 H 12 ) son de aproximadamente 2,9 kcal / mol y 10 kcal / mol, respectivamente. Esta tendencia ascendente en energía para los componentes aislables de esta clase es indicativa de un rápido aumento de la deformación angular con una correlación inversa con el tamaño del anillo. El análisis por espectroscopía de fotoelectrones ha indicado que el enlace alquino en pequeños sistemas cíclicos se compone de dos enlaces π no degenerados : un enlace tenso altamente reactivo perpendicular a un enlace π de menor energía. La cis- flexión del ángulo de enlace R – C≡C da como resultado la disminución drástica de la energía del orbital molecular desocupado más bajo , un fenómeno que explica la reactividad de los cicloalquinos tensos desde la perspectiva de la teoría de los orbitales moleculares .
Síntesis
Los esfuerzos iniciales hacia la síntesis de cicloalquinos tensados mostraron que los cicloalquinos se podían generar mediante la eliminación del ácido clorhídrico del 1-cloro-cicloalqueno con un rendimiento modesto. El producto deseado podría obtenerse como una mezcla con el aleno correspondiente como producto principal.
El trabajo adicional en esta área tuvo como objetivo desarrollar condiciones de reacción más suaves y generar rendimientos más robustos. Para evitar la generación del aleno no deseado , se adaptó el método de Kobayashi para la generación de arino para la síntesis de cicloalquinos.
Más recientemente, Fujita desarrolló un método superior para generar cicloalquinos tensos. Se trata de la base inducida por β-eliminación de vinilo de yodonio sales. El vinil yodonio demostró ser un precursor sintético particularmente útil para los cicloalquinos tensados debido a su alta reactividad que surge de la fuerte capacidad de captación de electrones de las especies de yodo cargadas positivamente así como de la capacidad de grupo saliente del yodonio.
Además de las rutas de tipo eliminación descritas, los cicloalquinos también pueden obtenerse mediante la oxidación de bishidrazonas cíclicas con óxido de mercurio así como mediante la descomposición térmica de selenadiazol.
Reacciones
Los cicloalquinos tensados pueden sufrir todas las reacciones de adición típicas de los alquinos de cadena abierta. Debido a la naturaleza activada del triple enlace carbono-carbono cíclico, muchas reacciones del tipo de adición de alquinos como Diels-Alder, cicloadiciones 1,3-dipolares y halogenación se pueden realizar en condiciones muy suaves y en ausencia de los catalizadores con frecuencia. necesario para acelerar la transformación en un sistema no cíclico. Además de la reactividad de los alquinos, los cicloalquinos pueden experimentar una serie de transformaciones útiles sintéticamente únicas.
Inserción de anillo de ciclohexino
Un modo de reactividad particularmente intrigante es la inserción de anillo de ciclohexino en cetonas cíclicas . La reacción se inicia mediante la generación mediada por alcóxido de la especie de cicloalquino reactivo in situ, seguida de la desprotonación α de la cetona para producir el enolato correspondiente . A continuación, los dos compuestos se someten a una [2 + 2] -fotocicloadición formal para producir un ciclobutanolato intermedio altamente inestable que se descompone fácilmente en el producto enona .
Esta reacción se utilizó como el paso clave en la síntesis total de guanacastapenos O y N. de Carreira. Permitió la construcción conveniente del sistema de anillos 5-7-6 y proporcionó mangos sintéticos útiles para la funcionalización posterior.
Reacción de clic sin cobre con ciclooctina
El ciclooctino, el cicloalquino aislable más pequeño, es capaz de someterse a cicloadición azida- alquino Huisgen en condiciones fisiológicas suaves en ausencia de un catalizador de cobre (I) debido a la deformación. Esta reacción ha encontrado una aplicación generalizada como una transformación bioorthogonal para la obtención de imágenes de células vivas. Aunque se conocía la variante suave catalizada por cobre de la reacción, CuAAC (cicloadición azida-alquina catalizada por cobre) con alquinos lineales, el desarrollo de la reacción libre de cobre fue significativo ya que proporcionó reactividad fácil y eliminó la necesidad de un catalizador de metal tóxico.