Hay varios argumentos. En primer lugar, la formación de anillos de cinco miembros es generalmente cinéticamente más favorable que la formación de anillos de 6 miembros. A medida que aumenta el tamaño de los anillos, también aumenta la entropía de activación - esto se explica con más detalle en Clayden 2ed, pp 805-807. Es cierto que los anillos de seis miembros son menos tensos, pero eso es generalmente más termodinámica consideración, y de una cinética punto de vista, el factor de entropía resulta ser mayor que el factor de entalpía.
En segundo lugar, para las reacciones de apertura de anillos catiónicos (por ejemplo, las reacciones de iones de halonio, o la apertura de epóxidos en condiciones ácidas), suele ser el más sustituido extremo que reacciona preferentemente. Véase, por ejemplo Regioselectividad de la bromación de alquenos . Esto también se explica en Clayden 2ed, pp 436-438.
Sin embargo, probablemente el factor más relevante aquí es estereoelectrónico en la naturaleza. Los efectos estereoelectrónicos se refieren a los efectos que dependen de la orientación espacial ("estéreo") de los orbitales ("electrónicos"). En el caso de un S N 2, el requisito clave es que el par solitario del nucleófilo (Nu) debe ser capaz de alcanzar el orbital * del enlace C-X que se está rompiendo. Dado que el orbital * apunta fuera del carbono diametralmente opuesto al grupo saliente X, esto equivale a decir que necesitamos una geometría colineal Nu---C---X en el estado de transición.
Para las reacciones de formación de anillos, hay una serie de directrices - Las reglas de Baldwin - que describen empíricamente si estas reacciones están favorecidas estereoelectrónicamente (es decir, si el nucleófilo y el electrófilo son capaces de orientarse en una geometría que permita la reacción). En el caso de la formación de anillos de seis miembros mediante la sustitución en un carbono tetraédrico, las reacciones se etiquetan como 6- exo - tet o 6- endo - tet dependiendo de si el grupo saliente X está fuera del anillo de 6 miembros ( exo ), o dentro del anillo ( endo ). [Técnicamente, 6- endo - tet las reacciones no son de formación de anillos].
![6-endo-tet and 6-exo-tet reactions]()
Resulta que aunque el 6- exo - tet las reacciones están perfectamente bien, 6- endo - tet las reacciones simplemente no se producen, ya que el nucleófilo no puede estirarse para alcanzar el C-X *.
La apertura de un anillo de tres miembros es algo intermedio entre estos dos casos. Debido a que el enlace C-X está restringido en un anillo pequeño, la reacción se inclina a ser un 6- endo - tet reacción, aunque formalmente es 6- exo (ya que el grupo saliente está fuera del anillo que se está formando):
![* orbitals for three different cases]()
La falta de solapamiento no es obvia en los diagramas 2D, pero hay que tener en cuenta que estos compuestos no son planos - especialmente en el caso del epóxido, donde si el epóxido está en el plano del papel, el sustituyente alquilo debe estar apuntando hacia nosotros (o hacia abajo, alejándose de nosotros).
Como resultado, la apertura del anillo del ion iodonio para dar un anillo de cinco miembros es mucho más favorable.
![5-membered vs 6-membered ring formation]()
Un ejemplo similar se observa en la apertura de epóxidos catalizada por ácidos. [1,2] La formación del anillo de 6 miembros (el tetrahidropirano) no se observa en absoluto:
![Acid-catalysed epoxide opening]()
Referencias
- Janda, K.; Shevlin, C.; Lerner, R. Catálisis por anticuerpos de una transformación química desfavorable. Ciencia 1993, 259 (5094), 490-493 DOI: 10.1126/science.8424171 .
- Na, J.; Houk, K. N.; Shevlin, C. G.; Janda, K. D.; Lerner, R. A. La ventaja energética de las aperturas de epóxidos 5-exo frente a 6-endo: una preferencia desbordada por la catálisis de anticuerpos. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115 (18), 8453-8454. DOI: 10.1021/ja00071a067 .
