Cicloalquino
En química orgánica, un cicloalquino es el análogo cíclico de un alquino (−C≡C−). Un cicloalquino consta de un anillo cerrado de átomos de carbono que contiene uno o más triples enlaces. Los cicloalquinos tienen una fórmula general CnH2n−4. Debido a la naturaleza lineal de C−C≡C−C unidad alquino, 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 acomodar esta geometría. Los grandes carbociclos que contienen alquinos pueden estar prácticamente sin tensión, mientras que los constituyentes más pequeños de esta clase de moléculas pueden experimentar tanta tensión que aún no se han observado experimentalmente. Ciclooctino (C8H12) 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 complejación con metales de transición.
Fondo
Debido a las importantes restricciones geométricas impuestas por la funcionalidad R−C≡C−R, los cicloalquinos son más pequeños que el ciclodecino (C< sub class="template-chem2-sub">10H16) dan como resultado estructuras muy tensas. Mientras que el ciclononino (C9H14< /span>) y ciclooctina (C8H12) son compuestos aislables (aunque fuertemente reactivos), cicloheptino (C7H10), ciclohexino (C6H< sub class="template-chem2-sub">8) y ciclopentino (C5H6) solo existen como intermediarios de reacción transitorios o como ligandos que se coordinan con un centro metálico. Hay poca evidencia experimental que respalde la existencia de ciclobutino (C4H4) o ciclopropino (C3H2), además de estudios que reportan 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 atrapar el alquino de alta energía con un compañero de reacción adecuado, como dienos cíclicos o compuestos diazo, para generar el Diels-Alder o diazoalcano. Productos de cicloadición 1,3-dipolares, respectivamente. Posteriormente se han aislado cicloalquinos estables de anillos pequeños en complejo con varios metales de transición 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 los cicloalquinos surge de la deformación del ángulo del enlace R−C≡C que debe ocurrir para adaptarse a la geometría molecular de los anillos que contienen menos de diez carbonos. . Las energías de deformación asociadas con el ciclononino (C9H14) y ciclooctina (C8H 12) son aproximadamente 2,9 kcal/mol y 10 kcal/mol, respectivamente. Esta tendencia ascendente en la energía de los componentes aislables de esta clase es indicativa de un rápido aumento de la tensión angular con una correlación inversa con el tamaño del anillo. El análisis mediante espectroscopía fotoelectrónica ha indicado que el enlace alquino en pequeños sistemas cíclicos está compuesto por dos enlaces π no degenerados: un enlace tenso altamente reactivo perpendicular a un enlace π de menor energía. La flexión Cis del ángulo de enlace R−C≡C da como resultado una 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 tensos demostraron que se podían generar cicloalquinos mediante la eliminación del ácido clorhídrico del 1-clorocicloalqueno 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 sólidos. Para evitar la generación de alenos no deseados, se adaptó el método Kobayashi para la generación de arinos para la síntesis de cicloalquinos.
Más recientemente, Fujita desarrolló un método superior para generar cicloalquinos deformados. Implica la eliminación β de sales de vinil yodonio inducida por bases. El vinil yodonio demostró ser un precursor sintético particularmente útil para los cicloalquinos tensos debido a su alta reactividad que surge de la fuerte capacidad de extracción de electrones de las especies de yodo cargadas positivamente, así como de la capacidad del grupo saliente del yodonio.
Además de las vías de tipo eliminación descritas, los cicloalquinos también se pueden obtener mediante la oxidación de bishidrazonas cíclicas con óxido de mercurio o tetraacetato de plomo, así como mediante la descomposición térmica del selenadiazol.
Reacciones
Los cicloalquinos tensos 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 de tipo adición de alquinos, como las de Diels-Alder, las cicloadiciones 1,3-dipolares y la 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 sufrir una serie de transformaciones únicas y sintéticamente útiles.
Inserción del anillo ciclohexino
Un modo de reactividad particularmente intrigante es la inserción del anillo de ciclohexino en cetonas cíclicas. La reacción se inicia mediante la generación in situ mediada por alcóxido de la especie de cicloalquino reactiva, seguida de la α-desprotonación de la cetona para producir el enolato correspondiente. Luego, los dos compuestos se someten a una fotocicloadición formal [2+2] para producir un intermedio de ciclobutanolato altamente inestable que se descompone fácilmente en el producto enona.
Esta reacción se utilizó como 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 sufrir una cicloadición de azida-alquino Huisgen en condiciones fisiológicas suaves en ausencia de un catalizador de cobre (I) debido a la tensión. Esta reacción ha encontrado una aplicación generalizada como transformación bioortogonal para la obtención de imágenes de células vivas. Aunque se conocía la variante suave de la reacción catalizada por cobre, CuAAC (cicloadición azida-alquino catalizada por cobre) con alquinos lineales, el desarrollo de la reacción sin cobre fue significativo porque proporcionó una reactividad fácil y al mismo tiempo eliminó la necesidad de un Catalizador de metal tóxico.