Mécanisme dominant
Comme il existe de nombreux réactifs pour la génération et le piégeage des radicaux, il n’est pas possible d’établir un mécanisme dominant unique. Cependant, une fois qu’un radical est généré, il peut réagir avec de multiples liaisons de manière intramoléculaire pour donner des intermédiaires radicalaires cyclisés. Les deux extrémités de la liaison multiple constituent deux sites de réaction possibles. Si le radical de l’intermédiaire résultant se retrouve à l’extérieur de l’anneau, l’attaque est appelée « exo »; s’il se retrouve à l’intérieur de l’anneau nouvellement formé, l’attaque est appelée « endo ». »Dans de nombreux cas, la cyclisation exo est privilégiée par rapport à la cyclisation endo (les macrocyclisations constituent la principale exception à cette règle). les radicaux 5-hexényle sont les intermédiaires les plus utiles sur le plan synthétique pour les cyclisations radicalaires, car la cyclisation est extrêmement rapide et exo sélective. Bien que le radical exo soit moins stable thermodynamiquement que le radical endo, la cyclisation exo plus rapide est rationalisée par un meilleur chevauchement orbital dans l’état de transition exo de type chaise (voir ci-dessous).
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Les substituants qui affectent la stabilité de ces états de transition peuvent avoir un effet profond sur la sélectivité du site de la réaction. Les substituants carbonyles en position 2, par exemple, favorisent la fermeture du cycle endo-6. Les substituants alkyles aux positions 2, 3, 4 ou 6 améliorent la sélectivité pour la fermeture 5-exo.
La cyclisation du radical heptényle-6 homologue est toujours sélective, mais est beaucoup plus lente — de ce fait, les réactions secondaires compétitives sont un problème important lorsque ces intermédiaires sont impliqués. De plus, les décalages 1,5 peuvent donner des radicaux allyliques stabilisés à des taux comparables dans ces systèmes. Dans les substrats radicalaires 6-hexényle, la polarisation de la double liaison réactive avec des fonctions de retrait d’électrons est souvent nécessaire pour obtenir des rendements élevés. La stabilisation du radical initialement formé avec des groupes électroextracteurs permet d’accéder préférentiellement à des produits de cyclisation 6-endo plus stables.
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Des réactions de cyclisation de radicaux vinyle, aryle et acyle sont également connues. Dans des conditions de contrôle cinétique, la cyclisation 5-exo a lieu préférentiellement. Cependant, de faibles concentrations d’un piégeur de radicaux établissent un contrôle thermodynamique et donnent accès aux produits 6-endo – non pas par cyclisation 6-endo, mais par cyclisation 5-exo suivie d’une fermeture 3-exo et d’une fragmentation subséquente (réarrangement de Dowd-Beckwith). Alors qu’à des concentrations élevées, le produit exo est rapidement piégé empêchant un réarrangement ultérieur en produit endo, les radicaux aryles présentent une réactivité similaire.
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La cyclisation peut impliquer des liaisons multiples contenant des hétéroatomes telles que des nitriles, des oximes et des carbonyles. L’attaque à l’atome de carbone de la liaison multiple est presque toujours observée. Dans ce dernier cas, l’attaque est réversible; cependant, les radicaux alcoxy peuvent être piégés à l’aide d’un agent de piégeage au stannane.
stéréosélectivitémodifier
La diastéréosélectivité des cyclisations radicalaires est souvent élevée. Dans la plupart des cas entièrement carbonés, la sélectivité peut être rationalisée selon les directives de Beckwith, qui invoquent l’état de transition exo de type réactif illustré ci-dessus. Placer des substituants en positions pseudoéquatoriales dans l’état de transition conduit à des produits cis à partir de radicaux secondaires simples. L’introduction de substituants polaires peut favoriser les produits trans en raison de la répulsion stérique ou électronique entre les groupes polaires. Dans des systèmes plus complexes, le développement de modèles d’états de transition nécessite la prise en compte de facteurs tels que la déformation allylique et les états de transition de type bateau
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Des auxiliaires chiraux ont été utilisés dans les cyclisations radicalaires énantiosélectives avec un succès limité. Les petites différences énergétiques entre les États en transition constituent un obstacle profond au succès dans ce domaine. Dans l’exemple illustré, la diastéréosélectivité (pour les deux configurations du stéréocentre gauche) est faible et l’énantiosélectivité n’est que modérée.
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Les substrats avec des stéréocentres entre le radical et la liaison multiple sont souvent hautement stéréosélectifs. Les cyclisations radicalaires pour former des produits polycycliques profitent souvent de cette propriété.