Vorherrschender Mechanismusbearbeiten
Da viele Reagenzien für die Radikalgenerierung und das Einfangen existieren, ist die Etablierung eines einzigen vorherrschenden Mechanismus nicht möglich. Sobald jedoch ein Radikal erzeugt wird, kann es mit Mehrfachbindungen intramolekular reagieren, um cyclisierte Radikalzwischenprodukte zu erhalten. Die beiden Enden der Mehrfachbindung stellen zwei mögliche Reaktionsstellen dar. Wenn das Radikal im resultierenden Zwischenprodukt außerhalb des Rings endet, Der Angriff wird als „exo“ bezeichnet; Wenn es innerhalb des neu gebildeten Rings endet, Der Angriff wird „endo“ genannt.“ In vielen Fällen wird die Exo-Cyclisierung gegenüber der Endo-Cyclisierung bevorzugt (Makrocyclisierungen bilden die Hauptausnahme von dieser Regel). 5-Hexenylreste sind die synthetisch nützlichsten Zwischenprodukte für radikalische Cyclisierungen, da die Cyclisierung extrem schnell und exo-selektiv ist. Obwohl das Exo-Radikal weniger thermodynamisch stabil ist als das Endo-Radikal, wird die schnellere Exo-Cyclisierung durch eine bessere Orbitalüberlappung im stuhlartigen Exo-Übergangszustand rationalisiert (siehe unten).
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Substituenten, die die Stabilität dieser Übergangszustände beeinflussen, können einen tiefgreifenden Einfluss auf die Ortsselektivität der Reaktion haben. Carbonylsubstituenten in 2-Stellung fördern beispielsweise den 6-Endo-Ringschluss. Alkylsubstituenten an den Positionen 2, 3, 4 oder 6 erhöhen die Selektivität für den 5-Exo-Verschluss.
Die Cyclisierung des homologen 6-Heptenyl-Radikals ist immer noch selektiv, aber viel langsamer — daher sind kompetitive Nebenreaktionen ein wichtiges Problem, wenn diese Zwischenprodukte beteiligt sind. Zusätzlich können 1,5-Verschiebungen stabilisierte Allylradikale mit vergleichbaren Raten in diesen Systemen ergeben. In 6-hexenylradikalen Substraten ist häufig eine Polarisation der reaktiven Doppelbindung mit elektronenziehenden funktionellen Gruppen erforderlich, um hohe Ausbeuten zu erzielen. Die Stabilisierung des anfänglich gebildeten Radikals mit elektronenziehenden Gruppen ermöglicht bevorzugt den Zugang zu stabileren 6-Endocyclisierungsprodukten.
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Cyclisierungsreaktionen von Vinyl-, Aryl- und Acylresten sind ebenfalls bekannt. Unter Bedingungen kinetischer Kontrolle findet bevorzugt eine 5-exo-Cyclisierung statt. Niedrige Konzentrationen eines Radikalfängers stellen jedoch eine thermodynamische Kontrolle her und ermöglichen den Zugang zu 6-Endo—Produkten – nicht über 6-Endo-Cyclisierung, sondern durch 5-Exo-Cyclisierung, gefolgt von 3-Exo-Verschluss und anschließender Fragmentierung (Dowd-Beckwith-Umlagerung). Während bei hohen Konzentrationen des Exo-Produkts schnell eingefangen wird und eine nachfolgende Umlagerung zum Endo-Produkt verhindert wird, zeigen Arylradikale eine ähnliche Reaktivität.
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Die Cyclisierung kann heteroatomhaltige Mehrfachbindungen wie Nitrile, Oxime und Carbonyle umfassen. Ein Angriff am Kohlenstoffatom der Mehrfachbindung wird fast immer beobachtet. Im letzteren Fall ist der Angriff reversibel; Alkoxyradikale können jedoch mit einem Stannanfänger abgefangen werden.
Stereoselektivitätbearbeiten
Die Diastereoselektivität radikalischer Cyclisierungen ist oft hoch. In den meisten Fällen mit reinem Kohlenstoff kann die Selektivität gemäß den Richtlinien von Beckwith rationalisiert werden, die den oben gezeigten reaktantenähnlichen Exo-Übergangszustand aufrufen. Die Platzierung von Substituenten in pseudoäquatorialen Positionen im Übergangszustand führt zu cis-Produkten aus einfachen sekundären Resten. Die Einführung von polaren Substituenten kann trans-Produkte aufgrund sterischer oder elektronischer Abstoßung zwischen den polaren Gruppen begünstigen. In komplexeren Systemen erfordert die Entwicklung von Übergangszustandsmodellen die Berücksichtigung von Faktoren wie allylischer Dehnung und bootsartigen Übergangszuständen
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Chirale Hilfsstoffe wurden in enantioselektiven radikalischen Cyclisierungen mit begrenztem Erfolg verwendet. Kleine Energieunterschiede zwischen den frühen Übergangsstaaten stellen ein tiefgreifendes Hindernis für den Erfolg in diesem Bereich dar. Im gezeigten Beispiel ist die Diastereoselektivität (für beide Konfigurationen des linken Stereozentrums) gering und die Enantioselektivität nur mäßig.
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Substrate mit Stereozentren zwischen Radikal- und Mehrfachbindung sind oft hoch stereoselektiv. Radikalische Cyclisierungen zu polycyclischen Produkten machen sich diese Eigenschaft oft zunutze.