V. Ejemplos de filicidad radical en reacciones de carbohidratos

A. Abstracción de átomos de hidrógeno

Las reacciones mostradas en las ecuaciones 4 y 5 ilustran la importancia de la filicidad radical en las reacciones de abstracción de hidrógeno al mostrar que el radical nucleofílico R· abstrae el átomo de hidrógeno deficiente en electrones unido al azufre (eq. átomo de gen unido al estaño (eq 4). ^33—35 Las diferencias en las constantes de velocidad y entalpías para estas dos reacciones subrayan el hecho de que la filicidad radical afecta la estabilidad de la estructura del estado de transición en una reacción, pero no los cambios energéticos generales debidos a la ruptura del enlace y la formación de enlaces.

La comparación de las tres reacciones que se muestran en el Esquema 1 llama la atención sobre el efecto de la filicidad radical en la abstracción de átomos de hidrógeno de los carbohidratos. En cada una de estas reacciones el radical 22 centrado en oxígeno o bien abstrae un átomo de deuterio de Bu ₃ SnD para dar el alcohol deuterado 24, o bien reacciona internamente con H-3 para generar el radical centrado en carbono 23. ³⁶ Después de que se forme el radical 23, entonces abstrae un átomo de deuterio para Bu ₃ SnD para dar el segundo producto de reacción (25). Las cantidades relativas de los productos 24 y 25 proporcionan una medida de abstracción externa (deuterio) versus interna (hidrógeno). A medida que H‑3 se vuelve menos rico en electrones, la reacción interna (22\(\rightarrow\) 23) se vuelve menos competitiva. La abstracción externa (22\(\rightarrow\) 24), por otro lado, no debe verse afectada notablemente por los cambios en los sustituyentes en C-3. Si, como era de esperar, los estados de transición para las reacciones internas de abstracción de hidrógeno mostradas en el Esquema 1 son tempranos, estas reacciones apoyan la idea de que el emparejamiento de polaridad tiene un papel crítico en la determinación de la vía de reacción favorecida para el radical 22.

B. Adición de radicales

Los radicales piranos-1-ilo se agregan fácilmente a los dobles enlaces carbono-carbono deficientes en electrones, pero son mucho menos reactivos hacia los dobles enlaces que carecen de sustituyentes aceptores de electrones. ^37,38 Un grupo de reacciones que ilustra esta diferencia en la reactividad se encuentra en el Esquema 2. ³⁷ La capacidad del radical piranos-1-ilo 26 para añadir a los compuestos insaturados mostrados en el Esquema 2 se correlaciona con los potenciales de reducción de estos compuestos; es decir, la adición a compuestos con menos potenciales de reducción negativos ocurre más rápidamente que la adición a los compuestos con potenciales de reducción más negativos. ³⁷

Dado que el potencial de reducción en un alqueno sustituido es una medida de la facilidad de introducir un electrón en un orbital π*, este potencial se convierte en un indicador de posicionamiento a nivel de energía. Al comparar dos potenciales de reducción, el menos negativo tiene un nivel de energía más bajo para el orbital π*. Debido a que este menor nivel de energía provoca que el orbital π* (LUMO) interactúe de manera más efectiva con el SOMO del radical sumador, la estabilización del estado de transición debido a la interacción frontera-orbital aumenta a medida que el potencial de reducción para el alqueno sustituido se vuelve menos negativo (Figura 11).

Aunque la adición de un radical nucleófilo a un enlace π que no es deficiente en electrones es demasiado lenta para ser observada en las reacciones mostradas en el Esquema 2, la situación cambia cuando las reacciones se vuelven intramoleculares. Para los enlaces π que están relacionados 1,5 o 1,6 con un centro radical, la adición intramolecular puede tener lugar incluso si el enlace π no es decididamente deficiente en electrones (Esquema 3). ³⁹ En lo que respecta a la velocidad de reacción general, la proximidad forzada y estrecha del centro radical al enlace π puede compensar una pequeña estabilización del estado de transición causada por una gran separación en los niveles de energía de los orbitales fronterizos interactuantes.

C. Catálisis de inversión de polaridad

La filicidad de los radicales involucrados en las reacciones de abstracción de hidrógeno proporciona la base de un fenómeno conocido como catálisis de inversión de polaridad. ^4,33—35,40 Este tipo de catálisis, que es responsable del efecto que tienen los tioles sobre las reacciones de acetales y éteres de carbohidratos, se discute en la Sección III del Capítulo 5 del Volumen II.