自由基环化
自由基环化自由基环化反应是有机的化学变化即通过产生环状产物激进的中间体。 他们通常进行在三个基本步骤：选择性自由基生成的自由基环化，并转化为产物。[1]
简介 编辑
自由基环化反应借由自由基中间体产生单环或多环的产物。因为它们是分子内的转换，所以往往非常快速和选择性的。选择性自由基可以借由碳-碳键结到各式各样的自由基，以及用来影响自由基生成的反应物是不胜枚举的。自由基环化的步骤通包含自由基对双键以上键结的攻击。在这反应发生后，环化后的自由基产物会被自由基去除剂终止，将自由基截断或电子转移反应。五元和六元环是最常见的产物，较少观察到形成较小或较大环的情况。
三个条件必须满足一个有效的自由基环化才会发生：
-必须提供给在化合物上产生选择性自由基的方法。 -自由基环化反应必须比最初产生自由基反应物的反应还要快。[2] -所有步骤必须比不希望有的副反应，例如自由基的重组反应或与溶剂作用的反应还要快。 优点：因为自由基中间产物是不带电的化合物，反应条件温和，经常与官能基的耐受性高。反应几乎可以在任何溶剂进行，并且产物往往可以在使用现有的功能或过程中引入的自由基团进行合成有用的化合物。
缺点：自由基环化反应（和任何副反应）的各个阶段的相对速率必须小心地控制，以利于环化的环化基团的生成及获取。副反应有时候是一个问题，且环化成小型和大型环化的反应特别慢。
机制和立体化学 编辑
现行机制 编辑
因为许多反应物的存在是针对自由基的产生和捕获，建立单一的反应机制是不可能的。然而，一旦自由基产生了，它可以与分子内的多个键反应中的方式，得到环化的自由基中间产物。该多重键的两端构成的反应有两种可能。如果该自由基在闭环时断键的位置在环外，此时反应被称为“外闭环”，如果闭环时断键的位置在环内，此时反应被称为“内闭环”。在许多情况下，反应较偏向外闭环的产物。5-己烯基的自由基是合成自由基环化最有用的中间产物，因为环化是极其快速和外闭环选择性的。[3] 尽管热力学上内闭环自由基比外闭环自由基稳定，但因为外闭环在过度状态有更好的轨域重叠，因此外闭环的反应较快是绝对合理的。（见下文）。
(1)
取代基所影响这些过渡态的稳定度可能对反应部位的选择性产生重大的影响。例如，羰基取代基在2-C的位置，促使6-内闭环的反应。烷基取代基在位置2，3，4或6提高对5-外闭环的选择性。
同源6-庚烯基自由基环化仍然是有选择性的，但是要慢得多，竞争性的副反应在当这些中间产物参与反应时是一个重要问题。此外，1,5-变化可以在这些系统中明显地稳定烯丙基自由基。在6-己烯自由基物质里，为了提高产量，以能拉电子的官能基极化反应性的双键是必须的。[4]以拉电子基稳定起始的自由基能使6-内闭环的感物更加稳定。
(2)
乙烯基、芳香基、和酰基自由基的环化反应也是已知的。在动力学控制条件下，5-外闭环反应优先发生。然而，低浓度的自由基清除剂能建立热力学控制，并产生6-内闭环反应的产物，且非经过6-内闭环反应，而是由5-外的环化随后3-外封闭件和随后的崩解（多德-贝克威思重组）。而在高浓度外产物的迅速捕集防止随后的重组成内切产物，[5]芳香基具有相似的反应性。
(3)
环化可以涉及含不同原子的多重键，如氰基、肟、和羰基。在多重键的碳原子上的攻击几乎观察的到。[6][7][8] 在之后的一种情况下，攻击是可逆的，然而，烷氧基可以使用锡烷捕获剂截留。
立体选择性 编辑
该非对映选择性的自由基环化反应往往是高的。在大多数的全碳的情况下，选择性可以根据贝克威思的准则，也就是贝克威思的准则说到的反应物样的外过渡状态，如上所示。[9] 过渡状态中在equatorial位置放置取代基会使其从二级的自由基产生顺式的产物。由于极性基团的空间阻碍与电子排斥，引入极性取代基可有利于生成反式的产物。在更复杂的系统中，过渡态模型的开发，需要考虑的因素包括烯丙基的转变和船型过渡态。[10]
掌性助剂被用于对映选择性自由基环化成果有限。在这个场合下，过度态的小能量差产生巨大的障碍使反应不易成功。[11] 在所示的例子中，非对映选择性（对于左侧立体中心的两种配置）低，和对映选择性仅为中等。
(5)
基质与自由基和多键之间的立体往往是高立体选择性。自由基环化形成多环的产品往往利用这个性质的优势。[12]
范围和局限性 编辑
自由基的产生方法 编辑
使用金属氢化物（锡，矽，和汞的氢化物）是在自由基环化反应常见; 该方法的主要限制是因为H-M能还原的最初形成的自由基。断裂方法通过与练转一反应物合并到基质本身-承载自由基的活化链不会被释放，直到后环化已经发生。断裂反应的产物将保持双键，通常额外的合成步骤需要合并承载炼的基团。
原子转移方法依赖于来自无环的起始反应物的电子转移以产生环状的产物。[13][14] 这些方法使用催化量弱的试剂，防止强还原剂产生的相关问题（如氢化锡）。 氢和卤素的传递过程是已知的，后者更趋于合成是有用的。
(6)
氧化[15]和还原[16]环化反应的方法也是存在的。这些过程需要对等的亲电子基和亲核基团，才能有效地继续进行。环状自由基团不是氧化就是还原还原，然后被外部或内部的亲核试剂或亲电子试剂终止。
环的大小 编辑
在一般情况下，以自由基环化产生小环是不容易的。然而，有可能提供环化的基团可以被抓取或收集之前重新开环。这个过程可以通过打碎（见下面的3元的情况下）或通过稳定环化自由基而进行（参见四元环的情况）。五元和六元环是由自由基环化所产生最常见的大小。
(7)
多环和特大环化合物也可以透过自由基环化反应而形成。在前者的情况下，环可以预先形成，并与自由基环化单环闭合，或多环可形成于一串接处理（如下文）。缺乏较小基板环化反应的FMO要求的特大环化(Macrocyclizations)，有内选择性的独特性。
(8)
与其他方法比较 编辑
相较于阳离子环化，自由基环化能避免瓦格纳-米尔文重组的相关问题，并且不要求强酸性条件下可以发生动力学控制。阳离子环化反应通常是热力学控制的反应。自由基环化比类似的阴离子环化还要快很多，并能避免β消去的副反应。阴离子迈克尔型(Michael-type)环化反应是一种替代自由基活化的烯烃的环化。 金属催化环化反应，通常需要温和碱性条件下，和基质必须进行选择以避免β氢化物消除。相对于这些其它方法，主要自由基环化的限制是对自由基的副反应的可能性。
实验条件和程序 编辑
典型的条件 编辑
自由基反应必须在惰性气体下进行。由于许多过程的相对速率是很重要的反应，浓度必须小心地调节，以优化反应条件。然而，反应可在几乎任何溶剂（仅由原料的溶解度的限制）来进行。
例子[17] 编辑
(9)
参考文献 编辑
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