Phản ứng pericyclic !

[bluemonster]

Đây là một ứng dụng lớn của FOs theory, nên đáng lẽ BM phải post bên hoá lý thuyết, tiếp theo topic FMO theory, nhưng nhận thấy category hữu cơ chỉ có mỗi một topic anomeric effect đang hoạt động, buồn quá, nên thôi, BM post sang đây vậy, dù sao cái này cũng thuần hữu cơ mà !!!
Phản ứng pericyclic:
Phản ứng pericyclic là một họ phản ứng lớn, gồm có năm phản ứng con, đó là cycloaddition reaction, electrocyclic reaction, sigmatropic rearrangement, cheletropic reaction và cuối cùng là group transfer reaction. Tuy nó là một họ phản ứng lớn nhưng rất ít tài liệu tiếng việt nào nói về nó một cách cặn kẻ, rõ ràng, trong khi nếu ta vào google mà search về phản ứng này thì … chao ôi, sao mà nhiều đến thế !
Cần phải nói thêm, họ phản ứng pericyclic chỉ thực sự được nghiên cứu rõ ràng và sâu sắc về mặt lí thuyết khi có thuyết frontier orbitals theory ra đời, trước đó, các qui tắc hay các mô hình (Woodward-Hoffmann, Dewar …) cũng giải quyết được, nhưng chỉ dừng ở phần có xảy ra hay không xảy ra, chứ không chỉ rõ được tại sao lại như thế ! Hix, không dài dòng nữa, hôm nay, BM sẽ dùng chủ yếu thuyết FO để khảo sát phản ứng này, và qua đó, sẽ giới thiệu thêm các mô hình cũng như các qui tắc cổ điển.
Trước tiên, ta phải làm quen trước một số khái niệm cơ bản:
Basic concept:
+pericyclic reaction: đó là một họ phản ứng mà trong đó có sự thay đổi các trạng thái liên kết một cách liên tục, phối hợp (concerted) với sự tổ chức lại electron. Chính vì vậy, trạng thái của phản ứng là chỉ trải qua duy nhất một trạng thái chuyển tiếp, không có sự hình thành các intermediate. Để bảo đảm trạng thái liên kết thay đổi một cách liên tục, tức là các electron trong hệ phải trải đều một cách liên tục, chính vì vậy, phản ứng pericyclic sẽ đi qua một trạng thái chuyển tiếp đóng vòng (cyclic transtition state). Một cách rõ ràng hơn ta có thể phát biểu: trạng thái chuyển tiếp vòng sẽ tương ứng với việc sắp xệp các orbitals hiện hữu của các hợp phần phản ứng để thu được các tương tác orbital mà tạo ra được liên kết (bonding interaction) dưới những điều kiện phản ứng cụ thể.
Năm hướng chính của họ pericyclic reaction:
+electrocyclic ring closure/ring opening (electrocyclic reaction): Đây là một loại phản ứng nội phân tử, nói chính xác, phản ứng có sự tạo liên kết sigma mới tại những orbital cuối của hệ liên hợp nhờ trong trạng thái chuyển tiếp có sự sắp xếp lại electron của hệ liên hợp pi. Một đặc điểm mà phải nắm chắc về việc nhận biết các phản ứng nội phân tử, đó là số electrons trong toàn hệ thống phải luôn là một hằng số.

fig 1: minh hoạ phản ứng electrocyclic
+cycloaddition reactions/cycloreversion reactions: Phản ứng này đi từ những hợp phần phản ứng nhỏ, có hệ thống liên hợp pi độc lập. Yếu tố nêu sau là yếu tố quan trọng, chính vì vậy, phản ứng cycloaddition/cycloreversion có thể xảy ra bằng sự tương tác nội phân tử, chỉ cần bảo đảm các hợp phần tham gia phản ứng phải có hệ thống pi liên hợp độc lập (không dùng curly arrow để kéo e của hệ này sang hệ khác được).

fig 2: minh hoạ phản ứng cycloaddtion/cycloreversion
khái niệm cycloreversion chỉ là khái niệm đảo của cycloadditon reaction, vì theo như đã BM đã giới thiệu ở trên, họ phản ứng pericyclic buộc phải đi qua một trạng thái chuyển tiếp vòng, đển khi ra sản phẩm, cũng sẽ có hai hướng lựa chọn, hoặc giữ nguyên trạng thái vòng đi kèm với sự sắp xếp lại các electrons trong hệ, hoặc phá vỡ trạng thái chuyển tiếp vòng đi kèm với sự sắp xếp lại các electron trong hệ.
+Cheletropic reaction: đây là một sub-class của thằng cycloaddtion reaction/cycloreversion reaction, nhưng điểm khác biệt, đó là hai liên kết tạo thành hay đứt ra đều trên một nguyên tử.

fig 3: minh hoạ phản ứng cheletropic
+sigmatropic rearrangement: có lẽ khái niệm rearrangement không còn xa lạ với anh em yêu hóa, nhưng vấn đề, khi nó là một hướng con của pericyclic reaction thì phải đi qua một trạng thái chuyển tiếp vòng, để có sự tổ chức hay sắp xếp lại electron trong toàn hệ thống.

fig 4: minh hoạ phản ứng sigmatropic
+Group transfer reaction: nghe cái tên cũng hơi hơi biết bản chất, đó là sự chuyển giao những group từ hợp phần phản ứng này đến hợp phần phản ứng khác, đương nhiên là dưới những điều kiện nhất định.

fig 5: minh hoạ phản ứng group transfer

PS: bây giờ mạng trường đang nghẽn, chưa up được image, anh em đọc đỡ vài phút !!!