Expansión y contracción del anillo

Estas reacciones tienen como características generales la presencia de un grupo saliente exocíclico en un carbono adyacente al anillo y un grupo dador de electrones en el anillo capaz de iniciar la migración de un enlace endocíclico.

Una migración común de introducción de carbono es un reordenamiento de pinacol . ^{[ 1 ]} Si bien esta reacción se refiere específicamente a un reordenamiento de dihidróxido vecinal, existen otros reordenamientos de tipo pinacol que proceden a través del mismo mecanismo general, como el reordenamiento de Tiffeneau-Demjanov . Estos "reordenamientos de semipinacol" ocurren en condiciones más suaves y, por lo tanto, son preferibles en síntesis complejas. ^{[ 2 ]} Estas reacciones son útiles más allá de la simple expansión de un anillo porque el grupo exocíclico atacado también puede tener otra funcionalidad unida a él además del grupo saliente. El grupo al que migra el enlace endocíclico también puede agregarse selectivamente al anillo en función de la funcionalidad ya presente, por ejemplo, adición 1,2 a una cetona cíclica.

Inserción de carbono a través de la apertura de una bicicleta

Un método común para expandir un anillo implica la apertura de un intermedio bicíclico que contiene ciclopropano . La estrategia puede comenzar con una ciclopropanación tipo Simmons-Smith de un alqueno cíclico. ^{[ 3 ]}

Una expansión de anillo relacionada basada en ciclopropano es la expansión de anillo de Buchner . La expansión de anillo de Buchner se utiliza para convertir arenos en cicloheptatrienos . Se favorece la apertura del anillo de Buchner hacia el producto deseado mediante la colocación de grupos electroatractores en el carbono añadido. Para realizar la apertura del anillo en moléculas bicíclicas saturadas, el ciclopropano debe introducirse de manera que un grupo vecino pueda facilitar la expansión, o bien el anillo debe abrirse mediante el ataque de un grupo externo . ^{[ 4 ]} o bien el anillo debe abrirse mediante el ataque de un grupo externo. ^{[ 5 ]}

La apertura del anillo como medio de expansión del anillo también puede aplicarse a sistemas más grandes para dar acceso a una sisciclación de anillo aún mayor. La fragmentación de Grob puede aplicarse como ejemplo de dicha expansión. Al igual que la migración de tipo pinacol, la fragmentación de Grob se basa en un grupo donador de electrones para promover la migración del enlace y fomentar la expulsión del grupo saliente. En este caso, el grupo donador de electrones puede ser un grupo pseudo donador de electrones que es capaz de eliminar y donar un par de electrones al carbono con el enlace que se rompe. Trabajar con dos anillos más pequeños puede permitir la elaboración de dos partes de la molécula por separado antes de trabajar con el anillo expandido. La reacción de expansión de anillo de Dowd-Beckwith también es capaz de agregar varios carbonos a un anillo a la vez, y es una herramienta útil para hacer anillos grandes. ^{[ 6 ]} Si bien procede a través de un ciclo intermedio, la ciclación final y la apertura del anillo tienen lugar dentro de la misma reacción radicalaria . Esta expansión resulta útil porque permite la expansión de un beta-cetoéster a una cetona cíclica grande que puede elaborarse fácilmente utilizando la cetona cíclica o el éster exocíclico.

Algunos heterociclos se pueden obtener mediante expansiones de anillo. ^{[ 7 ]}

oxidación de Baeyer-Villiger

En la oxidación de Baeyer-Villiger se introduce un átomo de O en un anillo. ^{[ 11 ]}

En la reacción de Arndt-Eistert , una α-diazocetona libera N₂ _, lo que da lugar a un centro de carbono sexteto altamente reactivo adyacente al carbonilo. Estas especies se convierten mediante un reordenamiento de Wolff para dar un éster en presencia de alcoholes. Cuando se aplica a α-diazocetonas cíclicas, se produce una contracción del anillo. ^{[ 14 ] [ 15 ]} En el caso de los esteroides , esta reacción se ha utilizado para convertir grupos ciclopentanona en derivados de ciclobutanilo. ^{[ 16 ]}

El reordenamiento de Favorskii es una contracción de anillo aniónica clásica. ^{[ 17 ]} Procede a través de un carbanión que ataca un carbono endocíclico y expulsa un grupo saliente (un haluro), formando una molécula bicíclica con anillos más pequeños que los originales. El anillo se abre mediante un ataque nucleofílico sobre la cetona para dar el producto contraído. ^{[ 18 ]} Esta reacción se ha utilizado para convertir la ciclohexanona en el éster metílico del ácido ciclopentanocarboxílico.

Una alternativa al reordenamiento de Favorskii estándar es realizar lo que puede considerarse un reordenamiento de pinacol negativo, donde un grupo aniónico favorece la migración de un enlace alineado con un grupo saliente y su expulsión, lo cual se ha utilizado en varias síntesis. ^{[ 13 ]} Cabe señalar también que el llamado "reordenamiento cuasi-Favorskii" se lleva a cabo sin un nucleófilo adicional para formar el producto final contraído.

La contracción por transposición catiónica se produce mediante la pérdida de un grupo saliente y la migración de un enlace endocíclico al carbocatión. Las transposiciones de tipo pinacol se utilizan a menudo para este tipo de contracción. ^{[ 19 ]} Al igual que la reacción de expansión, esta procede con un grupo dador de electrones que facilita la migración.

Las reacciones de contracción de un anillo pueden acoplarse con la expansión de otro para dar lugar a una bicicleta desigual a partir de anillos fusionados de igual tamaño. Estos reordenamientos catiónicos se han utilizado para sintetizar los núcleos de moléculas complejas. ^{[ 20 ]}