Эффект Торпа–Ингольда

Эффект Торпа-Ингольда , эффект гем-диметила или угловое сжатие — это эффект, наблюдаемый в химии, где увеличение стерических препятствий благоприятствует замыканию кольца и внутримолекулярным реакциям. Эффект был впервые описан Бисли, Торпом и Ингольдом в 1915 году в рамках исследования реакций циклизации . ^[1] С тех пор он был обобщен на многие области химии. ^[2]

Сравнительные скорости образования лактона (лактонизации) различных 2-гидроксибензолпропионовых кислот иллюстрируют эффект. Размещение большего числа метильных групп ускоряет процесс циклизации. ^[3]

Одним из применений этого эффекта является добавление четвертичного углерода (например, гем - диметильной группы ) в алкильную цепь для увеличения скорости реакции и/или константы равновесия реакций циклизации. Примером этого является реакция метатезиса олефинов : ^[4] В области фолдамеров пептидов аминокислотные остатки , содержащие четвертичные атомы углерода, такие как 2-аминоизомасляная кислота, используются для содействия образованию определенных типов спиралей. ^[5]

Одно из предложенных объяснений этого эффекта заключается в том, что увеличение размера заместителей увеличивает угол между ними. В результате угол между двумя другими заместителями уменьшается. При сближении их реакции между ними ускоряются. Таким образом, это кинетический эффект.

Эффект также имеет некоторый термодинамический вклад, поскольку энергия деформации in silico уменьшается при переходе от циклобутана к 1-метилциклобутану и 1,1-диметилциклобутану на величину от 8 ккал/моль ^[6] до 1,5 ккал/моль. ^[7] Примечательным примером эффекта Торпа-Ингольда в супрамолекулярном катализе являются производные дифенилметана, снабженные гуанидиниевыми группами. ^[8] Эти соединения активны в расщеплении модельного соединения РНК HPNP. Замена метиленовой группы родительского дифенилметанового спейсера циклогексилиденовыми и адамантиллиденовыми фрагментами повышает каталитическую эффективность с ускорением эффекта гем-диалкила в 4,5 и 9,1 соответственно.

Смотрите также

Ссылки

^ Бисли, Ричард Мур; Ингольд, Кристофер Келк ; Торп, Джоселин Филд (1915). "CXIX.–Образование и стабильность спиросоединений. Часть I. Спиросоединения из циклогексана". J. Chem. Soc., Trans . 107 : 1080–1106. doi :10.1039/CT9150701080.
^ Шоу, Б. Л. (1975). «Формирование больших колец, внутренние реакции металлирования и внутренние энтропийные эффекты». Журнал Американского химического общества . 97 (13): 3856–3857. doi :10.1021/ja00846a072.
^ Майкл Н. Левин, Рональд Т. Рейнс «Триметиловый замок: триггер молекулярного высвобождения в химии, биологии и фармакологии (перспектива)» Chem. Sci., 2012, том 3, 2412–2420. doi :10.1039/C2SC20536J
^ Фюрстнер, А.; Лангеманн, К. (1996). «Краткий полный синтез дактилола через метатезис с замыканием кольца» (PDF) . J. Org. Chem. 61 (25): 8746–8749. doi :10.1021/jo961600c. hdl :11858/00-001M-0000-0024-07AC-2. PMID 11667847.
^ Мисра, Раджкумар; Джордж, Гиджо; Реджа, Рахи М.; Дей, Санджит; Раготама, Шринивасарао; Гопи, Хосахудья Н. (2020). «Структурное понимание гибридных пептидных ε-спиралей». Химические коммуникации . 56 (14): 2171–2173. дои : 10.1039/C9CC07413A. ISSN 1359-7345. PMID 31970340. S2CID 210872237.
^ Рингер, Эшли Л.; Магерс, Дэвид Х. (1 марта 2007 г.). «Обычная энергия деформации в диметилзамещенном циклобутане и эффект гем-диметила». Журнал органической химии . 72 (7): 2533–2537. doi :10.1021/jo0624647. PMID 17341119.
^ Бахрах, Стивен М. (1 марта 2008 г.). «Повторный взгляд на эффект диметила драгоценного камня». Журнал органической химии . 73 (6): 2466–2468. doi :10.1021/jo702665r. PMID 18278945.
^ Сальвио, Риккардо; Мандолини, Луиджи; Савелли, Клаудия (19 июля 2013 г.). «Взаимодействие гуанидина и гуанидина в бифункциональных искусственных фосфодиэстеразах на основе дифенилметановых спейсеров; влияние гем-диалкила на каталитическую эффективность». Журнал органической химии . 78 (14): 7259–7263. doi :10.1021/jo401085z. PMID 23772969.

[1] Бисли, Ричард Мур; Ингольд, Кристофер Келк ; Торп, Джоселин Филд (1915). "CXIX.–Образование и стабильность спиросоединений. Часть I. Спиросоединения из циклогексана". J. Chem. Soc., Trans . 107 : 1080–1106. doi :10.1039/CT9150701080.

[2] Шоу, Б. Л. (1975). «Формирование больших колец, внутренние реакции металлирования и внутренние энтропийные эффекты». Журнал Американского химического общества . 97 (13): 3856–3857. doi :10.1021/ja00846a072.

[3] Майкл Н. Левин, Рональд Т. Рейнс «Триметиловый замок: триггер молекулярного высвобождения в химии, биологии и фармакологии (перспектива)» Chem. Sci., 2012, том 3, 2412–2420. doi :10.1039/C2SC20536J

[4] Фюрстнер, А.; Лангеманн, К. (1996). «Краткий полный синтез дактилола через метатезис с замыканием кольца» (PDF) . J. Org. Chem. 61 (25): 8746–8749. doi :10.1021/jo961600c. hdl :11858/00-001M-0000-0024-07AC-2. PMID 11667847.

[5] Мисра, Раджкумар; Джордж, Гиджо; Реджа, Рахи М.; Дей, Санджит; Раготама, Шринивасарао; Гопи, Хосахудья Н. (2020). «Структурное понимание гибридных пептидных ε-спиралей». Химические коммуникации . 56 (14): 2171–2173. дои : 10.1039/C9CC07413A. ISSN 1359-7345. PMID 31970340. S2CID 210872237.

[6] Рингер, Эшли Л.; Магерс, Дэвид Х. (1 марта 2007 г.). «Обычная энергия деформации в диметилзамещенном циклобутане и эффект гем-диметила». Журнал органической химии . 72 (7): 2533–2537. doi :10.1021/jo0624647. PMID 17341119.

[7] Бахрах, Стивен М. (1 марта 2008 г.). «Повторный взгляд на эффект диметила драгоценного камня». Журнал органической химии . 73 (6): 2466–2468. doi :10.1021/jo702665r. PMID 18278945.

[8] Сальвио, Риккардо; Мандолини, Луиджи; Савелли, Клаудия (19 июля 2013 г.). «Взаимодействие гуанидина и гуанидина в бифункциональных искусственных фосфодиэстеразах на основе дифенилметановых спейсеров; влияние гем-диалкила на каталитическую эффективность». Журнал органической химии . 78 (14): 7259–7263. doi :10.1021/jo401085z. PMID 23772969.