Kinetic Anomeric Effect

Efectos estereoelectrónicos sobre la reactividad El efecto anomérico cinético

Introducción Los estados de transición pueden ser más sensibles a los efectos estereoelectrónicos que los estados basales.  Aunque la evidencia no es concluyente, se puede explicar una gran cantidad de resultados en términos del efecto anomérico cinético. 

Representación de los pares electrónicos de no enlace del oxígeno: 

Orbitales moleculares canónicos con simetrías σ y π con diferencia de energía entre 20 y 45 kcal/mol, donde π es más alto en energía que σ .

nσ

O

nπ X



Orbitales moleculares híbridos sp3 compuestos por una contribución de los orbitales s y p.

R O H

H



Orbitales con la misma distribución de densidad electrónica (obtenidos al elevar al cuadrado y sumar las funciones de onda individuales de cada par electrónico).

O

El uso de pares libres híbridos sp3 



Orbitales moleculares canónicos de no-enlace del oxígeno con simetría π son el origen de la capacidad donadora de electrones de un oxígeno doblemente coordinado en moléculas saturadas. La diferencia cuantitativa entre las descripciones canónica y de orbitales híbridos es lo suficientemente pequeña como para ser despreciada en tratamientos cualitativos y semiX X X cualitativos. R

R

nσ

O H

R H

nπ

O

O H

H

H

H

La base estereoelectrónica del efecto anomérico cinético 

Descripción de orbitales frontera en reacciones SN2 entre un haluro de alquilo y un nucleófilo.



Similitud con la interacción base del efecto anomérico.



Reacción de eliminación (4-31G)

syn  



anti

Estabilidad: syn < anti < producto El isómero syn comienza conuna inversión de la configuración y pasando por una conformación anti lleva al producto. Al minimizar la energía se favorece la eliminación.



Adición de ion hidruro a formaldehído

Efecto anomérico cinético 



La ruptura del enlace C-X en sistemas RO-C-X y sistemas relacionados sucede con mayor facilidad en conformaciones en las que los orbitales de los pares libres en Y sean coplanares y de preferencia antiperiplanares con respecto al enlace C-X. En caso en el que se trate de un sistema rígido y no se pueda alcanzar la conformación antiperiplanar, el efecto anomérico cinético es mucho mayor que el efecto anomérico en estados basales.

gauche 2-3 kcal/mol

anti

ion oxocarbonio menor energía

ion oxocarbonio perpendicular mayor energía

Efecto anomérico cinético 



El requerimiento general para observar un efecto estereoelectrónico sobre la reactividad es el de que la barrera rotacional para la conversión de la forma anti sin un par libre antiperiplanar al enlace C-X a la forma syn sea mayor que la energía de activación requerida para la ruptura de C-X de la forma syn. Ya que la estabilización de la forma reactiva por el efecto anomérico es del orden de 1-2 kcal/mol, y la barrera rotacional no es mayor a 3 kcal/mol en un sistema de cadena abierta, cualquier efecto estereoelectrónico sobre la reactividad no será mayor a 1-2 kcal/mol.

anti

gauche

Efectos estereoelectrónicos sobre la reactividad: El efecto anomérico cinético

Ejemplos

Hidrólisis de acetales

Formación de acetales

Oxidación de acetales

Reacciones de intercambio carbonilo-oxígeno de ésteres

Reacciones enzimáticas