Hur man studerar elektrocykliska reaktioner inom organisk kemi?

Definiera elektroniska reaktioner. Elektrocykliska reaktioner är en klass av organiska reaktioner som är viktiga ur teoretisk synvinkel till beräkningskemisten. De är också viktiga ur den praktiska synvinkeln för utövarens organiska kemist. För att förstå hur elektrocykliska reaktioner uppträder och fortskrider behöver man gedigen information inom området molekylära orbitalteorier i synnerhet organiska system.

Var medveten om historien om denna gren av organisk kemi. Detta område av organisk kemi undersöktes teoretiskt av två europeiska kemister, en tidigare vid Harvard som heter Woodward (avliden) och den andra en emeritusprofessor vid Cornell University. Dessa två forskare undersökte många elektrocykliska organiska reaktioner ur teoretisk synvinkel och kom fram till en samling kemiska observationer som kallas Woodward- och Hoffmans regler för elektrocykliska reaktioner. Dessa formulerade lagar är grundläggande och grundläggande för förståelsen av denna typ av reaktioner. Drivkraften för att upptäcka dessa elektrocykliska reaktioner härstammar från det faktum att kemisten vid Harvard utförde visst syntetiskt arbete i det organiska laboratoriet och inte kunde rationalisera de produkter som han erhöll i sin kolv. Detta fick honom att samarbeta med den andra forskaren från Cornell för att undersöka de möjliga vägarna för dessa intressanta reaktioner. Roald Hoffmann är en framstående professor i teoretisk kemi med sund matematisk bakgrund. Denna bakgrund hjälpte honom att överträffa andra forskare inom detta kemiska område på grund av deras dåliga matematiska färdigheter. Han vann också Nobelpriset tillsammans med Woodward för sina bidrag till förståelsen av kemin för de elektrocykliska reaktionerna och för sin formulering av dess lagar som kallas Woodward och Hoffmans regler för elektrocykliska reaktioner.

Studera mångsidigheten hos dessa reaktioner. Electrocyclic reaktioner är mångsidiga typ av organiska kemiska reaktioner som andel i gemensamt Närvaron av omättade konjugerade organiska föreningar som kan undergå reaktioner på flera sätt. Ett exempel på en sådan elektrocyklisk reaktion som har studerats i stor utsträckning är Diels-Alder-reaktionen som är en mycket kraftfull syntetisk metod inom kemi för alstring av två kolbindningar samtidigt. I kemisk litteratur finns hundratals forskningsartiklar om denna reaktion och dess variationer. De flesta förklaringar till hur denna reaktion sker baseras på teoretiskt arbete från molekylära orbitalteorin kemiska området och i synnerhet teorin om elektrocykliska reaktioner förutsäger mycket säkert ödet för denna typ av reaktioner kemiskt.

Studera sigmatropiska skift. De sigmatropiska förskjutningarna av väteatom och organiska funktionella grupper sker i ett organiskt konjugerat system med dubbelbindningar. Väteatomer observerades experimentellt för att skifta från ett kol till ett annat under termiska effekter eller under påverkan av UV-ljus. Dessa skift är väl förstådda och rationaliserade baserat på molekylära orbitalteorin som inkluderar en beskrivning av formen på p-orbitalerna längs det konjugerade systemet med dess symmetri. Symmetri av gränsorbitalerna på den reagerande föreningen i detta avseende är grundläggande för förståelsen av hur reaktionen kommer att ske och för att förutsäga reaktantmolekylernas beteende.

• Sigmatropiska skift styrs av HOMO-omloppssymmetrin i det konjugerade systemet. Effekten av ljus är helt annorlunda än den termiska effekten på den elektrocykliska reaktionens öde. I en ljusinducerad reaktion främjas elektroner från HOMO till LUMO. Denna process ändrar rollerna för gränsorbitalerna som gör den tidigare LUMO nu HOMO. Detta förändrar i sin tur symmetrin för banan som är inblandad i reaktionen.

Studera konjugerade dubbelbindningar. Konjugerade dubbelbindningar kan genomgå elektrocykliska reaktioner av ringförslutning eller ringöppning. Dessa reaktioner kan inträffa under termiska förhållanden eller under fotokemisk effekt. I båda dessa fall kan ringförslutningen eller öppningen ha två grundläggande processer. Dessa är conrotatory och disrotatory ring stängning. Conrotatory ringförslutning avser böjning av p-orbitalerna som är belägna på terminala kol på HOMO-banan i samma riktning för att bilda ny sigma-bindning mellan dessa två kolatomer. Som ett resultat ändras det konjugerade pi-orbitalramverket.

Studera korrelationsdiagrammet, vilket är viktigt för att förstå hur elektrocykliska reaktioner fortskrider. Detta diagram förklarar uppbyggnaden av molekylära orbitaler. Det är en bra beskrivning av reaktionsvägen kvalitativt som hjälper till att förstå hur reaktionen inträffar. Dessa korrelationsdiagram är baserade på anslutande molekylära orbitaler i diagrammet som har samma matchning i energi och symmetri. Det finns många böcker om detta ämne i allmänhet och om användningen av korrelationsdiagram för att förstå hur elektrocykliska reaktioner fortskrider.

Observera att elektrocykliska reaktioner oftast drivs termodynamiskt på grund av bildandet av en sigma-bindning istället för en befintlig dubbelbindning. De har icke-plana övergångstillstånd som är mycket beroende energiskt av symmetri-matchningen av de överlappande orbitalerna.