분자 내 반응

화학에서 분자 내()는 단일 분자의 화학 구조 내에서 제한적으로 일어나는 화학적 과정 또는 특성을 설명하며, 단일 분자의 범위 내에서 일어나는 속성 또는 현상을 뜻한다.

 상대적인 반응 속도 
분자 내 유기 반응에서는 두 반응 부위가 단일 분자 내에 포함되어 있다. 이 구성은 반응하는 파트너의 유효 농도를 높여 높은 반응 속도를 유도한다. 많은 분자 내 반응은 분자 간 버전이 일어나지 않는 경우에도 관찰된다.

분자 내 반응, 특히 5원 및 6원 고리 형성을 유도하는 반응은 유사한 분자 간 과정에 비해 빠르다. 이는 주로 고리 형성의 전이 상태에 도달하는 데 필요한 엔트로피 비용이 줄어들고, 이 크기의 고리 형성과 관련된 상당한 변형이 없기 때문이다. 다양한 곁사슬 길이를 가진 기질의 고리화를 통해 다른 고리 크기를 형성하는 경우, 반응 속도(n원 고리 형성을 위한 속도 상수 kn)의 순서는 일반적으로 ω-브로모알킬아민 계열의 경우 아래와 같이 k5 > k6 > k3 > k7 > k4이다. 이 다소 복잡한 속도 경향은 이러한 엔트로피 및 변형 요인들의 상호작용을 반영한다.
+고리화 반응의 상대적인 속도 상수
(n = 5는 krel = 100으로 설정)+nkrelnkrelnkrel30.161.7120.0000140.00270.03140.00035100100.00000001150.0003
작은 고리 (3원 및 4원 고리)의 경우, 느린 속도는 전이 상태에서 겪는 고리 무리의 결과이다. 3원 고리가 더 큰 변형을 받음에도 불구하고, 아지리딘의 형성은 아제티딘의 형성보다 빠르다. 이는 전자의 경우 이탈기와 친핵체가 더 가까이 있어 반응성 입체 형태에서 만날 확률이 높아지기 때문이다. 동일한 추론이 변형되지 않은 고리(5원, 6원 및 7원 고리)에도 적용된다. 중간 크기의 고리(8원 내지 13원 고리)의 형성은 점점 더 불리한 엔트로피 비용과 고리를 가로지르는 입체 상호작용으로 인해 발생하는 환형 교차 변형의 추가적인 존재가 결합되어 특히 불리하다. 마지막으로 큰 고리(14원 이상)의 경우, 이탈기와 친핵체 사이의 거리가 너무 멀어져 반응이 사실상 분자 간 반응이 되므로 속도 상수는 일정해진다.

세부 사항은 다소 변경될 수 있지만, 일반적인 경향은 라디칼 매개 및 (일부 경우) 전이 금속 촉매 과정을 포함한 다양한 분자 내 반응에 적용된다.

 예시 
유기 화학의 많은 반응은 분자 내 또는 분자 간 방식으로 일어날 수 있다. 일부 반응은 정의상 분자 내에서만 일어나거나 분자 내에서만 실행된다. 예를 들어 다음과 같다.
 다이에스터의 디크만 축합 반응은 알돌 축합 반응의 분자 내 버전이다.
 마델룽 인돌 합성
 스마일스 재배열
 하이드로아실화 반응은 거의 항상 분자 내에서 일어나 케톤을 생성한다.
RCHO  +  CH2=CHR'   →   RC(O)CH2CH2R'
 나자로프 고리화 반응을 이용한 사이클로펜테논 합성
 알킬 할라이드의 환원성 커플링을 포함하는 부르츠 반응은 분자 내에서 수행될 때만 본질적으로 유용하다. 그 유용성은 변형된 고리의 합성을 통해 입증된다.
300px|center

일부 변환은 분자 내에서 가능하거나 강화된다. 예를 들어, 다이에스터의 아실로인 축합 반응은 다른 방법으로는 구성하기 어려운 10원 탄소고리를 거의 독점적으로 생성한다. 또 다른 예는 노보나다이엔의 2+2 고리화 반응으로 쿼드리사이클란을 생성하는 것이다.
350px|center

 도구 및 개념 
분자 내 고리화 반응의 장점을 활용하기 위해 많은 도구와 개념이 개발되었다. 예를 들어, 큰 치환기를 도입하면 쏘프-잉골드 효과가 활용된다. 고희석 반응은 분자 간 과정을 억제한다. 한 가지 도구 세트는 아래에서 논의된 테더링을 포함한다.

테더링된 분자 내 [2+2] 반응
테더링된 분자 내 [2+2] 반응은 분자 내 2+2 광화학 고리화 첨가 반응을 통해 사이클로뷰테인과 사이클로뷰테논을 형성하는 것을 포함한다. 테더링은 다중 고리 시스템의 형성을 보장한다.

테더의 길이는 [2+2] 반응의 입체화학 결과에 영향을 미친다. 테더가 길수록 알켄의 말단 탄소가 엔온의 -탄소에 연결된 "직선" 생성물을 생성하는 경향이 있다. 테더가 단 두 개의 탄소로 구성될 때는 엔온의 -탄소가 알켄의 말단 탄소에 연결된 "구부러진" 생성물이 생성된다.

테더링된 [2+2] 반응은 흥미로운 고리 시스템과 위상수학을 가진 유기 화합물을 합성하는 데 사용되었다. 예를 들어, [2+2] 광화학 고리화 반응은 은행골라이드 B의 삼환 코어 구조를 구성하는 데 사용되었다.

 분자 테더 
그렇지 않으면 분자 간 반응이 되는 반응은 두 반응물을 테더로 연결하여 일시적으로 분자 내 반응으로 만들 수 있으며, 그에 따른 모든 장점을 얻을 수 있다. 테더의 인기 있는 선택에는 탄산 에스터, 붕산 에스터, 실릴 에테르, 또는 실릴 아세탈 링크(실리콘 테더)가 포함되어 있는데, 이들은 많은 유기 반응에서 상당히 불활성이지만 특정 시약에 의해 분해될 수 있다. 이 전략이 작동하기 위한 주요 장애물은 테더에 적절한 길이를 선택하고 반응성 그룹이 서로에 대해 최적의 방향을 갖도록 하는 것이다. 예를 들어 알켄과 알카인이 실릴 에테르를 통해 함께 테더링된 파우손-칸드 반응이 있다.

300px|파우손-칸드 실리콘 테더

이 특정 반응에서 반응성 그룹을 함께 가져오는 테더 각도는 쏘프-잉골드 효과를 통해 실리콘 원자에 아이소프로필 그룹을 배치함으로써 효과적으로 감소된다. 이 부피가 큰 그룹이 더 작은 메틸 그룹으로 대체되면 반응이 일어나지 않는다. 또 다른 예는 실리콘 아세탈 그룹을 통해 테더링된 두 개의 알켄 그룹을 가진 광화학 [2+2] 고리화 첨가 반응 (라세미, 다른 광학 이성질체는 묘사되지 않음)으로, 이는 나중에 TBAF에 의해 분해되어 엔도-다이올을 생성한다.

400px|고리화 첨가 실리콘 테더

테더가 없으면 엑소 이성질체가 형성된다.

 각주 

분류:유기화학
분류:분자물리학
분류:반응 메커니즘