Memperluas fungsi arynes

Dua tim ahli kimia sintesis dan komputasional di amerika Serikat telah mengembangkan penjelasan tambahan terhadap selektifitas tidak biasa yang diteliti pada reaksi indolyne. Hasilnya menunjukkan pada kemungkinan dari model yang lebih umum dalam memprediksikan reaktifitas arynes berdasarkan pada distorsi cincin dan polarisasi serta membuka kemungkinan kesempatan terhadap sintesis molekul komplek.

Arynes merupakan kelas tidak biasa dari molekul – molekul  intermediate reaktif, seringkali digambarkan sebagai sistem cincin aromatik yang terdiri dari tiga ikatan karbon-karbon, atau sebagai diradicals. Indolynes merupakan sub rangkaian dari hal tersebut yang berdasarkan pada sistem cincin indole, dan dimana banyakanya arynes menunjukkan sedikit sekali selektifitasnya pada reaksi mereka, indolynes dapat saja sangat menbedakan sekali – khususnya saat tiga ikatan formal dekat denganatom  nitrogen indole (pada posisi 6,7).

Dalam hal studi sintesis, Keith Buszek dari Universitas Missouri di Kansas City dan Neil Garg pada Universitas California di Los Angeles (UCLA) keduanya meneliti selektifitas yang tidak diharapkan ini pada reaksi yang berbeda – Buszek dalam hal cycloaddition dengan bahan pengganti furans, dan Garg dalam hal rekasi tambahan nucleophilic. Untuk membantu memahami hasil mereka, kedua bekerja sama dengan kelompok kimiawi komputasional – Buszek dengan Chris Cramer dari Universitas Minnesota dan Garg dengan Ken Houk – seorang kolega di UCLA.

6,7-indolyne berekasi dengan 2-bahan pengganti furans untuk memberi produk penghalang sterikal

Buszek dan makalah dari Cramer’s ¹ mendeskripsikan cycloaddition furans terhadap indolynes untuk membuat tetracyclic adducts. ‘Regioselektifitas [tim Buszek] dilihat sangatlah kontra intuitif,’ kata Cramer – kelihatannya menjadi selektifitas yang kuat bagi kebanyakan produk yang penuh secara sterikal, dengan substituent furan yang menunjukkan kepada kelompok methyl pada  nitrogen indole ketimbang terlepas dari hal itu.

‘Hasilnya [berdasarkan kalkulasi kami] dirasakan sangat bagus dengan gambaran indolynes yang mempunyai lebih banyak mempolarisasi tiga ikatan formal dari pada bahan pendamping hidrokarbonnya,’ tambah Cramer. Ini menunjukkan pada perubahan dalam mekanismenya, dengan elektron yang kaya akan furans mengikuti substitusi electrophilic yang seperti suatu jalur yang mendukung produk penuh yang banyak lagi; dan elektron yang miskin akan furans yang berekasi pada jalur cycloaddition terkontrol yang lebih sterikalyang mendukung produk penghalang adduct yang sedikit.

Pekerjaan Garg dan Houk ² memelajari tambahan langsung nucleophiles seperti alkohol dan amino pada tiga ikatan indolyne, dan mereka juga meneliti selektifitas yang baik dengan 6,7-indolyne. Bagaimanapun juga, mereka juga menemukan mereka dapat memperoleh selektifitas yang baik saat tiga ikatan berada pada sisi berlawanan dari cincin (4,5-indolyne), tetapi berkurang pada saat berada diantara kedua ekstrem tersebut (5,6-indolyne). Houk menjelaskan bahwa sementara secara umum selektifitas dirasionalisasikan sederhana dengan maksud polarisasi, mereka menemukan bahwa distorsi cincin geometri mempunyai efek yang sama.

‘Kelompok elektron yang menarik mundur dapat mendistorsi aryne sehingga salah satu yang mirip dengan karbonian dan lainnya menjadi seperti lebih ion karbonium,’ kata Houk, ‘tetapi distorsi ini dapat juga dipengaruhi hanya dengan tegangan cincin. Pada indolyne, kedua efek – efek tersebut bekerja pada arah yang sama dan menyebabkan 4,5- dan 5,7-indolynes menjadi sangat terdistorsi.’

Ketika nucleophile menyerang cincin yang terdistorsi, ini kelihatan lebih berekasi jika ini mendekati bagian yang datar, karbon yang seperti ion karbonium. Houk menunjukkan bahwa ini dikarenakan penyerangan pada ujung yang lain akan berarti cincin tersebut akan terdistorsi kedalam bentuk yang berbeda pada keadaan transisi, yang meliputi suatu rintangan energi yang lebih besar lagi.

Houk yakin bahwa kombinasi dari pekerjaan dua tim ini membawa kita lebih dekat pada cara yang lebih umum dalam memprediksi atau mengawasi selektifitas reaksi aryne. ‘Saya pikir sekarang kita tahu secara kualitatif, tanpa melakukan kalkulasi apapun, apa yang akan terjadi,’ katanya, ‘namun kita bermaksud untuk melakukan investigasi lebih umum kedalam cakupan meluas dari substituent untuk membentuk suatu model yang lebih kuantitatif.’

Sebagaimana ahli kimia sintetis, Buszek sangat gembira untuk melihat efek dari  pekerjaan pada kemungkinan sintetis. ‘Bersamaan, dua analisa tambahan tersebut memberikan pandangan baru yang luar biasa pada reaktifitas arynes secara umum.’ Dia berharap bahwa pekerjaan ini akan menggugah kembali perhatian pada arynes dalam pembuatan molekul alamiah dan non alamiah komplek.

Phillip Broadwith

Referensi

1. A Garr et al, Org. Lett., 2010, DOI: 10.1021/ol902415s

2. P Cheong et al, J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI: 10.1021/ja9098643