O efeitoThorpe-Ingold se refere à aceleração no processo de fechamento de anel (ciclização), em função da modificação de átomos de hidrogênio por grupos alquil nos carbonos tetraédricos envolvidos diretamente na reação (centros reacionais).
Facilidade de ciclização em função dos substituintes anelares Quando o fragmento que cicliza, (como por exemplo, ─CH2CR2CH2─), comporta grupos geminais metil (R= CH3) ou grupos alquil maiores no lugar de átomos de hidrogênio (R=H), a repulsão mútua dos grupos alquil geminais na cadeia aberta, leva a um aumento no ângulo β e, consequentemente, uma diminuição no ângulo α . centro|miniaturadaimagem|314x314px|ângulo α e β Essa diminuição dos ângulos internos deixa os grupos X e Y mais próximos promovendo a ciclização mais rapidamente. Assim, a formação do anel é facilitada na presença dos grupos geminais dialquil. Esse efeito cinético, com aumento na velocidade de ciclização, pode ser observado na tabela abaixo, quanto à ciclização de haloidrinas. +Velocidade de reação de fechamento de anel de clorodrinasCompostoVelocidade de reaçãoHOCH2CH2Cl1HOCH2CHClCH35.5CH3CHOHCH2Cl21HOCH2CCl(CH3)2248(CH3)2COHCH2Cl252(CH3)2COHCHClCH31360CH3CHOHCCl(CH3)22040(CH3)2COHCCl(CH3)211600 Esse efeito permanece para a formação de anéis de cinco e seis membros, no entanto, para anéis com muitos membros o efeito diminui à medida que o tamanho do anel formado aumenta, como pode ser observado através da velocidade de reação para formação de lactonas a partir de Br─(CH2)n-3 ─CR2CH2─COO─, R=CH3, onde a velocidade de reação (Krel = Kgem/KH) quando um anel de seis membros é formado é de 38,5; já com anel de nove membros o Krel é 6,62; com anel de dez membros o Krel é 1,13; e no anel de onze membros o Krel é de 0,61.
Na formação de lactona com anel de seis membros, o incremento na velocidade de ciclização também é facilitado em função do ganho entrópico e entálpico. A contribuição entálpica ocorre devido ao maior número de interações do tipo gauche presentes na cadeia aberta quando comparada ao produto cíclico final. Já a contribuição entrópica se dá, pois as ramificações reduzem a rotação na cadeia aberta mais do que no anel formado, aumentando a entropia do sistema e favorecendo o fechamento de anel.
No caso de anéis grandes a liberdade de rotação é similar à forma de cadeia aberta, assim a contribuição entrópica do efeito Thorpe-Ingold torna-se menos importante. De modo similar, espera-se que a contribuição entálpica seja insignificante para um anel grande com pouca tensão. Assim, o baixo efeito Thorpe-Ingold observado em anéis grandes é complexo e muito provavelmente envolve vários fatores.
Restrição conformacional e síntese de isômeros seletivos Analisando os dados cinéticos da tabela abaixo, referente a uma reação enzimática de lactonização de ácidos hidrocumarínicos substituídos, observa-se que somente um grupo metil no anel aromático, como representado na estrutura 12, não produz mudança na velocidade de ciclização, quando comparado ao ácido de referência 11. No entanto, a adição de três grupos metila (dois na cadeia lateral e um no anel aromático), como pode ser observado na estrutura 10, aprimora de maneira significativa a taxa de velocidade da reação, mesmo quando comparado a estrutura 13 que apresenta duas metilas geminais na cadeia lateral. Uma probabilidade para explicar tal fato é que as três metilas presente na estrutura 10, geram uma forte restrição conformacional, limitando a liberdade rotacional do substrato durante a reação enzimática, o que resulta em um aumento de velocidade de reação e eliminação de isômeros não específicos. centro|miniaturadaimagem|400x400px|Velocidade e constante de equilíbrio para lactonização de ácido hidrocumarínicos substituídos a 30 °C em solução aquosa a 30% de dioxano
Categoria:Físico-química orgânica