Avautumisreaktioissa

Avautumisreaktioissa tarkoitetaan kemiallisia reaktioita, joissa kiertorakenne avautuu ja muodostuu lineaarisempia tai pienempiä fragmentteja. Rengasrakenteen avautuminen tapahtuu usein rengasjäykkyyden ja jännityksen purkautumisen seurauksena, ja reaktio voi johtua nukleofiilisestä, elektrofiilisestä tai radikaalisesta mekanismista. Avautumisreaktiot ovat tärkeitä sekä orgaanisessa synteesissä että polymeroitumisessa.

Tyypillisiä avautumisreaktioita ovat epoksidien, laktonien ja muiden kiertojen avautumiset. Nukleofilt avautuminen tapahtuu, kun nukleofiili hyökkää alhaisella substituutiolla olevaa katkoplasmaa ja avaa renkaan SN2-tyyppisesti; hapetus- tai katodin- ympäristö voi ohjata regio- ja stereokontrollia. Elektrofiilinen avautuminen syntyy, kun kiertorakenne kärsii kationoitumisesta tai muusta elektrofiilisestä aktivoinnista, jolloin avaaminen tapahtuu eri carbonyl- tai epäorgaanisten substituenttien paikoissa. Radikaaliset avautumiset voivat tapahtua esimerkiksi cyclopropaanien tai cyclobutaanien hajoamisessa radikaalien tai valoenergian vaikutuksesta.

Suuria kokonaisuuksia ovat ring-opening polymerization (ROP), jossa kiertorakenteiset monomeerit kuten laktonit tai laktilaktatit avautuvat ja muodostavat pitkän ketjun polymeereiksi; tyypillisiä esimerkkejä ovat polylaktaatit ja polyesterit. ROP:n mekanisminen valinta ja katalyyttinen ympäristö määrittävät polymerin ominaisuudet, kuten ketjun pituuden ja stereokemian.

Avautumisreaktioiden säätelemiseksi huomioidaan jännityksen purkautuminen, substituenttien vaikutus regio- ja stereokeemian kautta sekä reaktio-olosuhteet kuten lämpötila ja katalyytti. Ne tarjoavat keinoja rakentaa monimutkaisia molekyylejä ja polttoainekestäviä polymeerejä.