Reaksi perisiklik dicirikan oleh keadaan transisi siklik terpadu di mana pembentukan dan pemutusan ikatan terjadi secara bersamaan. Mereka berlangsung tanpa zat antara ionik atau radikal dan diatur oleh simetri orbital molekul daripada oleh polaritas pelarut atau efek katalis. Tiga kelas utama adalah sikloadisi, reaksi elektrosiklik, dan penataan ulang sigmatropik. Hasil stereokimianya dapat diprediksi oleh aturan Woodward-Hoffmann, yang dikembangkan oleh R.B. Woodward dan Roald Hoffmann, di mana Hoffmann berbagi Hadiah Nobel 1981.

Teori Orbital Molekul Frontier

Aturan Woodward-Hoffmann paling mudah diterapkan menggunakan teori orbital molekul frontier (FMO), yang mempertimbangkan interaksi antara orbital molekul tertinggi yang terisi (HOMO) dari satu komponen dan orbital molekul terendah yang tidak terisi (LUMO) dari komponen lainnya. Reaksi perisiklik diizinkan secara termal ketika orbital yang berinteraksi memiliki simetri yang sama (tumpang tindih konstruktif) dan diizinkan secara fotokimia ketika simetrinya berlawanan. Reaksi termal dikendalikan oleh simetri orbital keadaan dasar, sementara reaksi fotokimia dikendalikan oleh simetri orbital keadaan tereksitasi.

Reaksi Elektrosiklik

Reaksi elektrosiklik melibatkan pembukaan atau penutupan cincin dari poliena terkonjugasi. Stereokimia ditentukan oleh apakah reaksi berlangsung melalui gerakan konrotatori (rotasi arah berlawanan) atau disrotatori (rotasi arah yang sama). Untuk reaksi elektrosiklik termal, sistem dengan elektron-π 4n mengalami penutupan cincin konrotatori, sementara yang dengan elektron-π 4n+2 mengalami penutupan disrotatori. Kebalikannya berlaku dalam kondisi fotokimia. Aturan ini ditunjukkan secara elegan oleh pembukaan cincin termal siklobutena (4π, konrotatori, memberikan (E,E)-butadiena) versus 1,3-sikloheksadiena (6π, disrotatori, memberikan (Z,Z)-heksatriena).

Sikloadisi

Sikloadisi menggabungkan dua molekul tak jenuh untuk membentuk cincin. Reaksi Diels-Alder (sikloadisi [4+2]) diizinkan secara termal dalam kondisi permintaan-elektron normal (HOMO diena berinteraksi dengan LUMO dienofil). Sikloadisi [2+2] (membentuk siklobutana) dilarang secara termal tetapi diizinkan secara fotokimia, berlangsung melalui keadaan tereksitasi di mana kecocokan simetri HOMO-LUMO terbalik. Sikloadisi 1,3-dipolar adalah varian [4+2] serbaguna yang digunakan secara luas untuk sintesis heterosiklik lima anggota, dengan aplikasi dalam kimia klik (sikloadisi azida-alkuna katalis-Cu).

Penataan Ulang Sigmatropik

Penataan ulang sigmatropik melibatkan migrasi ikatan σ melintasi sistem π dengan reorganisasi ikatan π yang menyertainya. Penataan ulang [3,3]-sigmatropik adalah subkelas yang paling penting secara sintetik. Penataan ulang Cope mengubah 1,5-diena menjadi 1,5-diena lain, dengan varian oksi-Cope (di mana gugus hidroksil hadir pada C3) berlangsung jauh lebih cepat karena akselerasi alkoksida. Penataan ulang Claisen mengubah alil vinil eter menjadi senyawa karbonil γ,δ-tak jenuh dan banyak digunakan dalam sintesis produk alami. Penataan ulang [2,3]-sigmatropik meliputi penataan ulang Wittig dan penataan ulang Sommelet-Hauser.

Reaksi Cheletropik dan Aplikasi

Reaksi cheletropik adalah subkelas sikloadisi di mana kedua ikatan baru terbentuk pada atom yang sama. Ekstrusi sulfur dioksida dari sulfolena (reaksi retro-cheletropik) adalah metode untuk menghasilkan diena secara in situ untuk reaksi Diels-Alder. Konservasi simetri orbital, fondasi aturan Woodward-Hoffmann, memungkinkan sintesis total vitamin B₁₂ — salah satu pencapaian penting dalam kimia organik. Reaksi perisiklik dihargai karena stereokimia yang dapat diprediksi, ekonomi atom, dan pembentukan produk samping yang minimal, menjadikannya ideal untuk sintesis molekul kompleks.