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CO Et

2

CO Et CO Et

2 2

2

A : B = 83:17

NO

2 A B

NO 2 H

CO Et base

MeO C 2

2 CO Et

2

unico prodotto nBu SnH, AIBN

3

Quest'ultima trasformazione mostra come i nitroalcheni possano essere considerati equivalenti sintetici di alcheni

massimo OMe

OMe coeffic. LUMO CHO CHO

H O, H O

50-100°C 2 3

+ CHO Me SiO O

Me SiO 3

3 massimo

coeffic. HOMO

Il diene di Danishefsky è un diene piuttosto reattivo. I suoi addotti possono essere facilmente trasformati in chetoni

α β

-insaturi. Si noti la regioselettività. Entrambi i sostituenti del diene innalzano il coefficiente dell'HOMO dello

stesso carbonio. DIELS-ALDER CATALIZZATA DA ACIDI DI LEWIS CO Me

2

Acidi di Lewis quali AlCl , Et AlCl,

3 2 +

ZnCl , etc. accelerano la reazione di +

2

Diels-Alder, rendendo più elettrofilo CO Me CO Me

2 2

il dienofilo. Il meccanismo rimane

comunque concertato e la reazione temp. rapporto

rimane stereospecifica. Si nota però non cat. 120°C 70 : 30

un aumento di regioselettività cat. da AlCl 20°C 95 : 5

3 Sintecspec_5_8

DIELS-ALDER INTRAMOLECOLARE

La Diels-Alder intramolecolare consente la trasformazione in un solo passaggio di un composto aciclico in un

composto biciclico. Inoltre essa richiede condizioni più blande, sfruttando il vantaggio entropico e può avvenire

anche con dienofili non attivati. Le IMDA procedono con elevata regioselettività. La diastereoselettività non è

invece facilmente prevedibile con le regole endo-eso e dipende da una combinazione di effetti sterici ed elettronici.

Vi sono due tipi di D.A. intramolecolare

IMDA di tipo I portano a sistemi fusi ≥

n deve essere 1

Le reazioni più frequenti hanno n = 1 o 2 e

portano quindi a idrindani e decaline

n n

n giunzione trans

giunzione cis

Per n = 1, 2 o 3 la reazione è sempre completamente regioselettiva indipendentemente dagli effetti elettronici dei

sostituenti. Per esempio: ≥

portano a sistemi a ponte

IMDA di tipo II n deve essere 1

Le reazioni più frequenti hanno n = 1, 2 o 3 e sono

completamente regioselettive. Anche per n = 3 il modo

di attacco alternativo porterebbe ad un doppio legame

anti-Bredt:

n n Sintecspec_5_9

Diastereoselettività nelle IMDA di tipo I

L'aspetto fondamentale è la formazione di addotti con giunzione cis o trans

n n

n giunzione trans

giunzione cis

Il rapporto tra i due prodotti dipende da vari fattori

• La configurazione del doppio legame "interno" del diene

• La presenza di un gruppo attivante sul dienofilo e la sua posizione (esterna E, esterna Z, interna)

• Le condizioni di reazione (reazione termica o catalizzata da acidi di Lewis)

• L'effetto sterico di eventuali sostituenti "interni" sul diene

Primo fattore: Quando la configurazione del doppio legame "interno" del diene è Z, la reazione è in generale più

difficile e si possono formare solo gli addotti cis H

H

H H

Quando la configurazione è E, in assenza di altri effetti, la reazione sembra favorire la giunzione cis, anche se la

diastereoselettività non è elevata:

160°C +

76 : 24

190°C +

53 : 47 Sintecspec_5_10

La diastereoselettività dipende dal grado di formazione dei due nuovi legami nello S.d.T. (e quindi dal tipo di

asincronicità della cicloaddizione):

quando è più formato il legame rosso, in assenza di altri effetti, è più stabile (anche se di poco) lo

stato di transizione che porta alla giunzione cis

quando è più formato il legame azzurro, in assenza di altri effetti, è più stabile lo stato di

transizione che porta alla giunzione trans

I sostituenti aggiuntivi possono quindi incidere sul decorso in due modi:

stabilizzando o destabilizzando i due S.d.T. con interazioni steriche o elettroniche

spostando l'asincronicità della reazione verso l'uno o l'altro dei due casi limite

Secondo fattore: Quando è presente un sostituente attivante in posizione "esterna" ed E, aumenta la percentuale

di isomero con giunzione trans. CHO

CHO

OHC 150°C La reazione è in generale

più selettiva per gli

+ idrindani che per le

25 : 75 decaline

CHO

CHO

OHC 110°C +

8 : 92 Sintecspec_5_11

Come è stata razionalizzata questa aumentata preferenza nei confronti della giunzione trans ?

a) L'aumentata elettrofilia del dienofilo aumenta b) La regola endo favorisce la giunzione trans

l'asincronicità della reazione

questo legame il gruppo CHO è in endo

H H

è più formato a livello

di S.d.T.

OHC OHC

Quando invece il sostituente attivante è in posizione "esterna", ma in Z, l'effetto è trascurabile

NO NO

2 2

O N

2 +

47 : 53

In questo caso i due fattori sopra citati sono in conflitto e si annullano a vicenda

NO NO

2 2

NO in eso NO in endo

2 2

NO 2 NO 2

Infine quando il sostituente attivante è in posizione "interna" si forma esclusivamente la giunzione cis

O O inoltre C=O è in endo

O

questo legame

cis : trans : 97:3 è più formato a livello

di S.d.T. Sintecspec_5_12

Terzo fattore: Quando è presente un sostituente attivante in posizione "esterna" ed E, l'uso della catalisi (acido di

Lewis) fa aumentare notevolmente la percentuale di isomero con giunzione trans.

Tale aumento non si verifica se il sostituente attivante è in Z.

OMe CHO

ZnCl , T amb.

2

OHC CH Cl L'acido di Lewis aumenta l'asincronicità della

2 2 reazione ed aumenta anche l'effetto endo

O

O unico prodotto

Quarto fattore: un sostituente sul diene può destabilizzare lo S.d.T. che porta alla giunzione cis, incrementando

la selettività a favore del trans nei casi problematici.

R cis

trans H interazione

destabilizzante

R

CO Me CO Me

2 2

HO HO > 95:5

SiMe SiMe

3 3

Senza Me Si la diastereoselettività è molto scarsa. Il gruppo Me Si può poi essere rimosso e rappresenta quindi

3 3

un "removable steric directing group" Sintecspec_5_13

DIELS-ALDER TRANSANNULARE

Nella Diels-Alder transannulare il diene ed il dienofilo sono congiunti da catene di collegamento (tethers) su

entrambi i lati. Si passa quindi da un sistema macrociclico ad un sistema triciclico. I fattori sterici ed entropici

sono in questo caso decisivi nell'indirizzare la regiochimica e la stereochimica del processo.

OPh OPh

OH Py-BOP

O N O N

OH O

Et N

3

O O

OMe OMe T amb. conf. rel.

decisa da conf. diene

conf. rel.

Quando non ci sono tensioni steriche che impediscono la obbligatoria

cicloaddizione, la Diels-Alder transannulare è fortemente per la struttura

del sistema

agevolata entropicamente ed ha luogo in condizioni

estremamente blande. La corrispondente reazione OPh

intramolecolare non avviene facilmente e a 180°C si *

decompone tutto. O N O

*

Esistono due gradi di libertà: la diastereoselezione interna *

(endo-eso) e la diastereoselezione relativa (rispetto *

H O

al centro preesistente). Entrambe sono controllate al 100% conf. rel.

grazie alla rigidità del sistema. decisa da conf. alchene

conf. rel.

OMe obbligatoria

per la struttura

del sistema Sintecspec_5_14

TRASPOSIZIONI SIGMATROPICHE

Le trasposizioni sigmatropiche coinvolgono una riorganizzazione concertata di elettroni, durante la quale un

σ π π

legame migra su un sistema adiacente con contemporaneo spostamento di elettroni

Le trasposizioni sigmatropiche principali sono di due tipi, dette [3,3] e [3,2]

La classificazione delle reazioni sigmatropiche segue questa regola: si contano(sui due lati) gli atomi interposti

σ σ

tra il legame che si rompe ed il legame che si forma.

2 2

3 1

1

X X

X

X 3

Y

Y Y

Y Z Z

3

1 1

[3,3] [2,3]

2 2

Le reazioni del tipo [3,3] sono le più importanti. Sono reazioni permesse dalla regola di simmetria degli orbitali. Lo

stato di transizione può essere visto come l'accoppiamento di due radicali allilici:

orbitali di

X

X X un radicale allilico

Y

Y Y

Nell'interazione di due radicali allilici il LUMO e l'HOMO sono lo stesso

orbitale. L'interazione è permessa

Lo stato di transizione può essere in questo

caso sia a barca che a sedia. Normalmente

prevale lo S.d.T. a sedia Sintecspec_5_15

2 3

1 Quando X è un atomo di ossigeno e Y un carbonio, le trasposizioni [3,3]

X trasposizioni di Claisen

X vengono chiamate

Y

Y I substrati più classici delle trasposizioni di Claisen sono

3

1 gli allil vinil eteri, di solito preparati in situ dagli alcoli allilici

[3,3]

2 CHO

195°C

+ O

OH O

In principio le trasposizioni sigmatropiche [3,3] sono reazioni di equilibrio. Le Claisen sono però generalmente

spostate verso destra (ed irreversibili) grazie all'alta energia del legame C=O

Altri tipici substrati sono i fenil allil eteri

O O OH L'ultima tautomeria sposta

a destra l'equilibrio

Un'utile variante è la trasposizione di Claisen degli ortoesteri

OEt − EtOH

+

OH OEt O O

OEt EtO

trietil OEt OEt

ortoacetato

In pratica si aggiunge un'unità di acetato O

anziché un'unità di acetaldeide OEt Sintecspec_5_16

Aspetti stereochimici

Le trasposizioni [3,3] di substrati chirali sono stereospecifiche (solo 2 dei 4 possibili prodotti si formano) e

stereoselettive (uno dei due prodotti prevale). (Z)

H

HO H (E) CO Et

(S)

+

CO Et 2

2

(R) H

maggiore minore

H OEt OEt H CO Et

2

O O Se il doppio legame si forma E

il carbonio stereogenico deve per forza essere (R)

S.d.T. favorito

O O CO Et

2

H

Se il doppio legame si forma Z

EtO EtO

S.d.T. sfavorito il carbonio stereogenico deve per forza essere (S)

La configurazione del nuovo centro stereogenico è quindi decisa: a) dalla configurazione del vecchio stereocentro;

b) dalla configurazione del doppio legame di partenza; c) da quale delle due sedie è favorita

In ogni caso i prodotti che si formano hanno lo stesso e.e. del substrato.

La stereospecificità della Claisen è molto utile sinteticamente. Consente infatti di trasferire la chiralità da un alcool

secondario (facile da ottenere stereoselettivamente ad es. per risoluzione enzimatica, riduzione enantioselettiva

etc.) ad un carbonio stereogenico non funzionalizzato (difficile da ottenere direttamente in modo enantioselettivo)

Gli stessi prodotti della Claisen con ortoesteri possono essere ottenuti utilizzando enolati di esteri o silil chetene

acetali. La reazione con questi ultimi (detta Ireland-Claisen) è la più usata.

2 2

O R O R O 1

1 R

R

chetene acetali enolati di esteri

silil chetene acetali

OEt OSiMe OM

3

(da ortoesteri) Sintecspec_5_17


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24

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PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE APPUNTO

Appunti di Chimica organica del professor Romeo sulla reazione di Diels-Aldere sui seguenti argomenti: caratteristiche dei dienofili, caratteristiche dei dieni, aspetti regio e stereochimici, diels-alder intramolecolare, diastereoselettività, diels-alder transannulare, trasposizioni sigmatropiche.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche
SSD:
Università: Messina - Unime
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher valeria0186 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Chimica organica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Messina - Unime o del prof Romeo Giovanni.

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