Chimica organica - Diels-Alder

LA REAZIONE DI DIELS-ALDER

concertata

E' una reazione periciclica di cicloaddizione , permessa dalla teoria della simmetria degli orbitali

(regole di Woodward-Hoffmann).

La reazione può essere di due tipi: Il tipo di reazione mostrato a sinistra è quello

HOMO del diene LUMO del diene più comune (reazione di Diels-Alder "normale").

E' favorita da dieni elettronricchi e dienofili

elettronpoveri.

Il tipo di reazione mostrato a destra è molto

meno comune e viene chiamato "inverse

demand Diels-Alder". Ha luogo quando si hanno

dienofili elettronricchi (ad es. vinil eteri ed

enammine) e dienofili elettronpoveri (coniugati

con gruppi elettronattrattori).

LUMO del dienofilo HOMO del dienofilo

In entrambi i casi la simmetria degli orbitali permette una reazione termica (senza bisogno di fotocatalisi).

Caratteristiche dei dienofili in reazioni di Diels-Alder normali

La reazione con semplici alcheni o alchini richiederebbe condizioni molto drastiche e non è pertanto quasi mai

impiegata sinteticamente. I dienofili effettivamente usati hanno sempre uno o due gruppi elettronattrattori legati al

doppio legame oppure sono sistemi molto tensionati (come il benzino)

esempi di dienofili

RO C

2

CO R O

2 CO R R

2 S

acrilati fumarati R

O

O

O O

R O

anidride maleica N

solfoni R

NO

O 2 R O

vinil chetoni nitroderivati O acrilammidi

acroleina chinoni Sintecspec_5_1

Caratteristiche dei dieni in reazioni di Diels-Alder normali

A differenza di quello che avviene con i dienofili, anche dieni non funzionalizzati sono sufficientemente reattivi

nella Diels-Alder. Due fattori incidono sulla reattività:

La presenza di sostituenti elettrondonatori fa aumentare la reattività

Una maggiore percentuale di conformero s-cis fa aumentare la reattività

s-cis s-trans

Esempi di dieni più reattivi del comune

OCH

3 O

Me SiO ciclopentadiene

3 furano

(reattivo perché (molto reattivo perché

diene di Danishefsky bloccato nella conf. s-cis) bloccato nella conf. s-cis e

(reattivo grazie ai gruppi per la presenza dell'ossigeno

elettrondonatori + R) elettrondonatore)

calore O

isobenzofurano

orto-chinondimetano (estremamente reattivo perché

(reattivo perchè la Diels-Alder combina le proprietà del furano

ripristina l'aromaticità e perché bloccato nella conf. s-cis) con quelle dell' orto-chinondimetano) Sintecspec_5_2

ASPETTI REGIO E STEREOCHIMICI

In principio, una reazione di Diels-Alder potrebbe portare fino a 32 composti diversi (16 coppie di enantiomeri)

1 1

R R

1

R 3 3 4

R R R

* *

* *

+

+ * *

* *

4 4 3

R R R

2 2

R R

2

R

In realtà molto spesso il controllo regio e stereochimico è tale da portare a soli 2 prodotti (una coppia di

enantiomeri) o addirittura ad un solo prodotto (nel caso di Diels-Alder asimmetriche con catalizzatori o ausiliari

chirali). processo irreversibile controllo è cinetico

La reazione di Diels-Alder è quasi sempre un e quindi il (fanno

eccezione le reazioni con dieni aromatici quali il furano o l'antracene, che tendono ad essere reversibili)

A REGIOSELETTIVITA'

Il problema si pone quando sia il diene che il dienofilo non sono simmetrici.

In questi casi il fattore dominante è quello elettronico. Si uniranno i carboni che hanno i più grandi coefficienti

degli orbitali di frontiera interessati. coefficienti coefficienti

coefficienti del' HOMO del' HOMO

del LUMO

min. min. ERG

magg. magg. min. magg.

EWG ERG ERG ERG

EWG EWG ERG

ERG Sintecspec_5_3

Quindi: EWG

EWG

+ +

EWG

EWG ERG ERG

ERG

ERG prodotto "tipo para"

prodotto "tipo orto"

Gruppi alchilici piccoli sul diene hanno effetto elettrondonatore (+I) e quindi aumentano la velocità e indirizzano la

reazione secondo quanto detto sopra.

Quando i gruppi sono ingombrati si può però avere una diminuzione di velocità

R H CH tBu

3

+

R O O vel. relativa 1 4.2 < 0.05

O

L'effetto sterico è ancora più gravoso quando il sostituente è in cis: H R

H H H

H R

B STEREOSPECIFICITA' H 1 2 3 4

Dato che la Diels-Alder è un processo concertato, la configurazione relativa di R ed R e di R e R è decisa dalla

configurazione dei 3 doppi legami. Degli 8 diastereoisomeri teoricamente possibili se ne formano solo 2. Ad

esempio

1

R 1

R

1 1 1 1

R R R R

3

R

E E E

3

R 3 3 3 3

R R R R

+

Z

+ + +

3

R

2

R

3

R 3 3 3 3

R R R R

E Z

2

R H

2 2 2 2

R R R R Sintecspec_5_4

C DIASTEREOSELETTIVITA'

Negli esempi visti prima abbiamo visto che la stereochimica degli alcheni di partenza controlla le configurazioni

1 3

1 2 3 2 3

ma non la configurazione relativa tra R ed R

relative tra R ed R e tra i due R , (e quindi tra R ed R ): si

possono in principio formare due diastereoisomeri endo ed eso.

1

R 1 1

R R

E Normalmente (sotto controllo cinetico) si ha una netta

3

R 3 3

R R prevalenza dell'isomero endo, anche se esso è meno

Z

+ 3

+ è

stabile, quando almeno uno dei gruppi R

elettronattrattore ed il dienofilo è Z o terminale

3

R 3 3

R R

E 3

Con dienofili E (se i gruppi R sono diversi) la situazione è

2

R 2 2

R R ovviamente più complessa. Tende comunque a stare in endo il

eso

endo gruppo più elettronattrattore 2

H R

3

R

3

R 3

R 3

R

H 3

R

2

R 2

H R 2

attacco endo R

H

1

R

3

R H 3

3

R R

1 H

R 1

R

H

H 1

R

3

R 3

R H 2

R

3

R H H

3

R 3

R

2

R 2

H R 2

attacco eso R

3

R

H H

4 3

R R

3

1 R

R 1

R

H

H 1

R

D π

STEREOSELEZIONE -FACCIALE

π

Le due facce del diene e dell'alchene possono essere omotopiche (e allora il problema non sussiste) o

enantiotopiche o diastereotopiche. Per discriminare due facce enantiotopiche occorrono