Reakcje Reakcje Reakcje Reakcje CykloaddycjiCykloaddycjiCykloaddycjiCykloaddycji
w Syntezie Organicznejw Syntezie Organicznejw Syntezie Organicznejw Syntezie Organicznej
Główne Zagadnienia Wykładu
• Zagadnienia Ogólne
• Reakcja Dielsa-Aldera
• Reakcje Elektrocykliczne
• Reakcje 1,3-Dipolarnej Cykloaddycji
• Inne Typy Cykloaddycji
• Zastosowanie w Syntezie Organicznej
+
‡
[2+ 2]
[3+ 2 ]+
‡
X
Y
ZZ
Y
X
Z
Y
X
+
‡
[4+ 2]
PODSTAWOWE REAKCJE CYKLOADDYCJI
PODSTAWOWE UKŁADY ππππ-ELEKTRONOWE
LUMO
HOMO
REAKCJA DIELSA-ALDERA
REAKCJA DIELSA-ALDERA
Dlaczego reakcja Dielsa-Aldera jest nazywana najbardziej wszechstronną w chemii organicznej?
- bezpośrednie (jeden etap) tworzenie 6-członowego pierścienia z acyklicznych substratów
- utworzony pierścień zawiera wiązanie C=C co umoŜliwia dalsze przemiany
- moŜliwość utworzenia aŜ 4 pozycji chiralnych
+
‡*
*
*
*
Analysisof HOMO-LUMOinteractions:
Ψ2
Ψ3
π* π
(HOMO)
(HOMO)
(LUMO)
(LUMO)
Bonding Bonding Bonding Bonding6electonsystem:Allowed
REAKCJA DIELSA-ALDERA
Reaktywność dienu wzrasta gdy:
- jest on w utrwalonej konfiguracji s-cis
- zawiera grupy elektronodonorowe (wzrasta energia HOMO)
REAKCJA DIELSA-ALDERA
DIENY
Me
Me
malejąca reaktywność
REAKCJA DIELSA-ALDERA
Im większa róŜnica w energii HOMO-LUMO, tym wolniejsza reakcja
Etylen - Butadien Butadien - Akroleina
Grupy elektronoakceptorowe (EWG) w dienofilu obniŜają energię LUMO
+
LUMO1
HOMO1
+
E
HOMO3
LUMO3
HOMO2
LUMO2
H
OO
H
+veryslow
+FastEWG
EWG=electronwithdrawinggroup
EWG
∆
∆
REAKCJA DIELSA-ALDERA - REGIOCHEMIA
disfavoredfavored
toluene, 120 °C 80 : 20
96 : 04C6H6, SnCl4, 25 °C
favored disfavored
CO2MeCO2Me
R R R
CO2Me
R
RCO2Me
R
CO2Me
CO2Me
R = OEtR = PhR = MeR = i-PrR = t-Bu
160 °C150 °C200 °C200 °C200 °C
100 : 04.5 : 12 : 13 : 13.5 : 1
R = NEt2R = MeR = MeR = i-PrR = t-BuR = CO2H
20 °C20 °C200 °C200 °C200 °C150 °C
100 : 018 : 17 : 15 : 14 : 19 : 1
For R = Me:
+
+
REAKCJA DIELSA-ALDERA - REGIOCHEMIA
Zorientowanie reagentów: Analiza orbitali granicznych (FMO)
Analiza częściowego ładunku moŜe zastąpić w/w analizę
EWG
HOMO
EWG
Donor Donor
LUMO HOMO LUMO
EWG
Donor
favored
EWG
Donor
disfavored
Donor
EWG
+
EWG
Donor
favored
EWG
Donor
disfavored
Donor
EWG+
δ+δ-
δ+δ-
δ+
δ-
EWG
Donor
+δ+δ-
δ+δ-
δ+
δ-
lepiej niŜ
REAKCJA DIELSA-ALDERA - REGIOCHEMIA
REAKCJA DIELSA-ALDERA - REGIOCHEMIA
REAKCJA DIELSA-ALDERA - REGIOCHEMIA
REAKCJA DIELSA-ALDERA - REGIOCHEMIA
LUMO-π3
HOMO-π2
C C
C C
X
YC
C
secondaryorbital overlap
EWG
Endo TSExo TS
LUMO-π3
HOMO-π2
C C
C C
X
Y
C
C
EWG
+EWG EWG
Me Me
orEWG
Me
"Exo""Endo"
EWGH
HEWG
Me Me
H HEndo TS Exo TS
cis
trans
Wyjaśnienie przy pomocy analizy orbitali granicznych (FMO)
REAKCJA DIELSA-ALDERA – ENDO czy EXO
disfavored favored
+
"Endoproduct""Exoproduct"
H
HH
H
Secondaryorbital overlap
ExoTS‡ EndoTS‡
Produkt endo w reakcji Dielsa-Aldera tworzy się szybciej niŜ bardziej stabilny produkt exo. Spowodowane jest to stabilizacją w stanie przejściowym,
oddziaływanie (nakładanie się orbitali).
2
Exo TS‡EndoTS‡
H
H
HH
REAKCJA DIELSA-ALDERA – WPŁYW KWASÓW LEWISA
favored disfavored
C6H
6, SnCl
4, 25 °C 95 : 05
80 : 20CH2Cl
2, 0 °C
CO2Me
CO2Me
H CO2Me
H
disfavoredfavored
toluene, 120 °C 80 : 20
96 : 04C6H
6, SnCl
4, 25 °C
CO2Me
Me
MeCO2Me
Me
CO2Me
+
Kwas Lewisa nie tylko dramatycznie zwiększa szybkość reakcji (106) ale takŜe
poprawia regio-, endo- i diastereoselektywność
Polaryzuje dienofil (niŜsza energia LUMO)
REAKCJA DIELSA-ALDERA – WPŁYW KWASÓW LEWISA
O
H
+
LUMO1
HOMO1
+
E
HOMO3
HOMO2
LUMO2
H
OO
HH
OH
LUMO3
X-14547A
Endiandric Acid BNicolaou, JACS 1982, 104, 5555-5562
Ley Chem. Commun. 1983, 630Nicolaou JOC1985, 50, 1440
Roush JOC1984, 49, 3429
Endiandric Acid C
(Synthesis)JACS, 1993, 115, 4497
Lepicidin
O
H
O
MeOMe
MeOOMe
NMe2
O
O
O
O
MeEt
H
O
H
HHH
H
H
Me
H
H
H
H
OMe
Me
Et
Et
HN
O
COOH
H
H
H
H
HO2CH
HPh
H
H
H
H
Ph
CO2HH
HH
H
+
‡
PRZYKŁADY REAKCJI DIELSA-ALDERA