Реакция Дильса-Альдера

Реакция Дильса-Альдера - это химическая реакция, в которой устанавливаются связи между атомами углерода . Он был назван в честь его первооткрывателей Отто Дильса и Курта Альдера из Киля , которые в 1950 году были удостоены Нобелевской премии за свою работу .

В этой реакции образуется кольцо из шести атомов углерода со связанными сопряженным диеном и замещенным алкеном . Замещенный алкен также называют диенофилом ; для достижения приемлемого выхода диен и диенофил должны обладать особыми электронными свойствами. Особое значение реакции Дильса-Альдера состоит в том, что связи CC могут быть созданы с высокой стереоселективностью . Дильса-Альдера играют особенно важную роль в синтезе из природных веществ ( в том числе к образованию стероидов , таких как женские половые гормоны эстрадиол ). Атом экономика реакции Дильса-Альдера последовательно отлично.

генеральный

Реакция Дильса-Альдера представляет собой [4 + 2] циклоприсоединение . Это означает, что в реакции участвуют 4 или 2 π-электрона двух молекул. Типичным примером является реакция малеинового ангидрида с 1,3-бутадиеном .

Реакция 1,3-бутадиена с этеном с образованием циклогексена , которая часто приводится в качестве примера в этом контексте, может быть понята только как схематическая , потому что без электроноакцепторных заместителей на диенофиле его нижняя незанятая орбиталь ( НСМО ) энергетически слишком высока, чтобы выдерживать воздействие самая высокая занятая орбиталь ( HOMO ) диена для вступления в связывающее взаимодействие.

Это приводит к согласованной перегруппировке трех π-электронных пар, которые образуют две новые σ-связи между диенофилом и диеном, а также двойную связь в полученном продукте Дильса-Альдера. Реакция может быть инициирована как термически, так и фотохимически.

Стереохимию реакции можно понять, применив правила Вудворда-Хоффмана .

механизм

Реакция Дильса-Альдера протекает по следующему механизму:

В р - орбитали диена и диена перекрытия в переходном состоянии в таким образом , что образуются новые химические связи. Стрелки следует понимать здесь только схематично и не представляют никаких взаимодействий между электрофильными и нуклеофильными центрами.

Орбитальная модель довольно редкой реакции Дильса-Альдера с обратным электронным запросом

Кинетическое рассмотрение

Скорость реакции может быть значительно увеличена путем введения функциональных групп в диен и / или диенофил (комбинация диена с низким содержанием электронов и диенофила с высоким содержанием электронов (обратная потребность в электронах) или диена с высоким содержанием электронов и диенофила с низким содержанием электронов (нормальная потребность в электронах)). Стереохимическое расположение этих функциональных групп в продукте ( цис- или транс- ) зависит от типа реакции (термическая или фотолитическая; вращательное или дисротаторное замыкание кольца) и электронной плотности реагентов . Прогнозы возможны на основе энергетического положения соответствующих орбиталей HOMO / LUMO ( теория МО ).

Стереохимия и правило эндо

Эндо - (слева) и экзо форма (справа) из димера из циклопентадиена

В принципе возможно образование экзо- и эндо- продукта. Термодинамически (потому что стерически) более благоприятным вариантом является экзопродукт , в котором диенофил «оторван» от диена. Для переходного состояния присоединения диена к диенофилу обычно предполагается, что эндо- переходное состояние является предпочтительным из-за вторичных орбитальных взаимодействий. Окончательное объяснение еще не получено. Кинетический контроль реакции (например, посредством низкой температуры, которая подавляет или замедляет обратимую реакцию) способствует предпочтительному образованию эндопродукта .

Химия обслуживания

Диеновый компонент в реакции Дильса-Альдера может быть как с открытой цепью, так и циклическим и иметь множество различных заместителей. Единственное ограничение состоит в том, что диен с открытой цепью должен находиться в s-цис- конфигурации для реакции . Однако это достигается за счет равновесия между s-цис- и s-транс- изомерами . В нормальных условиях преобладает s-транс- модификация; поскольку s-цис- форма выведена из равновесия, она смещается в соответствии с принципом Ле Шателье . Циклические диены почти всегда находятся в s-цис- конфигурации, потому что кольцо больше не может переключиться в s-транс . Вы исключительно реактивны. Примером этого является циклопентадиен ; несмотря на отсутствие электроноакцепторных или электронодонорных заместителей, он также реагирует сам с собой с образованием дициклопентадиена .

Химия диенофилов

В типичной реакции Дильса-Альдера диенофил имеет электроноакцепторную группу, сопряженную с двойной связью. Диенофилы могут активироваться кислотами Льюиса .

Например, циклопентадиен не будет реагировать с циклогексеноном в этилацетате, если только кислота Льюиса не активирует реакцию. α, β-ненасыщенные карбонильные соединения могут дезактивировать кислоту Льюиса.

Если в качестве диенофилов используются альдегиды , кетоны , имины , тиокетоны или другие соединения с гетероатомами, то также говорят о гетеро-реакциях Дильса-Альдера .

Реакция ретро-Дильса-Альдера

Некоторые реакции Дильса-Альдера обратимы. Распад аддукта Дильса-Альдера на исходные компоненты известен как реакция ретро-Дильса-Альдера . Одним из примеров является термическое разложение димерного циклопентадиена в присутствии железного катализатора.

В масс-спектрометрии ионизация электронным ударом может привести к фрагментации, также известной как реакция ретро-Дильса-Альдера . Механизм этой реакции не согласованный, а радикальный.

литература

• Франческо Фрингуелли, Альдо Татички: Диены в реакции Дильса-Альдера. Wiley, New York 1990, ISBN 0-471-85549-9 .
• Нгуен Чонг Ань: Правила Вудворда-Хоффмана и их применение. Chemie, Weinheim 1972, ISBN 3-527-25430-7 .

веб ссылки

• Подробный обзор на немецком языке ( памятная записка от 6 ноября 2011 г. в Интернет-архиве )
• Рецензия на английском языке ( памятная записка от 29 мая 2009 г. в Интернет-архиве )
• Обзор на английском языке с множеством примеров и цитатами из литературы
• Последние достижения в области асимметричных реакций Дильса-Альдера

Индивидуальные доказательства

1. ↑ О. Дильс, К. Альдер: Синтезы в гидроароматическом ряду . В: Анналы химии Юстуса Либиха . 460, No. 1, 1928, pp. 98-122. DOI : 10.1002 / jlac.19284600106 .
2. ↑ Отто Дильс, Курт Альдер: Синтез в серии гидроароматических соединений. III. Сообщение: Синтез терпенов, камфоры, гидроароматических и гетероциклических систем. В сотрудничестве с господами Вольфгангом Люббертом, Эрихом Науйоксом, Францем Керберицем, Карлом Рёлем, Харро Сегебергом. В: Анналы химии Юстуса Либиха. 470, No. 1, 1929, стр. 62-103, DOI: 10.1002 / jlac.19294700106 .
3. ↑ Отто Дильс, Курт Альдер: Синтезы в гидроароматической серии, IV. Часть: О добавлении малеинового ангидрида к арилированным диенам, триенам и фульвену (под редакцией Пола Прайса). В: Отчеты Немецкого химического общества (серии A и B). 62, № 8, 1929, стр. 2081-2087, DOI : 10.1002 / cber.19290620829 .
4. ↑ Отто Дильс, Курт Альдер: Синтезы в гидроароматическом ряду, V. Сообщение: О Δ4-тетрагидро-о-фталевой кислоте (Комментарий к сообщению Э. Х. Фармера и Ф. Уоррена: Свойства конъюгированных двойных связей (VII). В: Отчеты немецкой химической Общество (серии A и B). 62, № 8, 1929, стр. 2087-2090, DOI : 10.1002 / cber.19290620830 .
5. ↑ Милтон К. Клётцель: Реакция Дильса-Альдера с малеиновым ангидридом. В кн . : Органические реакции. 4, No. 1, 1948, стр. 1-59, DOI: 10.1002 / 0471264180.or004.01 .
6. ↑ HL Холмс: Реакция Дильса-Альдера на этиленовые и ацетиленовые диенофилы. В кн . : Органические реакции. 4, № 2, 2004, стр. 1007-1019, DOI: 10.1002 / 0471264180.or004.02 .
7. ^ Анри Б. Каган, Оливье Райан: Каталитические асимметричные реакции Дильса-Альдера. В: Химические обзоры. 92, № 5, 1992, стр. 1007-1019, DOI: 10.1021 / cr00013a013 .
8. ^ KC Nicolaou, Скотт А. Снайдер, Тамсин Монтаньон, Георгиос Василикогианнакис: Реакция Дильса-Альдера в полном синтезе. В: Angewandte Chemie International Edition. 41, № 10, 2002, стр 1668-1698,. DOI : 10.1002 / 1521-3773 (20020517) 41:10 <1668 :: АИД-ANIE1668> 3.0.CO; 2-Z .
9. ^ Чарльз Э. Мортимер, Ульрих Мюллер: Химия: основы химии . 9-е издание. Георг Тиме Верлаг, Штутгарт 2007, ISBN 978-3-13-484309-5 , стр. 539 ( ограниченный просмотр в поиске Google Книг). 
10. ↑ Джонатан Клейден, Ник Гривс, Стюарт Уоррен: Органическая химия . 2-е издание. Springer Spectrum, Берлин / Гейдельберг 2013, ISBN 978-3-642-34715-3 , стр. 970 . 
11. ↑ С.А. Козьмин, С.Хе, В.Х. Равал,: [4 + 2] циклоприсоединение 1-диметиламино-3-трет-бутилдиметилсилокси-1,3-бутадиена с метилакрилатом: 4-гидроксиметил-2-циклогексен-1-он Шаблон: проверка текста ссылки / апостроф В : Органический синтез . 78, 2002, стр 160,. DOI : 10,15227 / orgsyn.078.0160 ; Coll. Том 10, 2004 г., с. 442 ( PDF ).
12. ↑ EB Hershberg, JR Ruhoff: 1,3-Butadiene In: Organic Syntheses . 17, 1937, стр 25,. DOI : 10,15227 / orgsyn.017.0025 ; Coll. Том 2, 1943, стр.102 ( PDF ).
13. ↑ Маурисио Гомес Константино, Вальдемар Ласерда Джуниор, Хиль Вальдо Хосе да Силва: Активация производных енона пентахлоридом ниобия : продукты добавления Дильса-Альдера и конъюгатов. В кн . : Молекулы . Volume 7, No. 5, 2002, pp. 456-464, doi: 10.3390 / 70500456 (полный текст).