تفاعلات الإضافة الحلقية

توحد تفاعلات الإضافة الحلقية نظامين من نوع باي (pi) لتشكيل حلقة في خطوة متزامنة واحدة، ويُعد تفاعل ديلز-ألدر [4+2] أقوى تفاعل لتكوين الحلقات في التخليق العضوي.

Definition

الإضافة الحلقية هي تفاعل محيطي (pericyclic reaction) تتحد فيه جزيئان أو أكثر غير مشبعة لتكوين ناتج إضافي حلقي مع انخفاض صافٍ في عدد روابط باي (pi) وتكوين روابط سيجما (sigma) جديدة.

Scope

يغطي هذا الموضوع تفاعل ديلز-ألدر وكيمياءه الفراغية والموضعية، ودور الإلكترونيات في الدايين والدايينوفيل، وقاعدة إندو (endo)، وتفاعلات الإضافة الحلقية ثنائية القطب 1,3، وتفاعلات الإضافة الحلقية الضوئية [2+2]، وأساس المدارات الأمامية لجدوى الإضافة الحلقية.

Core questions

• لماذا يُسمح بتفاعل ديلز-ألدر الحراري [4+2] بينما يُمنع تفاعل [2+2] الحراري؟
• ما الذي يتحكم في الكيمياء الموضعية والكيمياء الفراغية إندو/إكسو (endo/exo) لتفاعل ديلز-ألدر؟
• كيف تسرّع متطلبات الإلكترون وتأثيرات المستبدلات تفاعلات الإضافة الحلقية؟

Key theories

إضافة ديلز-ألدر الحلقية [4+2]

يتحد داين وداينوفيل بشكل فوق سطحي (suprafacially) في تفاعل متزامن ومتخصص فراغيًا [4+2] لتكوين سيكلوهكسين، مما يبني رابطتين سيجما (sigma) وما يصل إلى أربعة مراكز فراغية في خطوة واحدة.

تحكم المدارات الأمامية في تفاعلات الإضافة الحلقية

تتبع سرعة وتوجه تفاعلات الإضافة الحلقية من تداخل المدار الجزيئي الأعلى مشغولًا (HOMO) للدايين مع المدار الجزيئي الأدنى غير مشغولًا (LUMO) للدايينوفيل (أو العكس)، مما يفسر التسارع الإلكتروني والانتقائية الموضعية.

Mechanisms

يتم تفاعل ديلز-ألدر من خلال حالة انتقالية واحدة شبيهة بالعطرية، حيث يجب أن يتخذ الدايين شكل s-cis؛ وتضيف الإضافة فوق السطحية-فوق السطحية (suprafacial–suprafacial) خاصية التخصص الفراغي (stereospecific)، مما يحافظ على هندسة كلا الشريكين. تفضل التفاعلات المدارية الثانوية الحالة الانتقالية إندو (endo). تتبع تفاعلات الإضافة الحلقية ثنائية القطب 1,3 آلية مماثلة من نوع [4+2] باستخدام ثنائي القطب ومركب محب للقطب (dipolarophile).

Clinical relevance

تُجمّع تفاعلات الإضافة الحلقية الحلقات السداسية والأطر متعددة الحلقات التي تنتشر في المنتجات الطبيعية والأدوية؛ وقد أصبحت نسخة الأزيدي-الألكاين المحفزة بالنحاس (كيمياء النقر) أداة رئيسية للارتباط الحيوي واكتشاف الأدوية.

History

أفاد ديلز وألدر عن تفاعلهما الذي يحمل اسمهما في عام 1928، وهو العمل الذي فاز بجائزة نوبل في الكيمياء عام 1950؛ وقام هويزغن لاحقًا بتنظيم تفاعلات الإضافة الحلقية ثنائية القطب 1,3، موسعًا المفهوم ليشمل فئة واسعة من تخليقات المركبات الحلقية غير المتجانسة (heterocycle syntheses).

Key figures

• Otto Diels
• Kurt Alder
• Rolf Huisgen

Seminal works

• dielsalder1928
• careysundberg2007a

Frequently asked questions

ما هي قاعدة إندو (endo)؟

تلاحظ قاعدة إندو أن تفاعل ديلز-ألدر يفضل عادةً الحالة الانتقالية إندو، حيث تنحني مستبدلات الدايينوفيل تحت الدايين؛ وتعمل التفاعلات المدارية الثانوية على تثبيت هذا الترتيب وتجعل ناتج إندو هو التفضيل الحركي.

لماذا يجب أن يكون الدايين في شكل s-cis؟

فقط في شكل s-cis يمكن لطرفي الدايين الوصول إلى طرفي الدايينوفيل لتشكيل الحلقة الجديدة؛ ولا يمكن لدايين مقيد في شكل s-trans أن يخضع لتفاعل ديلز-ألدر.