Cycloadditions

Les cycloadditions unissent deux systèmes pi pour former un cycle en une seule étape concertée, la réaction de Diels-Alder [4+2] étant la réaction de formation de cycle la plus puissante en synthèse organique.

Definition

Une cycloaddition est une réaction péricyclique dans laquelle deux molécules insaturées ou plus se combinent pour former un adduit cyclique avec une réduction nette du nombre de liaisons pi et la formation de nouvelles liaisons sigma.

Scope

Ce sujet aborde la réaction de Diels-Alder et sa régio- et stéréochimie, le rôle de l'électronique du diène et du diénophile, la règle endo, les cycloadditions 1,3-dipolaires, les cycloadditions photochimiques [2+2], et le fondement orbitalaire frontalier de la faisabilité des cycloadditions.

Core questions

• Pourquoi la réaction de Diels-Alder thermique [4+2] est-elle permise alors que la [2+2] thermique est interdite ?
• Qu'est-ce qui contrôle la régiochimie et la stéréochimie endo/exo de la réaction de Diels-Alder ?
• Comment la demande électronique et les effets de substituants accélèrent-ils les cycloadditions ?

Key theories

Cycloaddition de Diels-Alder [4+2]

Un diène et un diénophile se combinent de manière suprafaciale dans une réaction [4+2] concertée et stéréospécifique pour former un cyclohexène, formant deux liaisons sigma et jusqu'à quatre stéréocentres en une seule étape.

Contrôle orbitalaire frontalier des cycloadditions

La vitesse et l'orientation des cycloadditions découlent du recouvrement de l'HOMO du diène avec le LUMO du diénophile (ou l'inverse), expliquant l'accélération électronique et la régiosélectivité.

Mechanisms

La réaction de Diels-Alder se déroule via un état de transition unique de type aromatique dans lequel le diène doit adopter une conformation s-cis ; l'addition suprafaciale-suprafaciale la rend stéréospécifique, préservant la géométrie des deux partenaires. Les interactions orbitalaires secondaires favorisent l'état de transition endo. Les cycloadditions 1,3-dipolaires suivent un mécanisme analogue de type [4+2] utilisant un dipôle et un dipolarophile.

Clinical relevance

Les cycloadditions assemblent les cycles à six chaînons et les structures polycycliques qui sont omniprésents dans les produits naturels et les médicaments ; la version azide-alcyne catalysée par le cuivre (chimie click) est devenue un outil clé pour la bioconjugaison et la découverte de médicaments.

History

Diels et Alder ont rapporté leur réaction éponyme en 1928, travail qui leur a valu le prix Nobel de chimie en 1950 ; Huisgen a ensuite systématisé les cycloadditions 1,3-dipolaires, étendant le concept à une vaste classe de synthèses d'hétérocycles.

Key figures

• Otto Diels
• Kurt Alder
• Rolf Huisgen

Seminal works

• dielsalder1928
• careysundberg2007a

Frequently asked questions

Qu'est-ce que la règle endo ?

La règle endo observe que la réaction de Diels-Alder favorise généralement l'état de transition endo, dans lequel les substituants du diénophile se replient sous le diène ; les interactions orbitalaires secondaires stabilisent cet arrangement et font du produit endo la préférence cinétique.

Pourquoi le diène doit-il être s-cis ?

Ce n'est que dans la conformation s-cis que les deux extrémités du diène peuvent atteindre les deux extrémités du diénophile pour former le nouveau cycle ; un diène bloqué en conformation s-trans ne peut pas subir la réaction de Diels-Alder.