Cicloadições

As cicloadições unem dois sistemas pi em um anel em uma única etapa concertada, sendo a reação de Diels-Alder [4+2] a reação formadora de anéis mais poderosa na síntese orgânica.

Definition

Uma cicloadição é uma reação pericíclica na qual duas ou mais moléculas insaturadas se combinam para formar um aduto cíclico com uma redução líquida no número de ligações pi e formação de novas ligações sigma.

Scope

Este tópico abrange a reação de Diels-Alder e sua regio e estereoquímica, o papel da eletrônica do dieno e do dienófilo, a regra endo, cicloadições 1,3-dipolares, cicloadições fotoquímicas [2+2] e a base de orbitais de fronteira para a viabilidade da cicloadição.

Core questions

• Por que a reação térmica de Diels-Alder [4+2] é permitida, enquanto a térmica [2+2] é proibida?
• O que controla a regiosseletividade e a estereoquímica endo/exo da reação de Diels-Alder?
• Como a demanda eletrônica e os efeitos dos substituintes aceleram as cicloadições?

Key theories

Cicloadição de Diels-Alder [4+2]

Um dieno e um dienófilo combinam-se suprafacialmente em uma reação [4+2] concertada e estereosspecífica para formar um ciclohexeno, construindo duas ligações sigma e até quatro estereocentros em uma única etapa.

Controle de orbitais de fronteira de cicloadições

A taxa e a orientação das cicloadições decorrem da sobreposição do HOMO do dieno com o LUMO do dienófilo (ou o inverso), explicando a aceleração eletrônica e a regiosseletividade.

Mechanisms

A reação de Diels-Alder ocorre através de um único estado de transição semelhante ao aromático, no qual o dieno deve adotar uma conformação s-cis; a adição suprafacial-suprafacial a torna estereosspecífica, preservando a geometria de ambos os parceiros. Interações orbitais secundárias favorecem o estado de transição endo. As cicloadições 1,3-dipolares seguem um mecanismo análogo do tipo [4+2] usando um dipolo e um dipolarófilo.

Clinical relevance

As cicloadições montam os anéis de seis membros e as estruturas policíclicas que permeiam produtos naturais e fármacos; a versão de azida-alcino catalisada por cobre (química click) tornou-se uma ferramenta chave para a bioconjugação e descoberta de fármacos.

History

Diels e Alder relataram sua reação homônima em 1928, trabalho que lhes rendeu o Prêmio Nobel de Química em 1950; Huisgen mais tarde sistematizou as cicloadições 1,3-dipolares, estendendo o conceito a uma ampla classe de sínteses de heterociclos.

Key figures

• Otto Diels
• Kurt Alder
• Rolf Huisgen

Seminal works

• dielsalder1928
• careysundberg2007a

Frequently asked questions

O que é a regra endo?

A regra endo observa que a reação de Diels-Alder geralmente favorece o estado de transição endo, no qual os substituintes do dienófilo se dobram sob o dieno; interações orbitais secundárias estabilizam esse arranjo e tornam o produto endo a preferência cinética.

Por que o dieno deve ser s-cis?

Somente na conformação s-cis as duas extremidades do dieno podem alcançar ambas as extremidades do dienófilo para formar o novo anel; um dieno bloqueado em s-trans não pode sofrer a reação de Diels-Alder.