Endo-regel og stereoselektivitet i Diels-Alder-reaktionen
On januar 24, 2021 by adminEr du enig med stereocentret med $ \ ce {-CF3} $ og $ \ ce {- CN} $ substituenter i produktet?
Jeg troede, at da $ \ ce {-CF3} $ er en bedre elektronudtagende gruppe end $ \ ce {-CN} $, ville den placeres overfor dienen og give produktet i hvilke $ \ ce {-CF3} $ peger op og $ \ ce {-CN} $ peger ned.
Jeg mener dog, at mit forslag ovenfor er forkert, fordi sandsynligvis substituenten med den højeste elektronudtagning ejendom, $ \ ce {-CF3} $ skal placeres endo på grund af sekundære orbitale interaktioner. Derfor forventer jeg, at produktet ovenfor skal være det rigtige.
Når jeg prøver at udføre slutproduktet af følgende reaktion, kom jeg til det andet syn produkt med absolut stereokemi ( S , R ) i stedet for ( R , S ) -produktet, der vises her. Så jeg undrer mig over, hvorfor vi får endo selektivitet i den første reaktion og exo selektivitet her i stedet.
Svar
Er du enig med stereocentret med CF3 / CN i produktet?
Nej, jeg havde forventet, at den anden isomer, den med $ \ ce {CN} $ og $ \ ce {NO2} $ -grupperne, der peger nedad i din tegning.
Begrundelse:
Når exo- og endo-isomerer kan dannes i Diels-Alder-reaktionen, er der ofte en præference for dannelse af endo-isomeren. Selv om denne endopræference ofte omtales som “endo-reglen”, er den ikke en “regel”, bare en generel og ret svag præference for endoproduktdannelse. Faktisk i de fleste tilfælde dannes begge isomerer, bare mere af endo-isomeren (se figur nedenfor).
Den forklaring, der oftest avanceres for endo-præferencen, er “sekundære orbitale interaktioner.” Det tilladte diagram illustrerer de to mulige overgangstilstande (TS) i reaktionen af cyclopentadien og en $ \ alfa, \ beta $ -umættet carbonylforbindelse. En TS fører til exo-produktet, den anden TS til endo. Bemærk, hvordan endo TS har den umættede carbonylbinding gemt under dobbeltbindingerne i cyclopentadienringen; exo TS gør det ikke. Det spekuleres (1), at overlapningen af carbonylumættetheden med dienumættelsen på en eller anden måde stabiliserer endo TS, hvilket gør endoproduktet foretrukket. Den medfølgende tabel illustrerer, hvor svag endo-præferencen kan være.
I dit topeksempel vil denne endopræference for en TS med overlappende umætning føre mig til at mistanke om, at produktet med de umættede nitro- og cyanogrupper ($ \ ce {CF3} $ -gruppen er ikke umættet) orienteret væk fra 3-kulstofbroen og gemt mod dobbeltbindingen ville være at foretrække.
Husk også, at endopræferencen gælder for tilfælde, hvor Diels -Eldre reaktion køres under kinetisk kontrol. Som det følgende eksempel viser, foretrækkes exo-produktet generelt termodynamisk (mindre sterisk trængsel). Så hvis reaktionen køres under betingelser (høj temperatur), hvor det oprindeligt dannede kinetiske (endo) produkt vender tilbage til udgangsmateriale, vil det termodynamisk foretrukne produkt (exo) til sidst blive dannet, hvilket eliminerer den kinetiske præference for endoproduktet.
(1) se her for en alternativ forklaring på endopræferencen
Kommentarer
- Fremragende forklaring! Papiret er også meget nyttigt at se, at den sekundære orbitale interaktion kun spiller en mindre rolle, når sterics er til stede.
Svar
Med hensyn til den anden reaktion er endo / exo-selektiviteten ikke observerbar, da der ikke er nogen substitution i 1- eller 4-positionerne på dienen. Forskellen mellem det produkt, du forudsagde (S, R), og det viste (R, S) er, at de er enantiomerer. Produktet af to achirale reaktanter skal enten være achiral eller en racemisk blanding.
Skriv et svar