Regola endo e stereoselettività nella reazione di Diels-Alder
Su Gennaio 24, 2021 da adminSei daccordo con lo stereocentro con $ \ ce {-CF3} $ e $ \ ce {- CN} $ sostituenti nel prodotto?
Ho pensato che, poiché $ \ ce {-CF3} $ è un gruppo di ritiro di elettroni migliore di $ \ ce {-CN} $, sarebbe stato posizionato di fronte al diene, dando il prodotto in che $ \ ce {-CF3} $ punta verso lalto e $ \ ce {-CN} $ punta verso il basso.
Tuttavia, credo che la mia proposta sopra sia sbagliata, perché probabilmente il sostituente con il più alto ritiro di elettroni la proprietà $ \ ce {-CF3} $ dovrebbe essere posizionata endo a causa delle interazioni orbitali secondarie. Pertanto, prevedo che il prodotto sopra dovrebbe essere quello corretto.
Quando provo a fare lendo-prodotto della seguente reazione sono arrivato allaltro prodotto syn con stereochimica assoluta ( S , R ) invece del prodotto ( R , S ) mostrato qui. Quindi mi chiedo perché otteniamo selettività endo nella prima reazione e selettività exo qui.
Risposta
Sei daccordo con lo stereocentro con CF3 / CN nel prodotto?
No, mi sarei aspettato laltro isomero, quello con i gruppi $ \ ce {CN} $ e $ \ ce {NO2} $ rivolti verso il basso nel tuo disegno.
Razionale:
Quando gli isomeri exo ed endo possono formarsi nella reazione di Diels-Alder, cè spesso una preferenza per la formazione dellisomero endo. Sebbene questa preferenza endo sia spesso indicata come la “regola endo”, non è una “regola”, ma solo una preferenza generale, e piuttosto debole, per la formazione del prodotto endo. Infatti, nella maggior parte dei casi si formano entrambi gli isomeri, solo una parte maggiore dellisomero endo (vedere la figura sotto).
La spiegazione più spesso avanzata per la preferenza endo è “interazioni orbitali secondarie”. Il diagramma seguente illustra i due possibili stati di transizione (TS) nella reazione del ciclopentadiene e di un composto carbonilico $ \ alfa, \ beta $ -insaturo. Una TS porta al prodotto exo, laltra TS a endo. Si noti come lendo TS abbia il legame carbonilico insaturo nascosto sotto i doppi legami nellanello ciclopentadienico; exo TS no. Si ipotizza (1) che la sovrapposizione dellinsaturazione del carbonile con linsaturazione del diene stabilisca in qualche modo lendo TS rendendo il prodotto endo preferito. La tabella allegata mostra quanto debole possa essere la preferenza endo.
Nel tuo esempio principale, questa preferenza endo per un TS con insaturazione sovrapposta mi farebbe sospettare che il prodotto con i gruppi nitro e ciano insaturi ($ \ ce {CF3} $ gruppo non è insaturo) orientato lontano dal ponte a 3 atomi di carbonio e nascosto verso il doppio legame sarebbe preferito.
Inoltre, tieni presente che la preferenza endo si applica ai casi in cui i Diels -La reazione dellontano viene eseguita sotto controllo cinetico. Come mostra il seguente esempio, il prodotto exo è generalmente termodinamicamente preferito (meno affollamento sterico). Quindi, se la reazione viene eseguita in condizioni (alta temperatura) in cui il prodotto cinetico (endo) inizialmente formato ritorna al materiale di partenza, alla fine si formerà il prodotto termodinamicamente favorito (exo) eliminando la preferenza cinetica per il prodotto endo.
(1) vedi qui per unalternativa spiegazione per la preferenza endo
Commenti
- Ottima spiegazione! Larticolo è anche molto utile per vedere che linterazione orbitale secondaria gioca un ruolo minore solo quando sono presenti gli sterici.
Risposta
Rispetto alla seconda reazione, la selettività endo / exo non è osservabile, poiché non cè sostituzione nelle posizioni 1 o 4 del diene. La differenza tra il prodotto che hai previsto (S, R) e quello mostrato (R, S) è che sono enantiomeri. Il prodotto di due reagenti achirali deve essere achirale o una miscela racemica.
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