6 + 4 cicloadição - 6+4 cycloaddition
[6 + 4] A cicloadição é um tipo de cicloadição entre um sistema pi de seis átomos e um sistema pi de quatro átomos, levando a um anel de dez membros. Por se tratar de uma cicloadição de ordem superior, surgem questões de perisseletividade , além das preocupações usuais sobre regio e estereosseletividade. Os sistemas pi de seis átomos que foram empregados na reação incluem tropona e derivados de tropona , fulvenos e complexos de cicloheptatrieno-cobalto.
Introdução
[6 + 4] A cicloadição é um processo de cicloadição de ordem superior permitido termicamente que leva a anéis de dez membros. Embora a maioria dos trienos acíclicos lineares não forneçam produtos [6 + 4] seletivamente, os trienos cíclicos fornecem rendimentos elevados de [6 + 4] produtos em muitos casos. Ambos os cicloheptatrienos e fulvenos podem ser empregados nesta reação, e os tropones deficientes em elétrons em particular funcionam bem. As versões da reação pericíclica e mediada por metal de transição são estereocomplementares: a primeira dá produtos exo , e a última endo produtos, com seletividade essencialmente completa em quase todos os casos. A possibilidade de construir estruturas carbocíclicas complexas de forma eficiente tornou esta reação particularmente atraente sinteticamente.
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Mecanismo e estereoquímica
Reação livre de metal
A versão livre de metal da cicloadição [6 + 4] ocorre por meio de um processo pericíclico combinado. Os orbitais moleculares de fronteira envolvidos nas reações de tropona ilustram que uma interação orbital secundária repulsiva provavelmente desestabiliza o estado de transição endo , levando à seletividade completa para produtos exo .
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Os fulvenos reagem de forma semelhante, embora as reações seletivas [6 + 4] exijam o uso de um dieno rico em elétrons. Os orbitais de fronteira de Fulvene ilustram que ele atuará apenas como um componente 6π em reações controladas por LUMO. O próximo orbital molecular ocupado mais alto (NHOMO, não mostrado) também tem a simetria e coeficientes orbitais adequados para participar da cicloadição [6 + 4]; o NHOMO pode ser ativado para a reação substituindo o exo metileno por grupos doadores de elétrons.
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Reação promovida por metal
A cicloadição [6 + 4] promovida por metal usando um complexo ciclo-heptatrieno-metal é um processo fotolítico em etapas que carece dos problemas de periseletividade da cicloadição puramente térmica [6 + 4]. O mecanismo foi debatido, mas provavelmente prossegue através de uma mudança de hapticidade no complexo metal-trieno seguida pela coordenação do componente dieno e acoplamento. A dissociação do monóxido de carbono também foi invocada em vez da mudança de hapticidade, mas a evolução do monóxido de carbono não é observada durante a reação. A seletividade endo completa é observada para este processo como resultado da modelagem pelo metal.
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Embora um trabalho notável em [6 + 4] cicloadições tenha sido relatado por Rigby et al. no final da década de 1980, o estudo de dienos complexados com metal com cicloheptatrieno recebeu comparativamente pouca atenção. Em 2006, Welker e colegas de trabalho relataram que seus dienos cobaloxima reagem com tropones não substituídos por meio de estados de transição exo exclusivamente. Os mesmos dienos mostraram reagir em ambas as cicloadições [6 + 4] e [4 + 2], quando a tropona reagente tem pelo menos um grupo de retirada de elétrons (EWG). A via de reação [4 + 2] é dominante quando a tropona tem substituintes nos centros formadores de ligação e EWGs.
Escopo e limitações
[6 + 4] A cicloadição pode ser realizada usando tropones, fulvenos ou complexos de cromo de cicloheptatrienos. O escopo dos parceiros de reação 4π é amplo, mas limitado em alguns casos pelo viés eletrônico do componente 6π. Por exemplo, cicloadições de tropones são geralmente mais produtivas quando um dieno rico em elétrons está envolvido. Fulvenos ricos em elétrons reagem bem com dienos pobres em elétrons e vice-versa. Os rendimentos de cicloadições mediadas por metais de transição mostram uma dependência relativamente fraca da natureza eletrônica dos substratos e os rendimentos são geralmente altos.
Os tropones substituídos podem ser substratos problemáticos para cicloadições [6 + 4]. Um método para resolver esse problema é o intramolecular [6 + 4], que emprega dienos amarrados. Além disso, esse método tem o potencial de gerar estruturas policíclicas complexas.
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Os fulvenos não substituídos geralmente reagem apenas com dienos ricos em elétrons no modo [6 + 4]; entretanto, substituir o fulveno por um grupo doador de elétrons na posição 6 facilita a reação com dienos pobres em elétrons por meio do fulveno NHOMO. A extrusão queletrópica de dióxido de enxofre ocorre nas condições de reação abaixo.
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A estereoquímica existente no dieno ou trieno pode ser usada para transformações diastereosseletivas que configuram até quatro estereocentros em uma única etapa.
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Comparação com outros métodos
A maioria dos métodos que formam os sistemas de anéis acessíveis por meio da cicloadição [6 + 4] (biciclo [4.4.1] undecanos e biciclo [5.3.0] decanos) requerem várias etapas, condições adversas ou extensas manipulações sintéticas. Esses métodos também podem não ter a estereosseletividade do processo [6 + 4]. Os métodos mostrados abaixo são representativos de estratégias alternativas e destacam algumas das dificuldades associadas a elas.
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A anulação catalisada por ródio de alcinos com vinilciclopropanos fornece ao biciclo [5.3.0] decano um padrão de saturação único.
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Condições Experimentais e Procedimento
Condições Típicas
As reações térmicas [6 + 4] são tipicamente realizadas em refluxo em um solvente não polar, como xileno, benzeno ou tolueno. Como temperaturas mais altas podem promover processos de ordem inferior, a temperatura deve ser mantida o mais baixa possível. As reações mediadas por metal são geralmente realizadas em hexanos, com uma pequena quantidade de éter para fins de solubilidade, se necessário. A luz filtrada por vidro de pirex e urânio fornecem rendimentos mais elevados do que a luz filtrada por quartzo.