Reação Retro-Diels-Alder - Retro-Diels–Alder reaction
A reação retro-Diels-Alder (rDA) é o reverso microscópico da reação Diels-Alder - a formação de um dieno e dienófilo a partir de um ciclohexeno . Pode ser realizado espontaneamente com calor ou com mediação ácida ou básica.
Em princípio, torna-se termodinamicamente favorável para as reações de Diels-Alder ocorrerem na direção reversa se a temperatura for alta o suficiente. Na prática, essa reação geralmente requer algumas características estruturais especiais para prosseguir em temperaturas de relevância sintética. Por exemplo, a clivagem do ciclohexeno para dar butadieno e etileno foi observada, mas apenas em temperaturas superiores a 800 K. Com uma força motriz apropriada, no entanto, a reação de Diels-Alder prossegue no sentido inverso sob condições relativamente suaves, fornecendo dieno e dienófilo de derivados de ciclohexeno de partida. Já em 1929, esse processo era conhecido e aplicado à detecção de ciclohexadienos, que liberavam etileno e compostos aromáticos após reagir com acetilenos por meio de uma sequência Diels-Alder / retro-Diels-Alder. Desde então, vários substratos foram submetidos ao rDA, produzindo muitos dienos e dienófilos diferentes. Além disso, a condução do rDA na presença de um dieno ou dienófilo eliminador levou à captura de muitas espécies reativas transitórias.
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Mecanismo e estereoquímica
Mecanismo prevalecente
A reação retro-Diels-Alder propriamente dita é o reverso microscópico da reação Diels-Alder: um processo combinado (mas não necessariamente síncrono), pericíclico, de etapa única. A evidência da reação retro-Diels-Alder foi fornecida pela observação da isomerização endo - exo dos adutos de Diels-Alder. Foi postulado que, em altas temperaturas, a isomerização de adutos endo cinéticos para produtos exo mais termodinamicamente estáveis ocorreu por meio de uma sequência rDA / DA. No entanto, essa isomerização pode ocorrer por meio de um processo completamente intramolecular, [3,3] -sigmatrópico (Cope). A evidência para o último foi fornecida pela reação abaixo - nenhum isômero "cabeça a cabeça" foi obtido, sugerindo um processo de isomerização totalmente intramolecular.
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Estereoquímica
Como a reação de Diels-Alder, o rDA preserva a configuração no dieno e no dienófilo. Muito menos se sabe sobre as taxas relativas de reversão de endo e exo adutos, e os estudos apontaram para nenhuma correlação entre a configuração relativa no material de partida de ciclohexeno e a taxa de reversão.
Escopo e limitações
Algumas reações rDA ocorrem espontaneamente à temperatura ambiente devido à alta reatividade ou volatilidade do dienófilo emitido. A maioria, entretanto, requer ativação térmica ou química adicional. As tendências relativas de uma variedade de dienos e dienófilos para se formar via rDA são descritas abaixo:
Dieno : furano , pirrol > benzeno > naftaleno > fulveno > ciclopentadieno > antraceno > butadieno
Dienófilo : N 2 > CO 2 > naftaleno > benzeno , nitrilos > metacrilato > maleimidas > ciclopentadieno , iminas , alcenos > alcinos
Dienófilos totalmente carbonados
Como a reação de Diels-Alder troca duas ligações π por duas ligações σ, ela é intrinsecamente termodinamicamente favorecida na direção direta. No entanto, são conhecidas várias estratégias para superar esse viés termodinâmico inerente. A complexação de ácidos de Lewis à funcionalidade básica no material de partida pode induzir a reação retro-Diels-Alder, mesmo nos casos em que a reação direta é intramolecular.
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A mediação de base pode ser usada para induzir rDA nos casos em que os produtos separados são menos básicos do que o material de partida. Essa estratégia tem sido usada, por exemplo, para gerar ânions ciclopentadienil aromáticos a partir de adutos de ciclopentadieno. Grupos de retirada de elétrons estrategicamente colocados no material de partida podem tornar este processo essencialmente irreversível.
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Se o isolamento ou reação de um dieno ou dienófilo indescritível for o objetivo, uma de duas estratégias pode ser usada. A pirólise instantânea a vácuo de adutos de Diels-Alder sintetizados por meios independentes pode fornecer dienófilos extremamente reativos e de vida curta (que podem então ser capturados por um dieno único). Alternativamente, a reação de rDA pode ser realizada na presença de um eliminador. O eliminador reage com o dieno ou (mais tipicamente) com o dienófilo para direcionar o equilíbrio do processo retro-DA em direção aos produtos. Os cianoacrilatos altamente reativos podem ser isolados dos adutos de Diels-Alder (sintetizados independentemente) com o uso de um necrófago.
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Dienófilos heteroatômicos
Os nitrilos podem ser liberados em reações rDA de adutos DA de pirimidinas ou pirazinas. As piridinas altamente substituídas resultantes podem ser de difícil acesso por outros meios.
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A liberação de isocianatos de adutos de Diels-Alder de piridonas pode ser usada para gerar compostos aromáticos altamente substituídos. Os isocianatos podem ser isolados ou aprisionados se forem o produto desejado.
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A liberação de nitrogênio de diazenos cíclicos de seis membros é comum e freqüentemente espontânea à temperatura ambiente. Neste exemplo particular, o epóxido mostrado sofre rDA a 0 ° C. O isômero com uma relação cis entre o diazeno e o epóxido reage somente após aquecimento a> 180 ° C.
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A liberação combinada de oxigênio via rDA resulta na formação de oxigênio singlete . Rendimentos muito altos de oxigênio singlete resultam de reações rDA de alguns peróxidos cíclicos - neste exemplo, foi obtido um rendimento superior a 90% de oxigênio singlete.
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O dióxido de carbono é um dienófilo comum liberado durante as reações de rDA. Os adutos de Diels-Alder de alcinos e 2-pironas podem sofrer rDA para liberar dióxido de carbono e gerar compostos aromáticos.
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Condições experimentais e procedimento
Condições típicas
A energia interna é o único fator que controla a extensão das reações de rDA, e a temperatura geralmente é a única variável citada para essas reações. Portanto, não há condições que possam ser consideradas "típicas". Para reações de rDA que fornecem um produto volátil, a remoção desse produto pode facilitar a reação, embora a maioria dessas reações (rDA de liberação de nitrogênio e oxigênio, por exemplo) sejam irreversíveis sem qualquer indução extra.