Nombre chino: reacción de Diels-Alder mbth: reacción de Diels-Alder Alias: reacción de síntesis D-A, tipo de síntesis de dieno: definición de reacción orgánica, descubrimiento, Premio Nobel de Química, 1892, 1906, estructura de aductos, subversión, aplicación en síntesis total, mecanismo de reacción, estereoquímica, valor en síntesis definido como reacción de Diels-Alder (reacción de Diels-Alder, también traducida como reacción de Diels-Alder), etc.), también conocida como adición de dieno. * * * La reacción de dienos conjugados con alquenos o alquinos para formar un anillo de seis miembros es uno de los medios más importantes para formar enlaces carbono-carbono en la síntesis química orgánica, y también es una de las reacciones comúnmente utilizadas en la síntesis orgánica moderna. . Esta reacción es rica en estereoquímica y tiene estereoselectividad, estereoespecificidad y regioselectividad. El Premio Nobel de Química fue otorgado al químico alemán Otto Paul Diels y su alumno Kurt Alder por su descubrimiento de la reacción Diels-Alder en 1928. Premio de Química. 1892 Las primeras investigaciones sobre la reacción de Diels-Alder se remontan a 1892. Zink descubrió y propuso la estructura del dímero de tetraclorociclopentadieno, producto de la reacción de Diels-Alder. Más tarde, Lebedev señaló que el vinilciclohexeno es una relación de transformación del dímero de butadieno. Pero ninguno de los dos se dio cuenta de que había algo más profundo detrás de estos hechos. 1906 1906 Albrecht, un estudiante de posgrado de la Universidad de Munich en Alemania, siguió el pedido de Thiele y realizó un experimento para sintetizar un tinte condensando ciclopentadieno y cetona bajo la catálisis de una base. En ese momento, intentaron usar benzoquinona en lugar de otras cetonas, pero la benzoquinona era fácil de descomponer en condiciones alcalinas y el experimento no tuvo éxito. Albrecht descubrió que la reacción podía realizarse sin la adición de una base, pero daba como resultado un compuesto incoloro. Albrecht propuso una estructura falsa para explicar los resultados experimentales. En 65438-0920, el alemán von Euler y su alumno Joseph estudiaron la estructura del producto de reacción del isopreno y la benzoquinona. Propusieron correctamente la estructura del producto Diels-Alder y un posible mecanismo para la reacción. De hecho, estuvieron muy cerca de descubrir la reacción de Diels-Alder. Pero von Euler no fue más lejos, porque su campo principal era la bioquímica (más tarde ganó el Premio Nobel por estudiar la fermentación), y el estudio de la reacción de Diels-Alder era puramente recreativo, por lo que la reacción de Diels-Alder volvió a guardar silencio. La estructura del aducto es de 1921. Diers y su estudiante de posgrado Back estudiaron las reacciones éster-amina entre el azodicarboxilato de etilo (un reactivo que se destacaría en la síntesis orgánica medio siglo después) y las aminas. Cuando reaccionaron con 2-naftilamina, según el análisis elemental, los productos obtenidos fueron productos de adición en lugar de los productos de sustitución esperados. Diels era muy consciente de las similitudes entre esta reacción y la extraña reacción de Albrecht más de una década antes. Esto le llevó a creer que el producto era similar al producto de adición de doble enlace propuesto por Albrecht. Diers imitó naturalmente la reacción de Albrecht, usando ciclopentadieno en lugar de naftilamina para reaccionar con azodicarboxilato de etilo. Como resultado se obtiene un tercer producto de adición. Mediante experimentos de hidrogenación medida, Diers descubrió que el aducto contenía sólo un doble enlace. Si la estructura del producto es la propuesta por Albrecht, entonces debe haber dos dobles enlaces. Este fenómeno fascinó a Diels, y él y otro estudiante graduado, Alder, propusieron la estructura correcta del aducto dieno. Publicaron los resultados en 1928. Esto marcó el descubrimiento formal de la reacción de Diels-Aldel. A partir de entonces, los nombres Diers y Adel empezaron a brillar en la historia de la química. Subversión En su artículo, los dos autores vieron profundamente el efecto subversivo de esta reacción en el concepto de síntesis orgánica y predijeron la gran importancia de esta reacción en el campo de la síntesis de productos naturales en el futuro. Por supuesto, los dos hombres también mostraron el estilo de los matones de los propietarios en sus artículos.
Al principio del artículo, Albrecht criticó la estructura incorrecta en términos muy crueles, y al final del artículo afirmaron que tenían derechos exclusivos sobre la reacción y no permitían que otros la usaran. Por supuesto, la comunidad científica no se toma en serio estas palabras. Más tarde, Diels y Alder se vieron envueltos en una disputa sobre el descubrimiento de la reacción, lo que los distrajo de realizar su predicción de "aplicación en la síntesis total de productos naturales". Woodward fue pionero en la aplicación de la reacción de Diels-Alder en síntesis total en 1950. Desde entonces, los maestros de la síntesis han utilizado sus inteligentes cerebros para llevar esta reacción al extremo. Vale la pena señalar que antes de Woodward, el químico chino Zhuang Changgong había intentado sintetizar compuestos esteroides a través de esta reacción, pero fracasó debido a la falta de comprensión del control regioselectivo de la reacción en ese momento. Mecanismo de reacción La reacción de Diels-Alder es una reacción de cicloadición entre un sistema de dieno conjugado y un alqueno o enlace acetilénico para obtener ciclohexeno o un sistema de anillos de 1,4-ciclohexadieno. En 1928, los químicos alemanes O.P.H Diers y K. Alder descubrieron este tipo de reacción al estudiar la interacción entre el butadieno y el anhídrido maleico: En este tipo de reacción, los alquenos y alquinos que interactúan con el dieno conjugado se denomina dienófilo, un sustituyente electrófilo. (como carbonilo, ciano, nitro, carboxilo, etc.) y un dienófilo en * * *. Este tipo de reacción tiene una fuerte localización y estereoselectividad. Cuando tanto el dieno como el dienófilo tienen sustituyentes apropiados de modo que la reacción puede ocurrir en diferentes posiciones para dar los dos productos, en realidad sólo uno es dominante. Por ejemplo, el isopreno reacciona con metilvinilcetona para dar metil-(4-metil-3-ciclohexenil)cetona. En estereoquímica, todas estas reacciones son adiciones cis. Cuando los reactivos pueden producir productos internos y productos externos, generalmente solo se realiza la reacción de compuestos internos, como ciclopentadieno y anhídrido maleico. Estas estereoselectividades no sólo son consistentes con una gran cantidad de hechos experimentales, sino que también pueden explicarse teóricamente mediante la conservación de la simetría de los orbitales moleculares. La reacción de Diels-Alder es generalmente reversible y esta reversibilidad a veces puede utilizarse bien en síntesis. Por ejemplo, cuando se necesita una pequeña cantidad de butadieno en el laboratorio, el ciclohexeno se puede obtener mediante pirólisis; la síntesis de 2-ciclopropilcarboxilato de metilo también utiliza la reacción de Diels-Alder y su reacción inversa. Se trata de una reacción coordinada de un solo paso sin intermediarios, sólo estados de transición. En términos generales, el orbital más alto que contiene electrones (HOMO) del dieno interactúa con el orbital más bajo desocupado (LUMO) del dienófilo para formar un enlace. Como no se trata de una reacción coordinada de iones, los ácidos y bases ordinarios no tienen ningún efecto sobre la reacción. El ácido de Lewis puede afectar el nivel de energía del orbital desocupado más bajo mediante la complejación, por lo que puede catalizar la reacción. Las reacciones estereoquímicas de Diels-Alder tienen las siguientes reglas: Reacción de Alder 1, regioselectividad: los productos de la reacción suelen ser principalmente productos "pseudo-orto-para". Es decir, si el producto del anillo de seis miembros se compara con un anillo de benceno, las posiciones mutuas entre los grupos funcionales en el anillo (suponiendo que haya dos grupos funcionales) son principalmente orto (como 1) o para (como 3). . 2. Estereoselectividad: el producto de reacción principal es el "endotipo (es decir, 5)", es decir, el producto de reacción principal se obtiene a través del estado de transición "endotipo". 3. Estereoespecificidad: la reacción de síntesis de dienos muestra un alto grado de estereoespecificidad tanto para los dienos como para los dienófilos. Los dienófilos siempre sufren una adición cis a los dienos y los aductos mantienen la orientación relativa de los sustituyentes dieno y dienófilo. Sólo cuando se forman dos nuevos enlaces σ al mismo tiempo, y están interconectados y son restrictivos durante el proceso de formación, se puede garantizar completamente la estereoespecificidad de la reacción. Por ejemplo, en las dos reacciones térmicas siguientes, las estereoconfiguraciones relativas de los productos 7 y 8 son únicas, y las relaciones estereoquímicas cis-trans de los grupos funcionales originales A, B, C y D de las dos materias primas de olefinas están fielmente representadas en los productos. Su valor en síntesis es muy valorado porque esta reacción produce dos enlaces carbono-carbono y hasta cuatro centros quirales adyacentes a la vez. Si se utiliza la reacción de Diels-Alder en el diseño de la síntesis, los pasos de la reacción se pueden reducir considerablemente y se puede mejorar la eficiencia de la síntesis. Muchos maestros de síntesis famosos saben utilizar la reacción de Diels-Alder para sintetizar productos naturales complejos, como Robert Burns Woodward, Elias James Corey y Danishefsky. Se dice que Woodward predijo la existencia de la reacción de Diels-Alder en su infancia basándose en el carácter irrefutable de las dos estructuras del anillo de benceno de Kekulé. A la edad de 12 años, Woodward obtuvo varias revistas químicas alemanas a través del diplomático alemán en Boston.
En un número, leyó un artículo de Dills y Alder y fue testigo del descubrimiento de esta reacción. Woodward utilizó la reacción de Diels-Alder para construir anillos de seis miembros a lo largo de su vida de práctica sintética. A partir de la década de 1960, Woodward trabajó con Rod Hoffman, un químico teórico que acababa de ingresar a la Universidad de Harvard para realizar investigaciones, y combinó una gran cantidad de hechos experimentales para realizar estereoquímica sobre la reacción de Diels-Alder y reacciones pericíclicas relacionadas. Investigación teórica profunda, finalmente nació la "conservación de la simetría orbital molecular" que conmocionó a todo el campo de la química orgánica en ese momento. Woodward murió en 1979; en 1981, Hoffmann ganó el Premio Nobel de Química por esta teoría (compartido con el japonés Kenichi Fukui). En 2004, más de 20 años después de la muerte de Woodward, Corey, otra figura famosa en el campo de la síntesis orgánica, afirmó públicamente que Woodward había plagiado sus ideas y había creado la ley de conservación de la simetría. Todo esto confiere a la reacción de Diels-Alder un cierto aire fatalista. La División de Reacción de Alder también hizo grandes contribuciones a la reacción de Diels-Alder e inventó la reacción de Diels-Alder asimétrica catalizada por ácido de Lewis. Durante la síntesis de prostaglandinas, Corey intentó construir el anillo original de las prostaglandinas mediante una reacción de Diels-Alder con ciclopentadieno, inventando así reactivos alternativos para enonas inestables. Denishevsky es más famoso por la invención del "dieno Denishevsky", que es muy útil para la reacción de Diels-Alder, y la reacción de Diels-Alder también se puede ver en todas partes en su práctica de síntesis total. Reacción de Adler