La reacción retro-Diels-Alder ( reacción rDA ) es la inversa de la reacción de Diels-Alder (DA) , una cicloeliminación [4+2]. Implica la formación de un dieno y un dienófilo a partir de un ciclohexeno . Puede lograrse espontáneamente con calor o con mediación ácida o básica. [1] [2]
En principio, resulta termodinámicamente favorable que las reacciones de Diels-Alder procedan en la dirección inversa si la temperatura es lo suficientemente alta. En la práctica, esta reacción generalmente requiere algunas características estructurales especiales para poder desarrollarse a temperaturas de relevancia sintética. Por ejemplo, se ha observado la escisión del ciclohexeno para dar butadieno y eteno, pero sólo a temperaturas superiores a 800 K. [3] Sin embargo, con una fuerza impulsora adecuada, la reacción de Diels-Alder se produce a la inversa en condiciones relativamente suaves, proporcionando dieno. y dienófilo a partir de derivados de ciclohexeno. Ya en 1929, este proceso era conocido y aplicado a la detección de ciclohexadienos, que liberaban etileno y compuestos aromáticos después de reaccionar con acetilenos a través de una secuencia Diels-Alder/retro-Diels-Alder. [4] Desde entonces, una variedad de sustratos han estado sujetos a la rDA, produciendo muchos dienos y dienófilos diferentes. Además, realizar la rDA en presencia de un dieno o dienófilo eliminador ha llevado a la captura de muchas especies reactivas transitorias. [5]
La reacción retro-Diels-Alder propiamente dicha es el reverso microscópico de la reacción de Diels-Alder: un proceso concertado (pero no necesariamente sincrónico), pericíclico y de un solo paso. La evidencia de la reacción retro-Diels-Alder fue proporcionada por la observación de la endoexoisomerización de los aductos de Diels-Alder. [6] Se postuló que a altas temperaturas, la isomerización de endoaductos cinéticos a exoproductos termodinámicamente más estables se producía a través de una secuencia rDA/DA. Sin embargo, esta isomerización puede realizarse mediante un proceso [3,3]-sigmatrópico (Cope) completamente intramolecular. La siguiente reacción proporcionó evidencia de esto último: no se obtuvo ninguno de los isómeros "cabeza a cabeza", lo que sugiere un proceso de isomerización completamente intramolecular. [7]
(2)
Al igual que la reacción de Diels-Alder, la rDA preserva la configuración en el dieno y el dienófilo. Se sabe mucho menos sobre las tasas relativas de reversión de los aductos endo y exo , y los estudios no han señalado ninguna correlación entre la configuración relativa en el material de partida ciclohexeno y la tasa de reversión. [8]
Algunas reacciones de rDA ocurren espontáneamente a temperatura ambiente debido a la alta reactividad o volatilidad del dienófilo emitido. Sin embargo, la mayoría requiere activación térmica o química adicional. Las tendencias relativas de una variedad de dienos y dienófilos a formarse mediante rDA se describen a continuación:
Dieno : furano , pirrol > benceno > naftaleno > fulveno > ciclopentadieno > antraceno > butadieno
Dienófilo : N 2 > CO 2 > naftaleno > benceno , nitrilos > metacrilato > maleimidas > ciclopentadieno , iminas , alquenos > alquinos
Debido a que la reacción de Diels-Alder intercambia dos enlaces π por dos enlaces σ, se ve intrínsecamente termodinámicamente favorecida en la dirección directa. Sin embargo, se conocen diversas estrategias para superar este sesgo termodinámico inherente. La complejación de los ácidos de Lewis con una funcionalidad básica en el material de partida puede inducir la reacción retro-Diels-Alder, incluso en los casos en que la reacción directa es intramolecular. [9]
(3)
La mediación básica se puede utilizar para inducir rDA en los casos en que los productos separados son menos básicos que el material de partida. Esta estrategia se ha utilizado, por ejemplo, para generar aniones ciclopentadienilo aromáticos a partir de aductos de ciclopentadieno. [10] Los grupos aceptores de electrones estratégicamente colocados en el material de partida pueden hacer que este proceso sea esencialmente irreversible.
(4)
Si el objetivo es el aislamiento o la reacción de un dieno o dienófilo difícil de alcanzar, se puede utilizar una de dos estrategias. La pirólisis instantánea en vacío de aductos de Diels-Alder sintetizados por medios independientes puede proporcionar dienófilos extremadamente reactivos y de vida corta (que luego pueden ser capturados por un dieno único). [11] Alternativamente, la reacción de rDA se puede llevar a cabo en presencia de un eliminador. El eliminador reacciona con el dieno o (más típicamente) con el dienófilo para impulsar el equilibrio del proceso retro-DA hacia los productos. Los cianoacrilatos altamente reactivos se pueden aislar a partir de aductos de Diels-Alder (sintetizados de forma independiente) con el uso de un eliminador. [12]
(5)
Los nitrilos pueden liberarse en reacciones rDA de aductos DA de pirimidinas o pirazinas. Puede resultar difícil acceder a las piridinas altamente sustituidas resultantes por otros medios. [13]
(6)
La liberación de isocianatos de los aductos de piridonas de Diels-Alder se puede utilizar para generar compuestos aromáticos altamente sustituidos. Los isocianatos pueden aislarse o atraparse si son el producto deseado. [14]
(7)
La liberación de nitrógeno de los diazenos cíclicos de seis miembros es común y, a menudo, espontánea a temperatura ambiente. Dicha reacción se puede utilizar en reacciones de clic donde los alcanos reaccionan con una 1,2,4,5-tetrazina en una reacción de aliso diel y luego de aliso retrodiel con pérdida de nitrógeno. En este otro ejemplo, el epóxido mostrado sufre rDA a 0 °C. El isómero con una relación cis entre el diazeno y el epóxido reacciona sólo después de calentarlo a >180 °C. [15]
(8)
La liberación concertada de oxígeno a través de rDA da como resultado la formación de oxígeno singlete . Se obtienen rendimientos muy altos de oxígeno singlete de las reacciones de rDA de algunos peróxidos cíclicos; en este ejemplo, se obtuvo un rendimiento superior al 90 % de oxígeno singlete. [dieciséis]
(9)
El dióxido de carbono es un dienófilo común que se libera durante las reacciones de rDA. Los aductos Diels-Alder de alquinos y 2-pironas pueden someterse a rDA para liberar dióxido de carbono y generar compuestos aromáticos. [17]
(10)
La energía interna es el único factor que controla el alcance de las reacciones de rDA y la temperatura suele ser la única variable citada para estas reacciones. Por tanto, no existen condiciones que puedan considerarse "típicas". Para las reacciones de rDA que producen un producto volátil, la eliminación de este producto puede facilitar la reacción, aunque la mayoría de estas reacciones (rDA que libera nitrógeno y oxígeno, por ejemplo) son irreversibles sin ningún incentivo adicional.
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda ){{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )