Las cicloadiciones de cetenas son reacciones del sistema pi de cetenas con compuestos insaturados para proporcionar anillos de cuatro miembros o más. Se conocen las variantes [2+2], [3+2] y [4+2] de la reacción. [1]
Los cetenos pueden reaccionar con compuestos insaturados para producir anillos de cuatro miembros o más. El primer ejemplo de este fenómeno se observó en 1908, [2] y desde entonces, las cicloadiciones de cetenas se han expandido y ganado utilidad sintética. Existen ejemplos de cicloadición [2+2], [3+2] y [4+2], y las cetenas conjugadas también pueden actuar como socios 4π en cicloadiciones [4+2]. [3] La geometría única del estado de transición de las cicloadiciones de [2+2] cetena tiene importantes consecuencias estereoquímicas (ver más abajo).
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Las cicloadiciones de cetenas se realizan mediante un mecanismo de cicloadición concertado [2+2]. Los cetenos, a diferencia de la mayoría de los alquenos, pueden alinearse antarafacialmente con respecto a otros alquenos. Por lo tanto, la geometría suprafacial-antarafacial requerida para la cicloadición térmica [2+2] concertada se puede lograr en reacciones de cetenas. [4] Esta geometría tiene la interesante consecuencia de que el sustituyente más voluminoso de la cetena tenderá a terminar en la cara más estéricamente impedida del anillo de ciclobutanona. En el estado de transición de la ciclación, el sustituyente pequeño apunta hacia el alqueno. Este modelo también explica la mayor reactividad de los alquenos cis en relación con los alquenos trans en cicloadiciones de [2+2]cetena. [5]
(2)
La configuración de la olefina se conserva en el producto de cicloadición. Los sustituyentes atractores de electrones en la cetena y los sustituyentes donadores en el alqueno aceleran la reacción, [6] pero las cetenas disustituidas reaccionan lentamente debido al impedimento estérico. [7] Los coeficientes orbitales se pueden utilizar para determinar la regioselectividad.
El uso de catalizadores de aminas quirales ha permitido el acceso a productos de cicloadición en alto exceso enantiomérico. [8]
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Los cetenos pueden participar en cicloadiciones [2+2], [3+2] o [4+2] (como el componente 2π o 4π). La periselectividad de una reacción particular depende de la estructura tanto de la cetena como del sustrato. Aunque la reacción se utiliza predominantemente para formar anillos de cuatro miembros, un número limitado de sustratos experimentan reacciones [3+2] o [4+2] con cetenas. En esta sección se analizan ejemplos de los tres modos de cicloadición.
Las cetenas pueden dimerizarse o dos cetenas pueden reaccionar entre sí para producir ciclobutanonas sustituidas. Normalmente hay dos productos posibles dependiendo de los dobles enlaces precisos que reaccionan. Las cetenas disustituidas dan sólo la 1,3-ciclobutanodiona. [9]
(4)
Los cetenos reaccionan con los alquenos para formar ciclobutanonas. Si se desea el producto de una cicloadición de cetena, normalmente se usa dicloroceteno, seguido de deshalogenación con par zinc-cobre. [10]
(5)
Los dienos cíclicos y acíclicos generalmente dan ciclobutanonas, en lugar de aductos de Diels-Alder. En reacciones de dienos cíclicos, el sustituyente ceteno más grande se coloca en la posición endo . [11] Los fulvenes normalmente reaccionan en el anillo, dejando intacto el doble enlace. [12]
(6)
Los cetenos sufren una cicloadición [2+2] con cetonas y aldehídos para dar β-lactonas. Para este proceso es necesaria la catálisis con ácido de Lewis, a menos que el compuesto carbonílico posea sustituyentes fuertemente aceptores de electrones. [13]
(7)
[3+2] Las cicloadiciones pueden tener lugar con 1,3-dipolos. Este proceso parece concertado, pero cualquiera de los dobles enlaces de las cetenas puede reaccionar. [14]
(8)
A diferencia de los dienos simples, que normalmente reaccionan de forma [2+2] o producen mezclas complejas de productos [4+2], los heterodienos a menudo reaccionan de forma [4+2]. Las cetonas β-amino o -alcoxi insaturadas, por ejemplo, reaccionan con las cetenas en un sentido [4+2] para dar rendimientos de lactonas sintéticamente útiles. [15]
(9)
Los ejemplos en los que un vinilceteno sirve como socio 4π son raros, pero los heterodienos que contienen cetenos, como los acilcetenos, reaccionan con muchos heterodienófilos para dar productos heterocíclicos con buen rendimiento. [dieciséis]
(10)
Las cicloadiciones con reactivos que son líquidos a temperatura ambiente se realizan mejor simplemente mezclando los dos reactivos sin disolvente. Si uno de los reactivos es gaseoso, es más conveniente utilizar un disolvente. Aunque los disolventes polares y los catalizadores aceleran la cicloadición, no son de utilidad general ya que también aceleran la dimerización. El progreso de la reacción puede estimarse por la desaparición del color amarillo característico de la cetena, por la pérdida de la banda a unos 2100 cm −1 en el espectro infrarrojo o por espectroscopia de 1 H NMR. Generalmente se deja que la cetena, los monoalquilcetenos y el dimetilceteno reaccionen a temperatura ambiente o por debajo de ella, mientras que las cetenas de mayor peso molecular se pueden calentar a temperaturas superiores a 100°. La cetena suele utilizarse en exceso cuando la dimerización es una reacción secundaria importante. El éxito de la reacción suele estar determinado por las velocidades relativas de cicloadición y dimerización de la cetena.
(11)
En un matraz de tres bocas de 100 ml secado a la llama equipado con atmósfera de argón, agitador, condensador de reflujo y embudo de adición a presión constante se colocaron 0,40 g (18 mmol) de zinc activado, 0,576 g (6 mmol) de 1-heptino y 50 ml de éter anhidro. A esta mezcla agitada se le añadió gota a gota durante 1 hora una solución de 1,79 g (12 mmol) de oxicloruro de fósforo (recién destilado a partir de carbonato potásico), cloruro de tricloroacetilo (12 mmol) y 10 ml de éter anhidro. Después la mezcla se agitó a reflujo durante 4 horas y el zinc residual se eliminó mediante filtración sobre una capa de Celite. La solución de éter se lavó con agua, una solución de bicarbonato de sodio al 5% y salmuera y se secó sobre carbonato de potasio. Después de eliminar el éter a presión reducida, el producto se purificó mediante destilación de bulbo a bulbo a una temperatura del baño de 100° (0,1 mm), para dar 1,08 g (90%) del compuesto del título en forma de un aceite transparente. IR ν máx (puro) 1800, 1585 cm -1 ; RMN 1H (CDCl3 ) δ 6,12 (m, 1H, J = 2 Hz), 2,7 (t, 2H, J = 6 Hz), 2,0–0,7 (m, 9H). Anal. Calc. para C9H13Cl2O : C , 52,19 ; Alto, 5,85. Encontrado: C, 52,10; Alto, 5,79.
Medios relacionados con la cicloadición de cetenos en Wikimedia Commons