Reakcja Dielsa-Aldera

Przegląd sekcji

• Czym jest reakcja Dielsa Aldera?
• Środki ostrożności
• Zastosowania reakcji Dielsa Aldera
• Ostatnie badania i trendy
• Powiązane materiały

Co to jest reakcja Dielsa-Aldera?

Reakcja Dielsa-Aldera to reakcja pomiędzy sprzężonym dienem i alkenem (dienofilem) w celu utworzenia nienasyconych sześcioczłonowych pierścieni. Ponieważ reakcja ta obejmuje tworzenie cyklicznego produktu poprzez cykliczny stan przejściowy, jest ona również określana jako "cykloaddycja". Reakcja Dielsa-Aldera jest reakcją elektrocykliczną, która obejmuje [4+2]-cykloaddycję 4 π-elektronów sprzężonego dienu i 2 π-elektronów dienu (alkenu lub alkinu). Reakcja obejmuje tworzenie nowych wiązań σ, które są energetycznie bardziej stabilne niż wiązania π. Reakcja ta ma ogromne znaczenie syntetyczne i została odkryta przez dwóch niemieckich chemików, Otto Dielsa i Kurta Aldera w 1928 roku. Otrzymali oni Nagrodę Nobla w 1950 roku.¹

Reakcja hetero-Dielsa-Aldera jest wariantem tej reakcji i jest przydatna do syntezy sześcioczłonowych pierścieni heterocyklicznych. W tej reakcji diena lub dien zawiera heteroatom, zwykle azot lub tlen.¹

Środki ostrożności

Informacje dotyczące zagrożeń i bezpiecznego obchodzenia się z produktem można znaleźć w karcie charakterystyki.

Applications for Diels Alder Reaction

Reakcja Dielsa-Aldera jest użyteczna do syntezy:

• Nowe reakcje Dielsa-Aldera arynów ze sfunkcjonalizowanymi acyklicznymi dienami zostały zgłoszone do syntezy użytecznych cis-podstawionych dihydronaftalenowych bloków budulcowych.²

• Naturalne i nienaturalne polikarbocykle i poliheterocykle.³
• Podstawione (tetrahydro)chinoliny i różne N-poliheterocykle, w tym niektóre alkaloidy, które zawierają układy pierścieniowe pirolochinoliny lub cyklopentaquinoliny.⁴
• Pyrano[3,2-c]chinoliny i indeno[2,1-c]chinolony.⁵
• Symetrycznie podstawione pochodne 1,8-diaza-9,10-antrachinonu.⁶
• Oksazaborolidyny pochodne N tozylu (αS,βR)-β-metylotryptofan został zastosowany jako katalizator enancjoselektywnej reakcji Dielsa-Aldera 2-bromoakroleiny i furanu. Reakcja ta prowadzi do syntezy chiralnych pochodnych 7-oksabicyklo[2.2.1]heptenu.⁷

• Funkcjonalizowane 4-(R)-1,2-bis(trimetylosililo)benzeny.⁸
• Funkcjonalizowane oksabicykliczne alkeny.⁹

Recent Research and Trends

• Zbadano wewnątrz- i międzycząsteczkowe reakcje imino-Dielsa-Aldera (reakcje Povarova) N-aryloimin i różnych alkenów bogatych w elektrony.⁴
• Napromieniowanie ultradźwiękowe promowało reakcję Dielsa-Aldera podstawionych furanów z reaktywnymi dienofilami, takimi jak acetylenodikarboksylan dimetylu (DMAD) i maleinian dimetylu, dając sfunkcjonalizowane oksabicykliczne alkeny z dobrymi wydajnościami.⁹

• Reakcja Dielsa-Aldera grafitu i tetracyjanoetylenu została wykorzystana do mechanicznego złuszczania grafitu do adduktów grafenowych.¹⁰
• Sieciowane hydrożele zostały przygotowane przy użyciu reakcji Dielsa-Aldera typu "click" bez użycia katalizatora.¹¹
• Asymetryczna reakcja Dielsa-Aldera pomiędzy N-akryloilooksazolidynonem i cyklopentadienem była katalizowana przez heterogeniczne układy miedzi(II)-bis(oksazoliny)-na bazie polimeru unieruchomionego w ciekłej fazie jonowej (PIILP).¹²
• Chiralne kompleksy bromku glinu z oksazaborolidyną są potencjalnymi katalizatorami enancjoselektywnych reakcji Dielsa-Aldera.¹³
• Halocykloalkenony zostały zbadane jako silne dienofile w między- i wewnątrzcząsteczkowych cykloaddycjach Dielsa-Aldera.¹⁴
• Zanalizowano termodynamikę chemiczną reakcji addycji Dielsa-Aldera szeregu acenów (antracenu, 9,10-dimetyloantracenu, tetracenu i pentacenu) do C₆₀ fullerenu.¹⁵

Czynniki zwiększające wydajność i selektywność reakcji Dielsa-Aldera:

• Wybór dienów i dienofili: Sprzężone dien-dien powinny być w konformacji s-cis, aby ułatwić nakładanie się z dienem. Dienofile ubogie w elektrony - dienofile ubogie w elektrony (np. zawierające grupy karbonylowe lub nitrowe) mają tendencję do łatwiejszego reagowania z dienami bogatymi w elektrony.
• Regioselektywność: Zdolność do przewidywania i kontrolowania regioselektywności reakcji jest kluczowa. Podstawniki na dienu i dienofilu mogą wpływać na wynik reakcji.
• Stereoselektywność: Tworzenie określonych stereoizomerów można zoptymalizować poprzez wybór odpowiednich podstawników lub użycie chiralnych katalizatorów do kierowania reakcją.
• Warunki reakcji: Temperatura - podwyższone temperatury mogą zwiększyć szybkość reakcji, podczas gdy niższe temperatury mogą sprzyjać selektywności.
• Rozpuszczalnik: Wybór rozpuszczalnika może mieć wpływ na mechanizm reakcji i dystrybucję produktu.
• Kinetyka: Dobra reakcja Dielsa-Aldera powinna przebiegać z rozsądną szybkością, pozwalającą na praktyczne zastosowanie w procesach syntetycznych.
• Kompatybilność grup funkcyjnych: Obecność innych grup funkcyjnych nie powinna zakłócać reakcji, a produkty powinny być łatwe do rozdzielenia i oczyszczenia.
• Wydajność i czystość: Wysoka wydajność i czystość pożądanego produktu są niezbędne, aby reakcja została uznana za udaną.

Referencje

1. Fringuelli F, Taticchi A. 2001. The Diels?Alder Reaction. https://doi.org/10.1002/0470845813

2. Dockendorff C, Sahli S, Olsen M, Milhau L, Lautens M. 2005. Synthesis of Dihydronaphthalenes via Aryne Diels?Alder Reactions:  Scope and Diastereoselectivity. J. Am. Chem. Soc.. 127(43):15028-15029. https://doi.org/10.1021/ja055498p

3. Smith MB. 2011. Organic Synthesis.

4. Kouznetsov VV. 2009. Recent synthetic developments in a powerful imino Diels?Alder reaction (Povarov reaction): application to the synthesis of N-polyheterocycles and related alkaloids. Tetrahedron. 65(14):2721-2750. https://doi.org/10.1016/j.tet.2008.12.059

5. Babu G, Perumal PT. 1998. Convenient synthesis of pyrano[3,2-c]quinolines and indeno[2,1-c] quinolines by imino Diels-Alder reactions. Tetrahedron Letters. 39(20):3225-3228. https://doi.org/10.1016/s0040-4039(98)00397-9

6. Pérez JM, López-Alvarado P, Avendaño C, Menéndez J. 2000. Hetero Diels?Alder Reactions of 1-Acetylamino- and 1-Dimethylamino-1-azadienes with Benzoquinones. Tetrahedron. 56(11):1561-1567. https://doi.org/10.1016/s0040-4020(00)00058-2

7. Corey E, Loh T. 1993. Catalytic enantioselective diels-alder addition to furan provides a direct synthetic route to many chiral natural products. Tetrahedron Letters. 34(25):3979-3982. https://doi.org/10.1016/s0040-4039(00)60594-4

8. Reus C, Liu N, Bolte M, Lerner H, Wagner M. 2012. Synthesis of Bromo-, Boryl-, and Stannyl-Functionalized 1,2-Bis(trimethylsilyl)benzenes via Diels?Alder or C?H Activation Reactions. J. Org. Chem.. 77(7):3518-3523. https://doi.org/10.1021/jo3002936

9. Wei K, Gao H, Li WZ. 2004. Facile Synthesis of Oxabicyclic Alkenes by Ultrasonication-Promoted Diels?Alder Cycloaddition of Furano Dienes. J. Org. Chem.. 69(17):5763-5765. https://doi.org/10.1021/jo049210a

10. Ji Z, Chen J, Huang L, Shi G. High-yield production of highly conductive graphene via reversible covalent chemistry. Chem. Commun.. 51(14):2806-2809. https://doi.org/10.1039/c4cc09144b

11. García-Astrain C, Algar I, Gandini A, Eceiza A, Corcuera MÁ, Gabilondo N. 2015. Hydrogel synthesis by aqueous Diels-Alder reaction between furan modified methacrylate and polyetheramine-based bismaleimides. J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem.. 53(5):699-708. https://doi.org/10.1002/pola.27495

12. Doherty S, Knight JG, Ellison JR, Goodrich P, Hall L, Hardacre C, Muldoon MJ, Park S, Ribeiro A, de Castro CAN, et al. An efficient Cu(ii)-bis(oxazoline)-based polymer immobilised ionic liquid phase catalyst for asymmetric carbon?carbon bond formation. Green Chem.. 16(3):1470-1479. https://doi.org/10.1039/c3gc41378k

13. Liu D, Canales E, Corey EJ. 2007. Chiral Oxazaborolidine?Aluminum Bromide Complexes Are Unusually Powerful and Effective Catalysts for Enantioselective Diels?Alder Reactions. J. Am. Chem. Soc.. 129(6):1498-1499. https://doi.org/10.1021/ja068637r

14. Ross AG, Townsend SD, Danishefsky SJ. 2013. Halocycloalkenones as Diels?Alder Dienophiles. Applications to Generating Useful Structural Patterns. J. Org. Chem.. 78(1):204-210. https://doi.org/10.1021/jo302230m

15. Cataldo F, García-Hernández DA, Manchado A. 2015. Chemical Thermodynamics Applied to the Diels?Alder Reaction of C60Fullerene with Polyacenes. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 23(9):760-768. https://doi.org/10.1080/1536383x.2014.997354