Podsumowanie

Reakcje Cykloaddycji
w Syntezie Organicznej
PODSUMOWANIE
PODSUMOWANIE
PODSTAWOWE REAKCJE CYKLOADDYCJI
‡
[4 + 2 ]
+
[3 + 2 ]
X
Y
Z
X
‡
X
Y
+
Z
[2 + 2 ]
+
Y
Z
‡
PODSUMOWANIE
REAKCJ DIELSA-ALDERA
PODSUMOWANIE
Zorientowanie reagentów: Analiza orbitali granicznych (FMO)
Donor
Donor
EWG
EWG
HOMO
LUMO
Donor
HOMO
Donor
Donor
EWG
LUMO
EWG
+
EWG
favored
disfavored
Analiza częściowego ładunku moŜe zastąpić w/w analizę
Donor
δ+ δ- EWG
+
δ+
δ+
δ-
Donor
EWG
δ-
favored
Donor
δ+ δ+
δ+
δδ+
EWG
δ-
Donor
EWG
disfavored
PODSUMOWANIE
REAKCJA DIELSA-ALDERA – ENDO czy EXO
H
H
disfavored
H
"Exoproduct"
+
H
favored
"Endoproduct"
Endo TS ‡
Exo TS ‡
Exo TS ‡
Endo TS ‡
Secondary
orbital overlap
2
H
H
H
H
Produkt endo w reakcji Dielsa-Aldera tworzy się szybciej niŜ bardziej stabilny
produkt exo. Spowodowane jest to stabilizacją w stanie przejściowym,
oddziaływanie (nakładanie się orbitali).
PODSUMOWANIE
REAKCJA DIELSA-ALDERA – WPŁYW KWASÓW LEWISA
O
H
H+
+
LUMO1
E
O
O
LUMO2
H
H
LUMO3
HOMO1
O
H
HOMO3
HOMO2
Kwas Lewisa nie tylko dramatycznie zwiększa szybkość reakcji (106) ale takŜe
poprawia regio-, endo- i diastereoselektywność
Polaryzuje dienofil (niŜsza energia LUMO)
PODSUMOWANIE
REAKCJA DIELSA-ALDERA – ZASTOSOWANIA
Działanie antyrakowe – podobnie jak TAXOL
PODSUMOWANIE
CYKLOADDYCJE [2+2]
Analiza odziaływań HOMO-LUMO wskazuje, Ŝe reakcje te są termicznie zabronione
przy podejściu suprafacjalnym.
Suprafacial/Suprafacial
HOMO
bonding
antibonding
LUMO
Forbidden
Symetria orbitali pokazuje, Ŝe jest to dozwolone dla podejścia antarafacjalnego. Występuje
to dla związków niezatłoczonych sterycznie np. dla ketenów.
Antarafacial/Suprafacial
bonding
LUMO
HOMO
bonding
Allowed
PODSUMOWANIE
CYKLOADDYCJE [2+2]
Generalnie cykloaddycje[2+2] są procesami fotochemicznymi, ale tylko w
ujęciu suprafacjalno-suprafacjanym
Suprafacial/Suprafacial – Excited State
HOMO- excited state
bonding
bonding
LUMO- ground state
Allowed
O
O
Me
Me
+
hν
[2+2]
Me
Me
Dopasowanie orbitali w tej reakcji wymusza jej regiochemie
O
O
O
LUMO
C
HOMO
δδ+
C
δ+
δ-
PODSUMOWANIE
CYKLOADDYCJE [2+2]
Zastosowanie w otrzymywaniu bardzo napręŜonych układów
hν
Dauben, Tet. 1961, 15, 197.
Quadricyclane
Me
Me
Me Me
Me
Me
Me
Me
hν
Me
Me
Me
Me
A "Prismane" Derivative
Schäfer, AC 1967, 79, 54.
PODSUMOWANIE
CYKLOADDYCJE [2+2] - ZASTOSOWNAIE
PODSUMOWANIE
PRZEGRUPOWANIA
SIGMATROPOWE
[1,2] Sigmatropic Rearrangements:
CH3
X
Y
X
CH3
Y
X
Y
CH3
[1,3] Sigmatropic Rearrangements:
CH3
X
CH3
Y
X
∆
O
R
X
Y
O
∆H ~ –20 kcal mol-1
R
There is good thermodynamic driving force for this reaction.
Bonds Broken: C-Cπ(65 kcal mol-1) & C-Oσ (85 kcal mol-1)
Bonds Made: C-Oπ(85 kcal mol-1) and C-Cσ (85 kcal mol-1)
CH3
Y
PODSUMOWANIE
C heletro pic reaction s are a special gro up o f cy cloadditio n/cy cloreversion reactions . T w o b o nds are fo rm ed or bro ken at a
sing le a to m . T he n o m en clature for ch eletropic reactio n s is th e sam e as for cy clo ad d itio ns.
E xam ples:
O
+
[4+1]
O
S
S
O
+
C
O
O
[4+1]
O
R
+
C R2
[2+1]
R
S tero c he m is try is e a s ily p re d ic te d :
Me
Me
S O 2 atm o sphere
O
heat,
op en a tm osphere
O
su prafacia l
Me
S
suprafacial
Me
Me
Me
Me
Me
S O 2 atm osphere
Me
O
he at,
op en a tm o sph ere
O
su prafa cial
S
Me
suprafa cial
Me
re a ctio n s a re ste re o spe cific & re v ers ible
Me
PODSUMOWANIE
REAKCJE ELEKTROCYKLICZNE
Reakcje Zamknięcia Pierścienia
heat (∆) or light (hν)
heat (∆) or light (hν)
a ring with one less π-bond
and one additional σ-bond
a conjugated π-system
Reakcje Otwarcie Pierścienia
heat (∆) or light (hν)
heat (∆) or light (hν)
PODSUMOWANIE
REAKCJE ELEKTROCYKLICZNE
Oddziaływanie Orbitali
T h e rm a l A c tiv a tio n :
C o nro ta to ry C lo s u re : (A llo w e d a n d o b s e rv e d )
Constructive
overlap
Me
H
H
Me
H
Me
Me
Me
H
H
H
Me
Ψ (diene HOMO)
2
D isro ta to ry C lo su re : (F o rb id d e n a n d n o t o b s e rv e d)
H
Me
H
H
H
H
H
Me
Me
Me
Ψ (diene HOMO)
2
Me
Me
Destructive
overlap
PODSUMOWANIE
REAKCJE ELEKTROCYKLICZNE
Oddziaływanie Orbitali
Photochemical Activation:
Ψ
Ψ
4
4
Ψ
3
Me Ψ 2
Ψ
1
hν
Ψ
3
Ψ
2
Ψ
1
Me
H
H
Me
Photon Me
absorption
Ψ (HOMO)
2
H
H
Ψ (HOMO)
3
Disrotatory Closure: (Allowed and observed)
H
H
Me
H
H
H
H
Me
Me
Me
Me
Me
Constructive
overlap
Ψ (new HOMO)
3
Conrotatory Closure: (Forbidden and not observed)
Me
H
H
Me
H
Ψ (new HOMO)
3
Me
H
Me
Destructive
overlap
Me
H
H
Me
PODSUMOWANIE
REAKCJE ELEKTROCYKLICZNE - ZASTOSOWANIE
PODSUMOWANIE
Kwas Endiadrikowy – Elektrocyklizacja, Reakcja Dielsa-Aldera
PODSUMOWANIE
REAKCJE 1,3-DIPOLARNEJ CYKLOADDYCJI
Diels-Alder Reaction
1,3-Diene
Dienophile
b
c
a
d
b c
π4S + π2S
d
a
f e
f e
6-membered cycloadduct
1,3-Dipolar Cycloaddition
1,3-Dipole
Dipolarophile
+
b _
a
c:
e d
π4S + π2S
..
b
a
c
e d
5-membered cycloadduct
PODSUMOWANIE
REAKCJE 1,3-DIPOLARNEJ CYKLOADDYCJI
Struktury liniowe
Typ propargilowy
PODSUMOWANIE
REAKCJE 1,3-DIPOLARNEJ CYKLOADDYCJI
Struktury zgięte
Typ allilowy
PODSUMOWANIE
REAKCJE 1,3-DIPOLARNEJ CYKLOADDYCJI
PODSUMOWANIE
REAKCJE 1,3-DIPOLARNEJ CYKLOADDYCJI
PODSUMOWANIE
Reserpina – Zastosowanie Dielsa-Aldera
Dziękuję za uwagę