Reacción Retro-Diels-Alder: Mecanismo y descripción general

Diels-Alder y Retro-Diels-Alder

Digamos que se le pidió que creara colesterol en el laboratorio. ¿Qué producto usarías? ¿Por dónde empezarías?

Cuando miramos la estructura del colesterol, notamos que hay un anillo de seis miembros con un doble enlace. Recordamos que la reacción de Diels-Alder puede crear un anillo de seis miembros con un doble enlace, pero ¿qué reactivos necesitamos usar para crear este anillo? Podemos determinar qué reactivos utilizar con la reacción retro de Diels-Alder.

El colesterol tiene un anillo de seis miembros con un doble enlace, lo que sugiere que podría sintetizarse mediante la reacción de Diels-Alder.

La reacción retro-Diels-Alder se produce con calor intenso en un solo paso concertado. Realmente es solo la reacción de Diels-Alder al revés.

Recuerde, la reacción de Diels-Alder toma un dieno (dos enlaces dobles separados por un enlace sencillo en la conformación cis) y un dienófilo (cualquier compuesto con un alqueno) para crear un anillo de seis miembros con un enlace doble.

Rompe 3 dobles enlaces y crea 1 nuevo doble enlace y 2 enlaces simples. Entonces, si la reacción retro-Diels-Alder es al revés, entonces se rompen 2 enlaces simples y 1 enlace doble para formar 3 enlaces dobles.

Mecanismo general

Dado que toda esta reacción ocurre en un solo paso, realmente no importa dónde comience, aunque generalmente es más fácil comenzar en el doble enlace.

Primero, dibuje una flecha que venga del doble enlace (enlace 1-2) al siguiente enlace (enlace 2-3). No importa si va en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario, simplemente continúe en la dirección en que comenzó.

Luego dibuje una flecha que venga del enlace 3-4 al enlace 4-5, luego del enlace 5-6 al enlace 6-1. Donde comienzan las flechas, se rompe un vínculo, y donde terminan las flechas, se forma un vínculo.

Entonces esto es lo que terminamos con:

• Uno de los dobles enlaces del enlace 1-2 está roto. Pero como todavía hay otro enlace, esos dos átomos de carbono permanecen conectados.
• Se forma un nuevo enlace en el enlace 2-3. Como ya había un enlace allí, este se convierte en un doble enlace. Lo mismo con 4-5.
• El vínculo se rompe en el vínculo 3-4. Como se trataba de un enlace sencillo, los átomos de carbono 3 y 4 ya no están conectados.
• El enlace se rompe en los carbonos 5-6, desconectando los carbonos 5 y 6.
• Se forma un nuevo enlace en el enlace 6-1, formando un doble enlace.

Así que terminamos con dos compuestos, el dieno y el dienófilo.

Estereoquímica

La estereoquímica del reactivo (la estructura tridimensional) es importante para determinar la estereoquímica de los productos.

En el reactivo, la estereoquímica se dibujará usando cuñas (para indicar que apunta hacia arriba) y guiones (para indicar que apunta hacia abajo).

En los productos, esta estereoquímica gira en torno a un doble enlace, por lo que no apunta hacia arriba o hacia abajo. En cambio, los sustituyentes estarán en el mismo lado del doble enlace (cis) o en lados opuestos del doble enlace (trans).

Si los reactivos tenían ambos sustituyentes apuntando hacia arriba o ambos apuntando hacia abajo, entonces el producto estará en la conformación cis. Si los reactivos tenían sustituyentes apuntando en direcciones opuestas (uno hacia arriba y otro hacia abajo), entonces el producto será trans.

Muchas opciones

A veces, al dibujar las flechas, tiene varias opciones diferentes donde los electrones pueden moverse. No siempre es sencillo qué enlaces se romperán y formarán. Cuando esto ocurra, extraiga cada opción y luego determine qué productos son los más probables.

Dado que esta es literalmente la reacción de Diels-Alder al revés, puede determinar qué productos son los más probables en función de qué tan reactivos serían los productos en una reacción de Diels-Alder. Tome el siguiente ejemplo donde tenemos cuatro opciones:

A: crea un dieno y un dienophile, el ácido carboxílico está en el dienophile haciéndolo más deficiente en electrones y por lo tanto más reactivo

B: Aunque los hidrógenos no se dibujan aquí, sabemos que había un hidrógeno en el carbono que está unido al ácido carboxílico, por lo que ahora hay 5 enlaces en esa molécula, lo que hace que sea imposible formar

C: crea un dieno y un dienófilo

D: Una vez más el carbono con el ácido carboxílico tiene 5 enlaces, por lo que es imposible formar

Entonces, tanto A como B forman un dieno y un dienófilo. Entonces cualquiera podría reaccionar y formar este producto. Pero dado que el producto A forma el dienófilo más reactivo, es el producto más probable.

Resumen de la lección

La reacción de Diels-Alder crea un nuevo anillo de seis miembros con un doble enlace. La reacción retro-Diels-Alder es la reacción Diels-Alder a la inversa, rompiendo ese anillo de seis miembros. Rompe 1 doble enlace y 2 enlaces simples para crear 3 nuevos enlaces dobles, formando un dieno y un dienófilo. Esto requiere calor extremo.

La estereoquímica de los productos se basa en la estereoquímica de los reactivos. Si los sustituyentes apuntan en la misma dirección, se forma el producto cis. Si apuntan en direcciones opuestas, se forma el producto trans. Si es posible más de un producto, determine cuál es más probable que ocurra.