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Cicloadición 6+4

La cicloadición [6+4] es un tipo de cicloadición entre un sistema pi de seis átomos y un sistema pi de cuatro átomos, que da lugar a un anillo de diez miembros. Debido a que se ...

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La cicloadición [6+4] es un tipo de cicloadición entre un sistema pi de seis átomos y un sistema pi de cuatro átomos, que da lugar a un anillo de diez miembros. Debido a que se trata de una cicloadición de orden superior, surgen problemas de periselectividad además de las preocupaciones habituales sobre regio- y estereoselectividad. Entre los sistemas pi de seis átomos que se han empleado en la reacción se incluyen la tropona y sus derivados, los fulvenos y los complejos de cobalto de cicloheptatrieno . [ 1 ]

Introducción

La cicloadición [6+4] es un proceso de cicloadición de orden superior, térmicamente permitido, que conduce a anillos de diez miembros. Aunque la mayoría de los trienos lineales y acíclicos no dan productos [6+4] de forma selectiva, los trienos cíclicos dan altos rendimientos de productos [6+4] en muchos casos. Tanto los cicloheptatrienos como los fulvenos pueden emplearse en esta reacción, y las troponas deficientes en electrones funcionan particularmente bien. Las versiones pericíclicas y mediadas por metales de transición de la reacción son estereocomplementarias: la primera da productos exo y la segunda productos endo , con una selectividad prácticamente completa en casi todos los casos. La posibilidad de construir estructuras carbocíclicas complejas de manera eficiente ha hecho que esta reacción sea particularmente atractiva sintéticamente. [ 2 ]

(1)

Mecanismo y estereoquímica

Reacción sin metales

La versión sin metal de la cicloadición [6+4] se produce mediante un proceso pericíclico concertado. Los orbitales moleculares frontera implicados en las reacciones de la tropona ilustran que una interacción orbital secundaria repulsiva probablemente desestabiliza el estado de transición endo , lo que conduce a una selectividad completa para los productos exo . [ 3 ]

(2)

Los fulvenos reaccionan de forma similar, aunque las reacciones selectivas [6+4] requieren el uso de un dieno rico en electrones. Los orbitales frontera del fulveno ilustran que solo actuará como un componente 6π en reacciones controladas por LUMO. El siguiente orbital molecular ocupado de mayor energía (NHOMO, no mostrado) también tiene la simetría y los coeficientes orbitales adecuados para participar en la cicloadición [6+4]; el NHOMO puede activarse para la reacción sustituyendo el metileno exo con grupos dadores de electrones. [ 4 ]

(3)

Reacción promovida por metales

La cicloadición [6+4] promovida por metal mediante un complejo de cicloheptatrieno-metal es un proceso fotolítico por etapas que carece de los problemas de periselectividad de la cicloadición [6+4] puramente térmica. El mecanismo ha sido objeto de debate, pero probablemente se produce a través de un cambio de hapticidad en el complejo metal-trieno, seguido de la coordinación del componente dieno y el acoplamiento. También se ha propuesto la disociación del monóxido de carbono en lugar del cambio de hapticidad, pero no se observa la liberación de monóxido de carbono durante la reacción. Se observa selectividad endo completa para este proceso como resultado de la acción del metal como plantilla. [ 5 ]

(4)

Aunque Rigby et al. publicaron trabajos notables sobre cicloadiciones [6+4] a finales de la década de 1980, el estudio de dienos complejos metálicos con cicloheptatrieno recibió relativamente poca atención. En 2006, Welker y colaboradores informaron que sus dienos de cobaloxima reaccionan con troponas no sustituidas exclusivamente a través de estados de transición exo . Se demostró que los mismos dienos reaccionan tanto en cicloadiciones [6+4] como [4+2] cuando la tropona reactiva tiene al menos un grupo atractor de electrones (EWG). La vía de reacción [4+2] es dominante cuando la tropona tiene sustituyentes en los centros formadores de enlaces y EWG. [ 6 ]

Alcance y limitaciones

[6+4] La cicloadición puede llevarse a cabo utilizando troponas, fulvenos o complejos de cromo de cicloheptatrienos. El alcance de los socios de reacción 4π es amplio, pero limitado en algunos casos por el sesgo electrónico del componente 6π. Por ejemplo, las cicloadiciones de troponas generalmente tienen un mayor rendimiento cuando interviene un dieno rico en electrones. [ 7 ] Los fulvenos ricos en electrones reaccionan bien con dienos pobres en electrones, y viceversa. [ 8 ] Los rendimientos de las cicloadiciones mediadas por metales de transición muestran una dependencia relativamente débil de la naturaleza electrónica de los sustratos [ 9 ] y los rendimientos son generalmente altos.

Las troponas sustituidas pueden ser sustratos problemáticos para las cicloadiciones [6+4]. Un método para abordar este problema es la cicloadición intramolecular [6+4], que emplea dienos unidos mediante un enlace. Además, este método tiene el potencial de generar estructuras policíclicas complejas. [ 10 ]

(5)

Los fulvenos no sustituidos generalmente solo reaccionan con dienos ricos en electrones en el modo [6+4]; sin embargo, la sustitución del fulveno con un grupo dador de electrones en la posición 6 facilita la reacción con dienos pobres en electrones a través del NHOMO del fulveno. La extrusión quelotrópica de dióxido de azufre ocurre bajo las condiciones de reacción que se muestran a continuación. [ 11 ]

(6)

La estereoquímica existente en el dieno o trieno puede utilizarse para transformaciones diastereoselectivas que establecen hasta cuatro estereocentros en un solo paso. [ 12 ]

(7)

Comparación con otros métodos

La mayoría de los métodos que forman los sistemas de anillos accesibles mediante cicloadición [6+4] (biciclo[4.4.1]undecanos y biciclo[5.3.0]decanos) requieren múltiples pasos, condiciones drásticas o manipulaciones sintéticas extensas. Estos métodos también pueden carecer de la estereoselectividad del proceso [6+4]. Los métodos que se muestran a continuación son representativos de estrategias alternativas y resaltan algunas de las dificultades asociadas a ellas. [ 13 ] [ 14 ]

(8)

(9)

La anulación de alquinos con vinilciclopropanos catalizada por rodio proporciona el biciclo[5.3.0] decano con un patrón de saturación único. [ 15 ]

(10)

Condiciones y procedimiento experimental

Condiciones típicas

Las reacciones térmicas [6+4] se realizan típicamente a reflujo en un disolvente no polar como xileno, benceno o tolueno. Dado que las temperaturas elevadas pueden favorecer procesos de orden inferior, la temperatura debe mantenerse lo más baja posible. Las reacciones catalizadas por metales se llevan a cabo generalmente en hexano, con una pequeña cantidad de éter para mejorar la solubilidad si es necesario. La luz filtrada con vidrio Pyrex y vidrio de uranio proporciona mayores rendimientos que la luz filtrada con cuarzo.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Rigby, JH Org. React. 1997 , 49 , 331. doi : 10.1002/0471264180.or049.02
  2. ↑ Rigby, JH en Comprehensive Organic Synthesis , Trost, BM; Fleming, I., Eds., Vol. 5 , Pergamon, Oxford, 1991, pp. 617–643.
  3. ↑ Mukherjee, D.; Watts, CR; Houk, KN J. Org. Chem. 1978 , 43 , 817.
  4. ↑ Houk, KN; Sims, J.; Watts, CR; Luskus, LJ J. Am. Chem. Soc. 1973 , 95 , 7301.
  5. ↑ Michels, E.; Sheldrick, WS; Kreiter, CG Chem. Ber. 1985 , 118 , 964.
  6. ↑ Pidaparthi, RR; Welker, ME; Day, CS Organometallics 2006 , 25 , 974.
  7. ^ Garst, YO; Roberts, Virginia; Prussin, C. Tetrahedron 1983 , 39 , 581.
  8. ^ Wu, T.-C.; Mareda, J.; Gupta, YN; Houk, KN J. Am. Química. Soc. 1983 , 105 , 6996.
  9. ↑ Ref. 1, pág. 344.
  10. ↑ Funk, RL; Bolton, GL J. Am. Chem. Soc. 1986 , 108 , 4655.
  11. ^ Reiter, SE; Dunn, LC; Houk, KN J. Am. Química. Soc. 1977 , 99 , 4199.
  12. ^ Rigby, JH; Ateeq, SA; Carlos, NR; Cuisiat, SV; Ferguson, Doctor en Medicina; Henshilwood, JA; Krueger, AC; Ogbu, CO; Corto, km; Heeg, MJ J. Am. Química. Soc. 1993, 115 , 1382.
  13. ↑ Paquette, LA; Nitz, TJ; Ross, RJ; Springer, JP J. Am. Chem. Soc. 1984 , 106 , 1446.
  14. ↑ Rigby, JH; Wilson, JZ J. Am. Chem. Soc. 1984 , 106 , 8217.
  15. ^ Wender, Pensilvania; Takahashi, H.; Witulski, BJ Am. Química. Soc. 1995 , 117 , 4720.