Las cicloadiciones de cetenos son las reacciones del sistema pi de cetenos con compuestos insaturados para proporcionar anillos de cuatro miembros o más grandes. Se conocen variantes [2 + 2], [3 + 2] y [4 + 2] de la reacción. [1]
Introducción
Las cetenos pueden reaccionar con compuestos insaturados para producir anillos de cuatro miembros o más grandes. El primer ejemplo de este fenómeno se observó en 1908, [2] y desde entonces, las cicloadiciones de las cetenos se han expandido y han ganado utilidad sintética. Existen ejemplos de cicloadición [2 + 2], [3 + 2] y [4 + 2], y las cetenos conjugadas también pueden actuar como socios 4π en cicloadiciones [4 + 2]. [3] La geometría única del estado de transición de las cicloadiciones de ceteno [2 + 2] tiene importantes consecuencias estereoquímicas (ver más abajo).
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Mecanismo y estereoquímica
Mecanismo predominante
Las cicloadiciones de ceteno proceden de un mecanismo concertado de cicloadición [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 [2 + 2] térmica concertada se puede lograr en reacciones de cetenos. [4] Esta geometría tiene la consecuencia interesante de que el sustituyente más voluminoso de la cetena tenderá a terminar en la cara más impedida estéricamente del anillo de ciclobutanona. En el estado de transición para la ciclación, el pequeño sustituyente apunta hacia el alqueno. Este modelo también explica la mayor reactividad de los alquenos cis en relación con los alquenos trans en las cicloadiciones de [2 + 2] ceteno. [5]
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La configuración de la olefina se retiene en el producto de cicloadición. Los sustituyentes extractores de electrones en la cetena y los sustituyentes donantes en el alqueno aceleran la reacción, [6] pero las cetenos disustituidas reaccionan lentamente debido al impedimento estérico. [7]
Variantes enantioselectivas
El uso de catalizadores de amina quirales ha permitido el acceso a productos de cicloadición en exceso enantiomérico elevado. [8]
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Alcance y limitaciones
Los cetenos pueden participar en cicloadiciones [2 + 2], [3 + 2] o [4 + 2] (como 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 usa predominantemente para formar anillos de cuatro miembros, un número limitado de sustratos experimenta reacciones [3 + 2] o [4 + 2] con cetenos. En esta sección se analizan ejemplos de los tres modos de cicloadición.
Las cetenos pueden dimerizarse, o dos cetenos pueden reaccionar entre sí para producir ciclobutanonas sustituidas. Por lo general, hay dos productos posibles dependiendo de los dobles enlaces precisos que reaccionan. Las cetenos disustituidas dan solo la 1,3-ciclobutanodiona. [9]
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Los cetenos reaccionan con los alquenos para proporcionar ciclobutanonas. Si se desea el producto de una cicloadición de la propia cetena, se usa típicamente dicloroqueteno, seguido de deshalogenación con un par de 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 fulvenos suelen reaccionar en el anillo, dejando intacto el doble enlace. [12]
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Las cetenos se someten a cicloadición [2 + 2] con cetonas y aldehídos para dar β-lactonas. La catálisis ácida de Lewis es necesaria para este proceso, a menos que el compuesto de carbonilo posea sustituyentes fuertemente atractores de electrones. [13]
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[3 + 2] Las cicloadiciones pueden tener lugar con 1,3-dipolos. Este proceso parece estar concertado, pero cualquiera de los dobles enlaces de las cetenos pueden reaccionar. [14]
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A diferencia de los dienos simples, que normalmente reaccionan de forma [2 + 2] o producen mezclas complejas de productos [4 + 2], los heterodienos suelen reaccionar de forma [4 + 2]. Las cetonas β-amino o -alcoxi insaturadas, por ejemplo, reaccionan con cetenos en un sentido [4 + 2] para dar rendimientos sintéticamente útiles de lactonas. [15]
(9)
Los ejemplos en los que un vinilceteno sirve como socio 4π son raros, pero los heterodienos que contienen ceteno, como los acilcetenos, reaccionan con muchos heterodienófilos para dar productos heterocíclicos con buen rendimiento. [dieciséis]
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Condiciones y procedimiento experimentales
Condiciones típicas
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 y catalizadores polares aceleran la cicloadición, no son de utilidad general ya que también aceleran la dimerización. El progreso de la reacción puede estimarse por desaparición del color amarillo característico de la cetena, por pérdida de la banda a aproximadamente 2100 cm- 1 en el espectro infrarrojo, o por espectroscopia de 1 H RMN. Normalmente se deja reaccionar ceteno, monoalquilceteno y dimetilceteno a temperatura ambiente o por debajo de ella, mientras que las cetenas de mayor peso molecular se pueden calentar a temperaturas superiores a 100 ° C. La cetena se usa generalmente en exceso cuando la dimerización es una reacción secundaria importante. El éxito de la reacción a menudo está determinado por las velocidades relativas de cicloadición y dimerización de la cetena.
Procedimiento de ejemplo [17]
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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 de presión constante se colocaron 0,40 g (18 mmol) de zinc activado, 0,576 g (6 mmol) de 1-heptina 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 en carbonato de potasio), cloruro de tricloroacetilo (12 mmol) y 10 ml de éter anhidro. A continuación, la mezcla se agitó a reflujo durante 4 horas y el zinc residual se eliminó mediante filtración sobre una almohadilla de Celite. La solución de éter se lavó con agua, 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 100º (0,1 mm), para dar 1,08 g (90%) del compuesto del título como un aceite transparente. IR ν máx (puro) 1800, 1585 cm -1 ; 1 H RMN (CDCl 3 ) delta 6,12 (m, 1H, J = 2 Hz), 2,7 (t, 2H, J = 6 Hz), 2,0-0,7 (m, 9H). Anal. Calc. para C _ { 9} H _ { 13} Cl _ { 2} O: C, 52,19; H, 5,85. Encontrado: C, 52,10; H, 5,79.
Referencias
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- ^ Hassner, A .; Dilon, JL J. Org. Chem. 1983, 48 , 3382.
enlaces externos
- Medios relacionados con la cicloadición de ceteno en Wikimedia Commons