La reacción de cicloadición de nitrona-olefina (3 + 2) es la combinación de una nitrona con un alqueno o alquino para generar una isoxazolina o isoxazolidina mediante un proceso de cicloadición [3 + 2] . [1] Esta reacción es una cicloadición 1,3-dipolar , en la que la nitrona actúa como el 1,3-dipolo y el alqueno o alquino como el dipolarófilo.
Cuando las nitronas se combinan con alquenos o alquinos, la cicloadición [3 + 2] conduce a la formación de un nuevo enlace C – C y un nuevo enlace C – O. Las cicloadiciones son estereoespecíficas con respecto a la configuración del alqueno; sin embargo, la diastereoselectividad en reacciones de nitronas sustituidas con C es a menudo baja. [2] La regioselectividad está controlada por los orbitales de la frontera dominante que interactúan durante la reacción, y los sustratos con sustituyentes electrónicamente distintos tienden a reaccionar con alta regioselectividad. Se han usado versiones intramoleculares de la reacción para sintetizar estructuras complejas de carbono policíclico. La reducción del enlace N – O conduce a 1,3-aminoalcoholes.
La cicloadición [3 + 2] en sí es un proceso pericíclico concertado cuya regioquímica está controlada por los orbitales moleculares de frontera en la nitrona (el dipolo) y el dipololarófilo. [3] Cuando R 'es un grupo donante de electrones, alquilo o arilo, los FMO dominantes son el HOMO del dipolarófilo y el LUMO de la nitrona. Por lo tanto, al conectar los átomos cuyos coeficientes en estos orbitales son mayores, se predice que predominará la isoxazolidina sustituida en 5. Por otro lado, cuando el dipololarófilo es pobre en electrones, la interacción HOMO nitrona -LUMO dipolarófilo es más importante y se favorece el producto 4-sustituido.
Los alquenos terminales de alquilo y arilo reaccionan con alta regioselectividad para dar isoxazolidinas 5-sustituidas. Este resultado es consistente con el control orbital molecular de frontera (cinético) de la distribución de isómeros: el oxígeno de la nitrona, que posee el mayor coeficiente orbital en el HOMO de la nitrona, forma un enlace con el carbono interno del alqueno, que posee el mayor Coeficiente orbital en el LUMO del alqueno. [4]
La configuración de los alquenos 1,2-disustituidos se mantiene en los productos de cicloadición. De acuerdo con el control de FMO de la reacción, el sustituyente que más atrae electrones en estos sustratos termina en la posición 4 del producto. Dicho de otra manera, el carbono con el coeficiente LUMO más grande en el dipololarófilo (distante del grupo captador de electrones) forma un enlace con el oxígeno de la nitrona, que posee el coeficiente HOMO más grande en la nitrona. [5]
Los alquinos también pueden servir como dipolorófilos en esta reacción. Las reglas para predecir los productos de cicloadición de alquenos basadas en los FMO relevantes se aplican también a los alquinos sustituidos: los alquinos pobres en electrones tienden a dar productos 4 sustituidos, mientras que los alquinos ricos en electrones, los alquil y aril alquinos dan productos 5 sustituidos. [6]