La cicloadición de trimetilenmetano es la anulación formal [3 + 2] de los derivados del trimetilenmetano (TMM) en sistemas pi de dos átomos . Aunque el TMM en sí mismo es demasiado reactivo e inestable para ser almacenado, los reactivos que pueden generar TMM o sintones TMM in situ pueden usarse para efectuar reacciones de cicloadición con aceptores de electrones apropiados . Generalmente, los enlaces pi deficientes en electrones se ciclan con TMM más fácilmente que los enlaces pi ricos en electrones. [1]
El trimetilenmetano es una molécula neutra de cuatro carbonos compuesta por cuatro enlaces pi; por lo tanto, debe expresarse como una molécula que no sea de Kekulé o como un zwiterión . Los niveles de energía orbital de TMM revelan que posee estados singlete y triplete ; generalmente, estos estados exhiben diferentes perfiles de reactividad y selectividad . [2] Se cree que una cicloadición singlete [3 + 2], cuando está concertada, procede bajo control orbital fronterizo . Cuando están involucradas TMM ricas en electrones, la Aorbital sirve como HOMO (que conduce a productos fusionados si el TMM es cíclico). Cuando están involucradas TMM pobres en electrones (o no sustituidas), el orbital S actúa como HOMO (que conduce a productos puenteados si la TMM es cíclica). Las cicloadiciones que implican el estado de triplete son escalonadas y, por lo general, dan como resultado una codificación configuracional en el componente de dos átomos. [3]
El cierre rápido de los TMM a los metilenciclopropenos (MCP) es un problema general que afecta la velocidad y el rendimiento de las reacciones de cicloadición [3 + 2] que involucran a esta clase de intermedios de reacción . [4] El problema es generalmente menos severo para los TMM cíclicos de cinco miembros debido a la deformación del anillo en los MCP correspondientes. Cuando se puede controlar el cierre del anillo y la dimerización de TMM , la cicloadición [3 + 2] produce mezclas isoméricas de metilenciclopentanos. Se han usado tres clases de compuestos para generar intermedios de TMM sintéticamente útiles: diazenos , acetatos alílicos sustituidos con sililo y metilenciclopropenos.La catálisis de metales de transición se puede utilizar con las dos últimas clases, aunque los MCP polares pueden abrirse bajo la luz o el calor (ver más abajo).
Los diazenos pueden extruir nitrógeno para proporcionar intermedios de TMM discretos. Generalmente, los diazenos con puentes se utilizan para evitar el cierre competitivo de las MCP y las reacciones de dimerización. [5] En combinación con un aceptor alquenico , tiene lugar la ciclación a productos fusionados o puenteados. Generalmente se prefieren los productos fusionados, a menos que el precursor de diazeno esté sustituido con grupos donantes de electrones en el átomo de carbono de metileno . La configuración del alqueno se mantiene mientras la reacción se desarrolle a través de un TMM singlete. [6]
Cuando están presentes grupos estabilizadores, los MCP pueden abrirse a los correspondientes TMM de ion híbrido. [7] El acetal 1 se ha utilizado en este contexto y proporciona a los ciclopentanos la funcionalidad acetal exo del anillo recién formado con alta selectividad. Esta reacción también es estereoespecífica con respecto a la geometría del alqueno y exhibe una alta selectividad por productos endo en la mayoría de los casos.
Los MCP que carecen de grupos estabilizadores pueden generar sintones TMM en presencia de catalizadores de paladio (0) o níquel (0). [8] La inserción formal del catalizador en cualquiera de los dos enlaces de ciclopropano químicamente distintos (llamados "distal" y "proximal" para reflejar su distancia del doble enlace ) tiene el potencial de generar productos isoméricos . Generalmente, los catalizadores de paladio provocan la rotura del enlace distal formal. Se cree que este proceso ocurre a través del ataque directo del enlace distal en el alqueno coordinado. La reacción es por etapas y carece de estereoespecificidad tanto bajo catálisis de paladio como de níquel.