Die Diels-Erle-Reaktion ist eine organische chemische Reaktion (spezifisch, ein cycloaddition) zwischen einem konjugierten diene und einem eingesetzten alkene, allgemein hat den dienophile genannt, um ein eingesetztes cyclohexene System zu bilden. Die Reaktion kann weitergehen, selbst wenn einige der Atome im kürzlich gebildeten Ring nicht Kohlenstoff sind. Einige der Diels-Erle-Reaktionen sind umkehrbar; die Zergliederungsreaktion des zyklischen Systems wird dann den retro-Diels-Alder genannt. Zum Beispiel, retro-Diels-Alder Zusammensetzungen werden allgemein beobachtet, wenn ein Diels-Erle-Produkt über die Massenspektrometrie analysiert wird.

Otto Paul Hermann Diels und Kurt Alder haben zuerst die neuartige Reaktion 1928 dokumentiert, für die sie dem Nobelpreis in der Chemie 1950 für ihre Arbeit an der namensgebenden Reaktion zuerkannt wurden.

Die Diels-Erle-Reaktion wird allgemein als eine der nützlicheren Reaktionen in der organischen Chemie betrachtet, da es sehr wenig Energie verlangt, einen Cyclohexene-Ring zu schaffen, der in vielen anderen organischen Reaktionen nützlich ist.

Reaktionsmechanismus

Die Reaktion kommt über einen einzelnen Übergang-Staat vor, der ein kleineres Volumen hat entweder als die Ausgangsmaterialien oder als das Produkt. Es ist ein assoziativer Typ der Reaktion, und es wird durch den sehr hohen Druck beschleunigt. Diels-Erle ist ein Beispiel einer pericyclic Reaktion.

Einige frei-radikale Versionen dieser Reaktion sind beobachtet worden, obwohl das nicht Diels-Erle-Reaktionen sind, da der stereochemistry am Kohlenstoff zusammengerafft wird. Das sind schrittweise Reaktionen der freien Radikalen, die die neuen Obligationen in mindestens zwei Schritten bilden. Ein Beispiel dieses Typs der Reaktion ist die Reaktion von selenobenzophenone mit einem 1,3-diene (Sieh: thioketones).

Alle Diels-Erle-Reaktionen haben vier gemeinsame Merkmale:

• Diels-Erle-Reaktionen sind Thermalreaktion; die Reaktion wird durch die Hitze begonnen.
• Diels-Erle-Reaktion bildet neue sechs-membered Ringe.
• Insgesamt werden drei π Obligationsbrechung und zwei neue Obligationen von C-C σ und ein neues Band von C-C π gebildet.
• Die gesamte Reaktion wird vereinbart: Die Ganze Obligationsbrechung und Form in einem Einzelschritt.

Der diene

Der diene Bestandteil in der Diels-Erle-Reaktion kann offene Kette oder zyklisch sein, und es kann viele verschiedene Arten von substituents haben. Es gibt nur eine Beschränkung: Es muss im Stande sein, in der s-cis Angleichung zu bestehen. Butadiene selbst bevorzugt normalerweise die s-trans Angleichung, mit den zwei Doppelbindungen so weit weg von einander wie möglich. Wenn es größer substituents gibt, als Wasserstoff dann steric Hindernis den relativen stabilities des conformations beeinflussen kann. Für einfache Fälle ist die Barriere für die Folge über das Hauptband klein und Folge zum weniger geneigten, aber reaktiven s-cis

Angleichung ist schnell.

Zyklische dienes, die dauerhaft in der s-cis Angleichung sind, sind in Diels-Erle-Reaktionen außergewöhnlich reaktiv (cyclopentadiene ist ein klassisches Beispiel), während zyklisch, dienes, die dauerhaft in der s-trans Angleichung sind und die s-cis Angleichung nicht annehmen können, wird die Diels-Erle-Reaktion überhaupt nicht erleben. Ein besonders reaktiver diene ist der diene von Danishefsky.

Dendralenes sind eine neue Klasse von experimentellem DA DIENES.

Nicht stabiler dienes, wie o-quinodimethane, kann in situ erzeugt werden. Die aromatische Stabilisierung im Produkt einer DA Reaktion mit solch einem diene, ist in einigen Fällen, der Grund hinter der sehr hohen Reaktionsfähigkeit, und fehlen Sie der Stabilität solchen diene. Der Gebrauch solchen nicht stabilen dienes ist trotz der Schwierigkeiten vorteilhaft, in denen die Produkte kürzlich gebildete aromatische sechs-membered Ringe enthalten werden.

Zusammensetzungen von Benzenoid erleben selten DA Reaktionen und verlangen häufig sehr reaktiven dienophiles. Ein Beispiel solcher seltener Reaktion ist die Reaktion von Wagner-Jauregg

Der dienophile

In einer typischen Diels-Erle-Reaktion ließ der dienophile eine elektronzurückziehende Gruppe zum alkene konjugieren. Obwohl üblich, ist diese Eigenschaft von der Diels-Erle dienophiles nicht exklusiv. Es muss eine Extrakonjugation, mindestens eine phenyl Gruppe oder Chlor-Atom geben. Der dienophile kann durch eine Säure von Lewis wie Niobium pentachloride aktiviert werden.

Cyclopentadiene reagiert mit cyclohexenone in Ethylacetat nicht, wenn die Säure von Lewis nicht da ist. Der Ertrag verbessert sich, wenn Reaktionstemperatur zu 78°C gesenkt wird, weil polymerization Seitenreaktionen verhindert werden. Niobium pentachloride Katalyse gibt nur den endo conformer. Dieselbe Reaktion mit dem Aluminiumchlorid läuft auf einen endo und exo Mischung hinaus. Viele dieser Säuren von Lewis sind nicht gute Katalysatoren für die Reaktion von α,β-unsaturated carbonyls, das ist, weil der carbonyl Sauerstoff zu dicht zum Metallzentrum bindet. Ein viel besserer Katalysator für solch ein System ist eine Kombination von Silber perchlorate und dem Reagens von Lawesson in der Kälte dichloromethane.

Es ist weithin bekannt, dass es möglich ist, heteroatom zu verwenden, der dienophiles für Diels-Erle-Reaktionen enthält, zum Beispiel kann das Reagens von Lawesson (und diferrocenyl dithiadiphosphetane Disulfid) mit dem 1,3-dienes reagieren, um sechs Membered-Ringzusätze zu bilden. Selenoketones und thioketones sind im Stande, ebenso mit dem 1,3-dienes zu reagieren. Imines sind Reaktionspartner in der Aza Diels-Erle-Reaktion und den carbonyl Gruppen der Reaktionspartner in Oxo Diels-Erle-Reaktionen. Diese Reaktionen werden Hetero-Diels-Erle-Reaktionen insgesamt genannt.

Dienophiles kann gewählt werden, um eine "maskierte Funktionalität" zu enthalten. Der dienophile erlebt Diels-Erle-Reaktion mit einem diene das Einführen solch einer Funktionalität auf das Produktmolekül. Eine Reihe von Reaktionen folgt dann, um die Funktionalität in eine wünschenswerte Gruppe umzugestalten. Das Endprodukt kann in einem einzelnen DA-Schritt nicht nicht gemacht werden, weil gleichwertiger dienophile entweder unreaktiv oder unzugänglich ist. Ein Beispiel solcher Annäherung ist der Gebrauch von α-chloroacrylonitrile (CH=CClCN). Wenn reagiert, mit einem diene wird dieser dienophile Funktionalität des Alphas-chloronitrile auf das Produktmolekül einführen. Das ist eine "maskierte Funktionalität", die dann hydrolyzed sein kann, um einen ketone zu bilden. α-Chloroacrylonitrile dienophile ist eine Entsprechung von ketene dienophile (CH=C=O), der dasselbe Produkt in einem DA-Schritt erzeugen würde. Das Problem besteht darin, dass ketene selbst in Diels-Erle-Reaktionen nicht verwendet werden kann, weil er mit dienes auf die unerwünschte Weise (durch [2+2] cycloaddition) reagiert, und deshalb "maskierte Funktionalität" Annäherung verwendet werden muss.

Andere solche Funktionalitäten sind phosphonium substituents (exocyclic Doppelbindungen nach der Reaktion von Wittig tragend), verschiedener sulfoxide und sulfonyl Funktionalitäten (beide sind Acetylen-Entsprechungen), und nitro Gruppen (ketene Entsprechungen).

Heterodienophiles

Kein Hauptverlust in der Reaktionsfähigkeit von dienophile wird gesehen, wenn ein, oder gegen beide, des Kohlenstoff eine andere Vielfalt des Atoms ausgewechselt wird. Gruppen von Carbonyl können zum Beispiel mit dienes erfolgreich reagieren, um Pyranoid-Ringe nachzugeben. Allgemein wird der endo Übergang-Staat in diesem Fall bevorzugt.

Nitroso vergleicht sich (N=O) reagieren, um oxazine ähnliche Zusammensetzungen (zyklische Moleküle mit dem Stickstoff und der Sauerstoff-Gegenwart im sechs-membered Ring) zu bilden. Eine andere Gruppe von für Diels-Erle-Reaktionen erfolgreich verwendetem dienophiles ist imines. Solche Reaktionen sind für die Vorbereitung von Alkaloid und anderen polyzyklischen Zusammensetzungen nützlich.

Chlorosulfonyl isocyanate kann als ein dienophile verwertet werden, um Vince Lactam vorzubereiten.

Stereoselectivity in DA Reaktionen

Diels-Erle-Reaktionen können zu Bildung einer Vielfalt von strukturellem isomers und stereoisomers (enantiomers und diastereomers) führen. Die Identität von Hauptprodukten kann gewöhnlich jedoch vorausgesagt werden.

In unsymmetrisch eingesetztem diene und dienophile werden pseudo-ortho und Absatz-Orientierungen in Produkten gewöhnlich über die meta Orientierung bevorzugt. Eine besondere Vorliebe in der Position von substitutents im Produkt kann in einigen Fällen in Bezug auf die Grenze Augenhöhlentheorie erklärt werden. Meistens trägt diene eine elektronveröffentlichende Gruppe (ERG), und dienophile trägt eine elektronzurückziehende Gruppe (EWG). Die stärkste Wechselwirkung findet zwischen HOMO von diene und LUMO von dienophile statt. Kohlenstoff, der die höchsten Koeffizienten in zwei Grenze orbitals hat, wird beginnen zu verpfänden; deshalb wird dieser Kohlenstoff die Orientierung von substituents und so Identität des Hauptproduktes einer DA Reaktion leiten.

Sich mit der wirklichen Grenze befassend, Augenhöhlenkoeffizienten können vermieden werden, da kann die bevorzugte Orientierung im Produkt in Bezug auf teilweise positive und negative Anklagen beschrieben werden, die in diene und dienophile bestehen. Der Kohlenstoff mit einer teilweisen negativen Anklage wird am meisten sogleich mit Kohlenstoff aufeinander wirken, der eine teilweise positive Anklage trägt. Deshalb wird jener zwei Kohlenstoff anfangen, zusammen zu kommen, so die Verhältnisorientierung von substituents diktierend. Die Existenz der teilweisen positiven/negativen Anklage kann immer durch die Zeichnung von Klangfülle-Mitwirkenden für diene und dienophile, das Berücksichtigen ihres ERGS und EWG bestimmt werden.

Das anfängliche Potenzial der Reaktion wurde in der Form von Insektiziden verwertet, die schließlich zur Endo-Regel geführt haben. Die Reaktion von Otto Diels und Kurt Alders hat die Produktion von Waffen gegen die landwirtschaftliche Pest berücksichtigt, um in den 1930er Jahren völlig begriffen zu werden. Die meisten dieser Chemikalien haben Chlor enthalten, dessen zwei Dieldrin und Aldrin nach den passenden Personen genannt werden. Diese Chemikalien sind schon lange wegen ihrer Giftigkeit zu nicht nur wirbellose Tiere, aber zu höheren Ordnungen von Organismen ebenso unterbrochen worden. Glücklich kann Insektizid-Gebrauch unvermindert mit der neuen Einführung von verschiedenen sicheren Behandlungen weitergehen. Obwohl Insektizide wie Dieldrin und Aldrin ein Ermorden von Herz- und Atmungskrankheiten verursachen (sowie Fortpflanzungsmisserfolg), haben sie als ein wichtiger Schritt zum Verstehen gedient, warum das endo Produkt der Hauptertrag war. Die Studie des Insektizids hat durchgebrannt Norcamphane-Ringe sind ein hoch populäres Thema in den 1930er Jahren und 1940er Jahren geworden. Degradierung von Oxidative hat hohe Genauigkeit des stereochemistry offenbart; nach viel Forschung durch Kurt Alder und H.F. Rickert ist es klar geworden, dass steric Hindernis in Diels-Erle-Reaktionen nicht so wichtig ist, wie es in anderen Reaktionen ist. Das hat zur sekundären Augenhöhlenerklärung sowie einer befriedigenden Hypothese geführt, die polymerization von bestimmten Diels-Erle-Zusätzen aufgehellt hat.

Grundsatz von Cis

Gemäß dem cis Grundsatz oder den Regeln des Erle-Bierkrugs, die durch die Erle und Stein 1937 formuliert sind, wird der stereochemistry von substituents im Ausgangsmaterial im Produkt behalten. Das bedeutet, dass, wenn ein cis-dienophile reagiert wird, beide der cis-substituents auf derselben Seite (Gesicht) des Produktrings enden werden. Trans-dienophile wird ein Produkt nachgeben, wo beide von trans-substituents (der ursprünglich aus dem dienophile gekommen ist) auf verschiedenen Seiten des Produktrings sein werden. Derselbe Grundsatz gilt für dienes. Trans, trans oder cis, cis 1,4-substituents werden auf derselben Seite des Rings enden, wohingegen trans, cis 1,4-substituents zu verschiedenen Gesichtern des Rings orientiert wird.

Außer den ortho/meta/para-forming Orientierungen können der diene und dienophile sich unterschiedlich einordnen, um exo und endo Übergang-Staaten nachzugeben, die auf verschiedene Produkte hinauslaufen. Um zu bestimmen, der der endo ist, und der der exo Übergang-Staat ist, werden die zwei Moleküle Parallele zu einander, solch orientiert, dass das einzelne Band von diene (dasjenige, das zwei Doppelbindungen verbindet) zum doppelten oder dreifachen Band von dienophile parallel ist. Es macht keinen Unterschied, ob der dienophile oben oder unter dem diene eingestellt wird. Der einzelne substituent (oder cis-substituents auf dem dienophile) wird orientiert, um in der Richtung auf das Pi-System von diene hinzuweisen. Das ist der endo Übergang-Staat (geschildert unten). Wenn diese substituents weg vom diene angespitzt werden, würde das der exo Übergang-Staat sein.

Hinzufügungsregel von Endo

Mit 'cis Grundsatz' wird es verstanden, dass cis-substituents auf dienophile zum Beispiel auf derselben Seite des Moleküls enden wird. Es ist nicht offensichtlich, wo der substituents sowohl auf diene als auch auf dienophile hinsichtlich einander enden wird. Den cis oder die trans Orientierung von substituents vorauszusagen, die aus verschiedenen Molekülen kommen, müssen wir mögliche Übergang-Staaten untersuchen. Der stabilste Übergang-Staat wird zum Hauptprodukt führen. Übergang-Staaten werden auch die Verhältnisorientierung des substituents des diene und dienophile auf dem Produktring diktieren. In einigen Fällen kann eine andere Regel angewandt werden: die endo Hinzufügungsregel. Gemäß dieser Regel setzt der stabilste Übergang Ergebnisse fest, wenn es eine 'maximale Anhäufung von Doppelbindungen' gibt. Dieser Regel wird nicht immer gefolgt. Es gilt meistenteils wenn, sich mit zyklischem dienes und dienophiles befassend. Zum Beispiel gibt die DA Reaktion von cyclopentadiene und maleic Anhydrid mehr als 95 % des endo Produktes nach.

Es ist wichtig zu bemerken, dass sich Etiketten "exo" und "endo" auf die Orientierung von substituents im Übergang-Staat und nicht zu einer spezifischen Orientierung von substituents im Produktmolekül beziehen. In jedem Einzelfall muss der Übergang-Staat untersucht werden, um die am meisten begünstigte Verhältnisorientierung von substituents zu sehen. Es ist für den endo Übergang nicht wahr stellen fest, dass der substituents auf dienophile und 1,4-substituents auf diene immer zu derselben Seite des kürzlich gebildeten Rings hinweisen wird. "Endo" und "exo" definieren spezifische Übergang-Staaten, nicht Orientierung von substituents. Im Bild unten geschieht es gerade, dass der endo Übergang-Staat substituents auf derselben Seite des Rings nachgeben wird. Das ist nicht immer so. Im Fall von maleic Anhydrid und cyclopentadiene wird das endo Produkt die R Gruppen des diene und an den Gegenseiten des kürzlich gebildeten Rings orientierten dienophile haben.

Das exo Produkt kann jedoch für einige Reaktionen vorherrschen. Das kann geschehen, wenn sich das resultierende endo Produkt zurück ins Ausgangsmaterial leicht abtrennen kann. In solchen Reaktionen herrscht das exo Produkt mit verlängerten Reaktionszeiten vor, weil das exo Produkt thermodynamisch bevorzugt wird. In anderen Fällen kann sich das endo Produkt dazu umwandeln, was das exo Produkt der Reaktion sein würde. Im Beispiel unten endo Produkt war B der einzige nach der Diels-Erle-Reaktion isolierte. Jedoch hat das Lassen die Reaktion seit anhaltenden Zeitspannen gehen auch wesentliche Beträge des exo Produktes A nachgegeben. Die Autoren haben nachgesonnen, dass endo Produkt B epimerize zum exo Produkt folgendermaßen kann:

In der Zusammenfassung basiert diastereoselectivity auf dem Postulat des Übergang-Staates. Für irgendwelchen gegeben DA Reaktion kann man sich einen möglichen Übergang-Staat vorstellen, der über anderes erwartetes zu steric, stereoelectronic, und complexing Faktoren wird bevorzugt. So können Vorhersagen auf der Identität des Hauptproduktes einer besonderen DA Reaktion durch das Schauen auf das verfügbare Ausgangsmaterial gemacht werden.

Retro-Diels-Alder Reaktionen

DA Reaktionen sind umkehrbar, und in einer retro-Diels-Alder Reaktion werden der diene und alkene reformiert. Eine vertretende Reaktion ist die Rickert-Erle-Reaktion, in der, dank günstigen rearomatization, der oxidierte cycloadduct des Chinons und 1,3-cyclohexadiene bei Hochtemperaturen Äthylen beseitigt, um anthraquinone zu bilden.

Umgekehrtes Elektron fordert Diels-Erle-Reaktion

Unterschiedlich in der Diels-Erle-Reaktion fordert das Umgekehrte Elektron, dass Diels-Erle-Reaktion ein cycloaddition zwischen einem elektronreichen dienophile und einem elektronschlechten diene ist.

Asymmetrische DA Reaktionen

In asymmetrischen Diels-Erle-Reaktionen werden nur ein von zwei möglichen enantiomers gebildet. Die asymmetrische Katalyse durch organocatalysis ist mit Katalysatoren möglich, die auf einem imidazoline Skelett (der Katalysator von MacMillan) zum Beispiel in der Reaktion von cyclohexadiene mit acrolein gestützt sind:

Diels-Erle-Reaktionen leihen auch sich zur chiral Synthese mit chiral Hilfstruppen. In einer Forschungsanstrengung wird das Hilfsverb aus L-asparagine abgeleitet. Die teleskopische Synthese mit cyclopentadiene und Acrylsäure gibt den DA-Zusatz mit drei stereocenters als vorherrschend der endo conformer und mit 54 % ee nach.

Säuren von Lewis (AlCl, ZnCl und andere) handeln als Katalysatoren durch das Koordinieren zum dienophile. Der complexed dienophile wird mehr electrophilic und mehr reaktiv zum diene. Das vergrößert die Rate und häufig den stereoselectivity einer DA Reaktion.

Außenverbindungen

• Asymmetrische Hetero-Diels-Alder Reaktionen
• Halbempirische Berechnungen der Diels-Erle-Reaktion.
• Hinzufügungsregel von Endo