Estereoquimica Diels-Alder

2.5.5 Reacciones de cicloadición: la reacción de Diels-Alder.
Los químicos alemanes Otto Diels y Kurt Alder descubrieron, en 1928, que los alquenos y alquinos, conjugados con grupos electrón-atrayentes, reaccionaban con dienos conjugados para formar anillos de seis miembros. En 1950 O. Diels y K. Alder fueron galardonados con el premio Nobel por el descubrimiento de la reacción de cicloadiciónentre dienos y dienófilos.
La reacción de Diels-Alder es uno de los métodos de síntesis más empleado en química orgánica para la preparación de anillos ciclohexánicos con funcionalidad diversa y estereoquímica controlada. A la reacción de Diels-Alder también se la conoce como cicloadición [4 + 2] porque en ella se forma un anillo de seis eslabones por interacción de cuatro electrones p, que seencuentran en el dieno, con dos electrones p, situados en el dienófilo, usualmente un alqueno o un alquino. La reacción se representa empleando flechas para indicar el movimiento de tres pares de electrones.

La reacción de Diels-Alder es análoga a una reacción nucleófilo-electrófilo. El dieno es rico en electrones (como un nucleófilo), mientras que el dienófilo es pobre en electrones. Los dienossimples, como el 1,3-butadieno, son efectivos en la reacción de Diels-Alder. La presencia de grupos electrón-dadores en el dieno (como los grupos alquilo R o los grupos alcoxi RO) pueden aumentar aún más la reactividad del dieno al aumentar su nucleofília.
Sin embargo, los alquenos o los alquinos simples como el etileno y el acetileno no son buenos dienófilos y no suelen participan en reaccionesde cicloadición de Diels-Alder. Un buen dienófilo tiene que tener, generalmente, uno o más grupos electrónatrayentes conjugados con el doble o el triple enlace, lo que provoca una disminución de la densidad electrónica del enlace p. Los grupos que atraen electrones (grupos Z en la figura anterior), que están conjugados con el doble enlace del dienófilo, son generalmente grupos ciano (CN), gruposnitro (NO2) o grupos carbonilo (C=O).
A continuación, se muestran algunos ejemplos de la reacción de Diels-Alder.

(En el esquema anterior los nuevos enlaces s formados en el proceso de cicloadición se indican con trazo grueso) El mecanismo de la reacción de Diels-Alder se inicia con el solapamiento de los orbitales moleculares frontera del dieno y del dienófilo. Como el dienófilo presenta undoble enlace unido a un grupo electrón-atrayente juega el papel de electrófilo de la reacción y por tanto es su orbital vacío de menor energía (el LUMO) el que participa en el proceso. Como ya se ha visto en el tema 6, el sistema p de un alqueno está constituido por un orbital p enlazante, al que van a parar los dos electrones del enlace p, y un orbital antienlazante (p*) que está vacío. Este es elorbital LUMO del doble enlace.

Por otra parte, en este tema se ha representado el sistema de orbitales moleculares p de un dieno. El orbital de más alta energía ocupado (el HOMO)
es el F2. En el siguiente esquema se representa el proceso de formación de enlaces en una reacción Diels-Alder. El dieno y el dienófilo se aproximan en planos paralelos y a medida que se van formando los enlaces, loscarbonos terminales del dieno y del dienófilo se rehibridizan desde sp2 a sp3. El proceso es concertado: la formación y ruptura de enlaces tienen lugar de forma simultánea.

Para que la reacción de Diels-Alder tenga lugar el dieno debe tener una conformación s-cis. Si la conformación del dieno es s-trans los orbitales de los carbonos C1 y C4 del sistema diénico están demasiado alejados y elsolapamiento no tiene lugar. Ya se ha comentado anteriormente que la conformación s-trans tiene, por lo general, menor energía que la s-cis porque la congestión estérica es menor en aquella. La conformación s-cis del dieno es menos estable, y por tanto menos abundante en el equilibrio que la s-trans. Esto no es ningún inconveniente porque la diferencia de energía entre las dos conformaciones es...