Diels-Alder Dimerization of Cyclopentadiene
Diels–Alder反応(二量化):シクロペンタジエン2分子 → ジシクロペンタジエン(endo)
共役ジエン + ジエノフィル → シクロヘキセン([4+2])
共役ジエンとジエノフィルが一度に環をつくる協奏的 [4+2] 環化付加である。
巻矢印はA=攻撃 / B=脱離・π形成 / C=プロトン移動。本文の (A)(B)(C) は図中の同色の矢印を指します。
試薬・条件—(加熱/室温・無触媒)
1分子目をジエン(C2=C3–C4=C5)、2分子目の二重結合C7=C8をジエノフィルとする。3本の矢印が環状に同時に動く:(1) ジエン末端のπ電子C2=C3がジエノフィルのC7を攻めて新しいσ結合C2–C7を作る(B)。(2) ジエノフィルのπ電子C7=C8がジエンのもう一方の末端C5を攻めて新しいσ結合C5–C8を作る(B)。(3) ジエンのもう一方のπ電子C4=C5が中央へ移動して新しい二重結合C3=C4を作る(B)。中間体反応の途中で一時的にできる、ある程度の寿命を持つ化学種。遷移状態とは別物である。を経ず1段で6員環ができ、ジエノフィル側のC9=C10は反応せず残る。
Q.なぜ中間体を経ず1段(協奏的複数の結合の切断と生成が、中間体を経ずに一度に同時に起こるさま。)で進むのか
A.ジエンのHOMOとジエノフィルのLUMOが対称性よく重なり、6π電子が環状に巡る芳香族的な遷移状態結合が切れかけ・できかけの、エネルギーが最も高い一瞬の状態。取り出すことはできない。を通れるから(熱的[4+2]は許容)。電荷を持つ中間体を作るより、軌道の重なりで一気に2本のσを作るほうが低障壁。
ジエンのHOMO(ψ₂)とジエノフィルのLUMO(π*)が、同じ面どうし(スプラ面型)で同位相に重なる=対称許容。図は基本形(ブタジエン+エチレン)。
同じ中間体・対になる選択性・連続する変換など、位置の近い反応です。反応マップで全体の中での位置も見られます。
原子の保存・電子の流れ・生成物への到達を機械で検証しています。妥当な経路は複数ありえます。
| 矢印⇄結合変化の整合 | 整合 — fail=0 / check=0(全1段) |
|---|---|
| 電荷保存 | 保存 — 全段で電荷保存 |
| 中間体の鎖の連続 | 連続 — 中間体の鎖が連続 |
| 生成物への到達(内部整合) | 到達 — 看板の生成物が機構中で実際に生成 |
| 生成物の分子式 | C10H12 |
| PubChem 照合 | 緑・完全一致(CID 6492) tricyclo[5.2.1.02,6]deca-3,8-diene |