Diels-Alder Reaction (2,4-Hexadiene + Methyl Acrylate)
Diels–Alder反応:(2E,4E)-2,4-ヘキサジエン+アクリル酸メチル → 2,5-ジメチルシクロヘキサ-3-エンカルボン酸メチル(協奏[4+2]環化付加)
共役ジエン + ジエノフィル → シクロヘキセン([4+2])
s-cis ジエンと電子求引基つきジエノフィルが協奏的に [4+2] 環化してシクロヘキセンをつくる反応である。
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・条件室温
環状の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。で電子が一周する:(1)ジエノフィル(アクリル酸メチル)のC7=C8π電子がジエン末端C2を攻撃して新しいσ結合C2–C7を作り(A)、(2)ジエンのC2=C3π電子が中央へ移ってC3=C4の新しいπ結合を作り(B)、(3)ジエンのもう一方の末端C4=C5π電子がジエノフィルのC8を攻撃して新しいσ結合C5–C8を作る(A)。2本の新σ(C2–C7・C5–C8)とC3=C4のπが同時にでき、6員環(シクロヘキセン)が閉じる。C8にエステル、C2とC5にメチルが付く。
Q.なぜ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。に一段で進むのか
A.ジエンのHOMOとジエノフィルのLUMOが位相よく重なり、6つのπ電子が環状に流れる芳香族的な遷移状態(Woodward–Hoffmann許容)を通れるから。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。(イオン・ラジカル不対電子を1つ持つ、反応性の高い化学種。電荷を持たないことが多い。)を経ず、結合の生成・切断が同時=協奏。だから立体特異的出発物の立体配置に応じて、生成物の立体が一義的に決まる性質。になる。
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 | C10H16O2 |
| PubChem 照合 | 黄・骨格一致(CID 12426247・立体は未登録/不一致) methyl 2,5-dimethylcyclohex-3-ene-1-carboxylate |