Moleculus
有機化学リファレンス

6π Electrocyclic Ring Closure (Thermal, Disrotatory)

6π電子環状反応(熱・閉環)

6π電子環状反応(熱・disrotatory): (2E,4Z,6E)-2,4,6-オクタトリエン→cis-5,6-ジメチル-1,3-シクロヘキサジエン

全体式

出発物から生成物へ

基本形 General Form

反応の基本形

1,3,5-ヘキサトリエン ⇌ 1,3-シクロヘキサジエン(6π電子系)

加熱、6π系は disrotatory(逆旋)電子環状反応(6π・熱)

1,3,5-トリエンの両端が結合して環をつくる6π電子環状反応で、熱では disrotatory に回る。

機構 Mechanism

反応機構(段ごと)

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。

Step1

6π電子環状閉環(協奏的・disrotatory・cis選択)

試薬・条件Δ

12345678
生成物(完成)
12345678

6π電子系の両末端C2とC7が新しいσ結合をつくり6員環へ。3組のπが同じ向きに環状に流れ、二重結合はC3=C4とC5=C6へ移る。熱条件ではHOMO(ψ3)の末端ローブの対称性から、両末端が互いに逆向きに回るdisrotatory(対旋電子環状反応で、両末端の炭素が互いに逆向きに回転して環を閉じる・開く様式。)閉環となる。出発物の幾何が(2E,4Z,6E)(trans,cis,trans)なので、disrotatoryだと2つのメチルが同じ面に来てcis(=メソ、C2とC7がR/S一対)の単一立体異性体を与える。逆に光照射(conrotatory)ならtransになるのが立体特異性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。の核心。

Q.なぜ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(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。)で閉じるのか

A.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。(ヒュッケル型)を通れるから。3本のπの6電子が同位相で重なり、熱で許容されるジスロタトリーの回旋で両末端炭素が回りながら新しいσができ、πが組み替わる。電荷や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。の中間体を作るより低障壁。

考察

なぜこう進むのか

原理
電子環状反応は、共役二重結合と単結合が交互に並び、π電子がひと続きに広がった状態。ポリエンの両末端炭素どうしがσ結合を作って(または開いて)閉じる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。ペリ環状反応電子が環状に動き、1つの遷移状態で協奏的に進む反応。。ここでは直鎖トリエンの6π電子系(3本のπ)が環状に同時に動き、両末端C2–C7間に新しいσ結合ができて6員環(シクロヘキサジエン)になる。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。(カチオン・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1段で進む。
選択性
Q.なぜ熱条件でジスロタトリー電子環状反応で、両末端の炭素が互いに逆向きに回転して環を閉じる・開く様式。(対旋)に回り、(2E,4Z,6E)体からcis体が出るのか
A.6π電子系の熱的電子環状反応は、基底状態のHOMO(ψ3)の両末端ローブが同符号どうしで向き合うため、両末端炭素が互いに逆向きに回る(対旋)ことで同位相のローブが重なり結合性のσができる=ジスロタトリーが許容。出発物が(2E,4Z,6E)(trans,cis,trans)だと、対旋では両末端のメチルがともに同じ面へ振れるので、生成物のシクロヘキサジエンでは2つのメチルがcis(メソ体)になる。光(コンロタトリー電子環状反応で、両末端の炭素が同じ向きに回転して環を閉じる・開く様式。)ならtransになり、条件で立体が反転するのが電子環状反応の立体特異性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。の核心。
駆動力
π結合1本(弱い)がσ結合1本(強い)に置き換わるのが熱力学的駆動力。協奏的なので立体特異的に進む(軌道対称性反応の進みやすさはHOMOとLUMOの重なりで決まるとする考え方。福井謙一による。が末端の回旋方向を一意に決める)。
軌道

フロンティア軌道で見る

6π系(4n+2)の熱条件はHOMO(ψ₃)の末端位相から逆旋的が許容。両末端のCH₃(ともに外側)が同じ面に来てcis体になる。

6π系(4n+2)の熱条件はHOMO(ψ₃)の末端位相から逆旋的が許容。両末端のCH₃(ともに外側)が同じ面に来てcis体になる。

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検算 Verified

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この機構は機械検算を通過しています。

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検算とは何か — 保証していないことも

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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C8H12
PubChem 照合緑・完全一致(CID 13412122)
(5S,6R)-5,6-dimethylcyclohexa-1,3-diene
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