Verwandte Reaktionen: Diels-Alder, Klick-Chemie, Ozonolyse
Organic Chemistry Portal: 1,3-Dipolar Cycloaddition
Huisgen-Cycloaddition
1,3-dipolare Cycloaddition
Die Huisgen-Cycloaddition ist eine Reaktion eines Dipolarophils mit einer 1,3-dipolaren Verbindung, welche zu einem 5-gliedrigen Heterocyclen führt. Beispiele für Dipolarophile sind Alkene, Alkine, aber auch mehrbindige, heteroatomhaltige Gruppen, wie Nitrile und Carbonyle. 1,3-Dipolare Verbindungen enthalten mindestens ein Heteroatom und können mit mindestens einer mesomeren Struktur beschrieben werden, welche zwei Ladungen enthält:
Beispiele für lineare Dipole des Propargyl-Allenyl-Typs
Ein Beispiel eines gewinkelten Dipols des Allyl-Typs. Siehe:
Ozonolyse
Mechanismus
2 π-Elektronen des Dipolarophils und 4 Elektronen der dipolaren Verbindungen werden gleichzeitig (konzertiert), pericyclisch verschoben. Die Addition ist stereokonservativ (suprafacial) und somit eine [2s+4s]-Cycloaddition wie die Diels-Alder-Reaktion. Achtung: einige Autoren verwenden immer noch "[2+3]-Cycloaddition" für die Anzahl beteiligter Atome, wofür die IUPAC (DOI) allerdings "(2+3)-Cycloaddition" empfiehlt.
Als Bedingung für eine erfolgreiche Reaktion müssen die beteiligten HOMOs und LUMOs ähnlich sein, was von den relativen Orbitalenergien des Dipolarophils und des Dipoles abhängt. Elektronenziehende Gruppen am Dipolarophil bevorzugen die Überlappung des LUMOs des Dipolarophils mit dem HOMO der dipolaren Verbindung, wohingegen elektronenstossende Gruppen auf dem Dipolarophil zu der umgekehrten Interaktion führen (HOMO Dipolarophil mit LUMO der dipolaren Verbindung). Elektronenreiche, dipolare Verbindungen wie Diazomethan reagieren besonders schnell mit elektronenarmen Alkenen (wie Acrylaten). Relative Reaktivitäten wurden in der Literatur beschrieben. (R. Huisgen, R. Grashey, J. Sauer in Chemistry of Alkenes, Interscience, New York, 1964, 806-877.).
Die Regioselektivität der Reaktion hängt wiederum von sterischen und elektronischen Gegebenheiten ab und ist partiell vorhersagbar. So liefert die Reaktion von Alkinen mit Aziden ein nahezu 1:1-Gemisch an 1,2,3-Triazolen:
V. V. Rostovtsev, L. G. Green, V. V. Fokin, K. B. Sharpless, Angew. Chem.
2002, 114, 2708-2711.
Diese Reaktion kann auch über eine Kupferkatalyse durchgeführt werden, wobei sie schrittweise stattfindet und keine klassische Huisgen-Reaktion (konzertiert) mehr ist. (Für eine Diskussion siehe Eintrag zum Thema "Klick-Chemie") . Eine andere Möglichkeit, die Regioselektivität in diesem spezifischen Beispiel zu beeinflussen, besteht in der Verwendung von Hilfsgruppen, welche sich entfernen lassen:
D. Amantini, F. Fringuelli, O. Piermatti, F. Pizzo, E. Zunino, L. Vaccaro, J.
Org. Chem. 2005, 70, 6526-6529.
Zusammenfassend: Die 1,3-dipolare Cycloaddition erlaubt die Produktion einer grossen Bandbreite an 5-gliedrigen Heterocyclen. Etliche, hoch-regioselektive Umsetzungen aber auch enantioselektive Reaktionen prochiraler Edukte wurden in der aktuellen Literatur beschrieben.
