Estudio teórico de las reacciones Diels-Alder utilizando plantillas de antraceno a través del uso de orbitales de frontera

A Diels-Alder Reaction Theoretical Study, by using Quiral Anthracene Groups, Through the Frontier Orbitals Usage

Se realizaron una serie de cálculos teóricos aplicados a una reacción de Diels-Alder, en los que se usaron una serie de plantillas de antraceno quiral y unos dienófilos derivados del anhidro maleico y maleimidas. Los cálculos fueron hechos con la ayuda del programa Gaussian 98, usando la funcional B3LYP junto con la base de cálculo 3-21G*. Con estos resultados fue posible analizar esta serie de compuestos, calculando su estabilidad energética y geometría, además de analizar el impacto que tienen sobre su reactividad los orbitales frontera HOMO y LUMO cuando los sustituyentes varían para una serie de plantillas y dienófilos. La energía de los orbitales frontera fue analizada y se pudo concluir que la reacción estudiada era del tipo de Diels-Alder de demanda normal de electrones y que los sustituyentes son importantes en el aumento de la reactividad de la reacción, encontrándose que el dieno, en este caso la plantilla de antraceno, hace aumentarla energía de los orbitales frontera cuando se encuentra unida a un sustituyente donante de electrones, y en cuanto a los dienófilos, se encontró que cuando se encuentran unidos a un sustituyente atractor de electrones, esto trae como consecuencia que se disminuya la energía de los orbitales frontera HOMO y LUMO. Respecto a la geometría de los orbitales frontera, se encontró que brinda información acerca de la estereoselectividad de la reacción, en donde el principio de conservación de la simetría orbital es el que rige la orientación de los sustituyentes en la reacción, en la cual se concluyó que para dienófilos sustituidos se observó que estos quedan orientados en la cara opuesta del centro estereogénico de la plantilla para este tipo de moléculas.

1. INTRODUCCIÓN

La reacción de Diels-Alder es considerada como una de las reacciones pericíclicas más ampliamente estudiada en el campo de la síntesis orgánica [1,2]. Sus mecanismos, energías y algunas propiedades del estado de transición han sido extensamente estudiados en las pasadas décadas[3,7]. Las cicloadiciones de Diels-Alder son procesos pericíclicos (redistribución cíclica de electrones de enlace) concertados, en los que se da la interacción entre un dieno (4 electrones π) y un dienófilo (2 electrones π) para formar, un anillo de seis miembros [6] En su forma más sencilla, la reacción de Diels-Alder combina butadieno con etileno para formar ciclohexano [9] tal como se muestra en la figura 1.

En el presente trabajo vamos a estudiar la reactividad y estéreoselectividad de la reacción de Diels-Alder, para una serie de dienofilos y dienos que no han sido estudiados desde la perspectiva de los niveles de energía y geometría de los orbitales frontera. Es decir en términos del orbital de más alta energía ocupado HOMO (por sus siglas en inglés Highest Occupied Molecular Orbital) y el orbital de más baja energía desocupado LUMO (de sus siglas en inglés Lowest Unoccupied Molecular Orbital) [10].

Desde el punto de vista teórico existen varias interacciones posibles entre los orbitales de frontera del dieno y el dienófilo.