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Notación de la vieja escuela versus notación IUPAC moderna: ¿Cómo describir con precisión las reacciones de cicloadición?
La reacción de cicloadición es una reacción química importante en la química orgánica y a menudo aparece en la química sintética. Esta reacción implica la combinación de dos o más moléculas insaturadas o partes de la misma molécula para formar un producto de cicloadición funcional con una reducción en el número de enlaces a una complejidad específica. Muchas reacciones de cicloadición se desarrollan de forma concertada, es decir, la formación y ruptura de enlaces ocurren en un solo proceso, mientras que otras se desarrollan paso a paso. Esta reacción proporciona un medio para la formación de enlaces carbono-carbono que es independiente de los nucleófilos o electrófilos.
Sin embargo, la forma en que se describen estas reacciones ha cambiado con el tiempo: desde un antiguo sistema de notación hasta el moderno estándar IUPAC, este proceso refleja la búsqueda de precisión y consistencia por parte de la comunidad química.
Sistema de notación para reacciones de cicloadición
La definición de reacciones de cicloadición se puede describir según diferentes sistemas de notación. Las notaciones más antiguas se basaban en el número de átomos lineales en los reactivos, generalmente expresado entre paréntesis, como en (i + j + …), donde las variables indicaban el número de átomos lineales en cada reactivo. Los productos de la reacción se representarán en forma de anillo (i + j + …). Por ejemplo, la reacción estándar de Diels-Alder se define como una cicloadición (4 + 2).
Por el contrario, la notación estándar más nueva de la IUPAC pone más énfasis en el número de electrones involucrados en la formación de productos en lugar de sólo en el número de átomos. En este sistema, la reacción estándar de Diels-Alder se define como una [4 + 2]-cicloadición, que permite expresar diferentes tipos de reacciones de una manera más unificada.
Reacción de cicloadición térmica y su estereoquímica
Las reacciones de cicloadición térmica generalmente involucran reacciones en el estado fundamental y sus reactantes generalmente tienen (4n + 2) electrones π, y en la mayoría de los casos estas reacciones tienen un comportamiento simétrico, como suprafacial-suprafacial (estereoquímica sin/sin). Sin embargo, los pocos ejemplos reportados indican que algunas reacciones ocurren de manera antarafacial-antarafacial (anti/anti estereoquímica).
Cabe destacar que algunas cicloadiciones térmicas, como la cicloadición [2 + 2], involucran 4n electrones π. Estas reacciones proceden de manera suprafacial-antarafacial. En el caso de algunas olefinas estresadas, como los derivados del trans-ciclobuteno, también hay informes de que proceden de manera antarafacial en reacciones de [2 + 2]-cicloadición.
Reacción de cicloadición fotoquímica
La excitación fotoquímica también puede conducir a reacciones de cicloadición. En estos casos, uno de los componentes provoca un salto electrónico del HOMO (enlace pi) al LUMO (antienlace pi*), proceso que permite que la reacción se desarrolle de manera suprafacial-suprafacial. Por ejemplo, la reacción de DeMayo cae en esta categoría.
Cuando estas reacciones se llevan a cabo en estado sólido, los efectos supramoleculares también pueden influir en la cicloadición, haciendo que los resultados sean más variables en condiciones específicas.
Varios tipos de reacciones de cicloadición
Reacción de Diels-Alder
La reacción de Diels-Alder es una de las reacciones de cicloadición más importantes. Formalmente, es una reacción de cicloadición [4 + 2] que abarca una variedad de formas. Esto incluye la reacción de Diels-Alder de demanda inversa de electrones, la reacción del metal hexadeceno, etc. Además, esta reacción puede llevarse a cabo a la inversa, es decir, mediante la reacción retro-Diels-Alder.
Cicloadición de Huisgen
La reacción de cicloadición de Huisgen es una cicloadición (2+3).
Cicloadición de nitrógeno y olefina
La cicloadición de nitrinas-olefinas pertenece a la cicloadición (3+2).
Reacciones queletrópicas
Las reacciones queletrópicas son una subclase de cicloadiciones en las que ambos enlaces nuevos a uno de los reactivos en la reacción son al mismo átomo. Un ejemplo clásico es la reacción del dióxido de azufre con dienos.
Adición formal de anillos
Las cicloadiciones formales a menudo involucran catalizadores metálicos o reacciones similares que generan radicales libres paso a paso, pero estas no se consideran estrictamente reacciones de cicloadición. Algunas cicloadiciones formales [3+3] pueden llevarse a cabo con la ayuda de catalizadores.
La importancia de estas reacciones en diferentes industrias y avances tecnológicos ha llevado a los científicos a explorar y actualizar continuamente su comprensión y descripción. ¿Cree que la forma en que se etiquetan estas reacciones seguirá cambiando a medida que surjan nuevas investigaciones?
