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Estereoquímica

La reacción de Diels-Alder es regioselectiva y estereoespecífica: predominan los aductos «orto» y «para», la adición es sin respecto del dieno y del dienófilo y, con dienos cíclicos, predomina el aducto endo.

Cuando dieno y dienófilo tienen sustituyentes pueden darse regioquímicas de adición diferentes. Experimentalmente se comprueba que el aducto "meta" NUNCA predomina.

Vídeo de YouTube: estereoquímica de la reacción de Diels-Alder▶ Ver el vídeo en YouTube

Regioquímica de la reacción

Regioquímica con un dieno sustituido en el extremo: predomina el aducto «orto», porque las cargas parciales opuestas de dieno y dienófilo se enfrentan

Dieno sustituido en un extremo (carbono 1)

Las formas resonantes muestran cómo se polarizan los reactivos. De las dos formas del dieno con separación de cargas, la más favorable es la que dispone la carga positiva unida al grupo dador R del dieno que le cede densidad electrónica y deja una carga parcial negativa en el extremo opuesto (carbono 4); en el dienófilo sucede lo contrario y la forma resonante más favorable es la que dispone la carga negativa unida al grupo atractor Z, dejando una carga parcial positiva en el carbono β, el más alejado de Z.

Los dos enlaces nuevos se forman entre carbonos de carga opuesta: el carbono 4 del dieno se une al carbono β y el carbono 1, al carbono α. Así, R y Z quedan en carbonos contiguos del anillo: es el aducto «orto» (1,2), que predomina.

La orientación contraria enfrentaría cargas del mismo signo (las flechas tachadas) y por eso el aducto «meta» (1,3) es minoritario.

Regioquímica con un dieno sustituido en la posición 2: predomina el aducto «para»

Dieno sustituido en la posición 2

Ahora el grupo dador R está en el carbono 2 y la carga parcial negativa aparece en el carbono 1, el extremo contiguo a R. Este carbono se une al carbono β del dienófilo, y el carbono 4 del dieno, al carbono α, que lleva Z.

El resultado es que R y Z quedan en posiciones opuestas del anillo: predomina el aducto «para» (1,4). De nuevo, la orientación que daría el aducto «meta» enfrenta cargas del mismo signo.

Regla práctica: los dienos sustituidos en un extremo dan el aducto «orto» y los sustituidos en la posición 2, el aducto «para»; el aducto «meta» nunca predomina.

Estereoquímica de la reacción

Respecto del dienófilo, la adición es siempre sin: los grupos que eran cis en la olefina seguirán siéndolo en el anillo de ciclohexeno y los que lo eran trans también lo serán en el aducto final.

Adición sin respecto del dienófilo: los grupos A, B, C y D conservan su disposición relativa en el ciclohexeno
Animación de la adición sin respecto del dienófilo
Animación de la adición sin respecto del dienófilo

La adición es también sin respecto del dieno:

Adición sin respecto del dieno: el dieno (E,E) da los sustituyentes en cis y el (E,Z), en trans
Animación de la adición sin respecto del dieno
Animación de la adición sin respecto del dieno

Cuando el dieno es cíclico y el dienófilo no es simétrico hay dos estereoquímicas de adición denominadas exo y endo. El aducto endo predomina:

Aproximación endo, predominante: el grupo R del dienófilo queda bajo el sistema diénico y en disposición endo en el norborneno

El dienófilo se adiciona con el resto R hacia adentro (endo) del sistema diénico, dando lugar a un biciclo (norborneno) con el grupo R en disposición endo.

Aproximación exo, minoritaria: el grupo R queda hacia fuera y en disposición exo en el norborneno

El dienófilo se adiciona con el resto R hacia afuera (exo) del sistema diénico, dando lugar a un biciclo (norborneno) con el grupo R en disposición exo.

Animación de las aproximaciones endo y exo
Animación de las aproximaciones endo y exo

El truco del cubo

El truco del cubo: se dibuja un cubo, se coloca el dieno en la cara superior y el dienófilo debajo, y se forman los enlaces nuevos para ver la estereoquímica relativa del aducto

En todos los casos, si se crean productos con estereocentros y los reactivos de partida no son ópticamente puros, los productos finales son racémicos.