Reacciones diotrópicas: mecanismos y aplicaciones … · mecanismos de reacción por los que...

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  • Introduccin

    El qumico alemn Manfred T. Reetz propuso en 1972 la ca-

    lificacin de reacciones diotrpicas (del griego dio que sig-

    nifica dos) a aquellas reacciones pericclicas de isomerizacin

    que implican la migracin intramolecular, simultnea y no

    catalizada de dos enlaces-.[13] As, aquellas reaccionesdonde los dos tomos o grupos de tomos que migran inter-

    cambian sus posiciones relativas constituyen las llamadas

    reacciones diotrpicas de tipo I (Esquema 1A), mientras que

    aquellas en las que dichos grupos migran a distintas posi-

    ciones moleculares sin intercambio posicional se denominan

    reacciones diotrpicas de tipo II (Esquemas 1B, C).

    A pesar de que en el momento de su definicin este grupo

    de reacciones se consideraron como reacciones exticas

    debido a su limitada aplicabilidad en sntesis orgnica y

    organometlica, cuatro dcadas despus el reordenamiento

    diotrpico ha demostrado ser una herramienta muy til para la

    preparacin de molculas de elevada complejidad. De hecho,

    en determinados casos este proceso es la nica va de acceso

    posible a determinadas molculas objetivo.

    Pero no slo las aplicaciones sintticas de este tipo de trans-

    formaciones merecen nuestra atencin. Desde los aos seten-

    ta, se han descrito numerosos reordenamientos diotrpicos

    que involucran a metales de transicin, que ocurren en el esta-

    do excitado tras irradiacin de los reactivos, por pasos o que

    incluso pueden estar catalizados, ampliando por tanto la

    definicin original de Reetz. Por lo tanto, el estudio de los

    mecanismos de reaccin por los que ocurren todos estos pro-

    cesos es de igual importancia que sus aplicaciones sintticas.

    En este artculo, pretendemos dar al lector una visin global

    de la tremenda evolucin que han experimentando las reac-

    ciones diotrpicas desde su aparicin hasta nuestros das,

    haciendo un especial hincapi en los mecanismos de reaccin

    ms importantes mediante los que transcurren dichos proce-

    sos. Finalmente, ejemplificaremos la versatilidad y utilidad de

    los reordenamientos diotrpicos con varias aplicaciones

    dirigidas a la sntesis total de productos naturales.

    Reacciones Diotrpicas de Tipo I

    Como hemos dicho anteriormente, las reacciones diotrpicas

    de tipo I suponen la migracin 1,2 de grupos que intercambian

    sus posiciones moleculares relativas a travs de un enlace esta-

    cionario. La primera transformacin de este tipo fue descu-

    bierta por Grob y Winstein en la mutarrotacin de dibromuros

    vecinales en sistemas esteroideos.[4] As, la calefaccin del

    compuesto 1 conduce a su ismero 3, donde los tomos de

    bromo han intercambiado sus posiciones y, lo que es ms

    importante, la migracin ha ocurrido con inversin de confi-

    guracin en los tomos de carbono que constituyen el enlace

    esttico (Esquema 2). Un proceso muy similar fue descrito por

    los grupos de Berti[5] y Grenier-Loustalot[6] usando dibromo-

    ciclohexanos y dibromociclohexanonas, respectivamente.

    Para que ocurra esta doble migracin con inversin de con-

    figuracin es necesario que los grupos mviles se encuentren

    en posicin relativa anti en el reactivo de partida. Este requi-

    sito estructural fuerza a ambos grupos a migrar suprafacial-

    mente a lados opuestos del enlace esttico conduciendo nece-

    sariamente a la inversin de configuracin observada.[2]

    Al igual que ocurre en otras reacciones pericclicas como

    cicloadiciones o reordenamientos sigmatrpicos, podramos

    89An. Qum. 2010, 106(2), 8995 www.rseq.org 2010 Real Sociedad Espaola de Qumica

    Investigacin Qumica

    Reacciones diotrpicas: mecanismos y aplicaciones en sntesis

    Israel Fernndez

    Resumen: El presente artculo versa sobre un tipo especial de reacciones pericclicas conocidas como reacciones o reordenamientos

    diotrpicos. Mostraremos los diferentes tipos de reacciones diotrpicas prestando especial inters a sus mecanismos de reaccin ms

    comunes. Adems, para demostrar la gran utilidad que este tipo de transformaciones posee en sntesis orgnica y organometlica, pre-

    sentaremos algunos ejemplos representativos orientados a la sntesis total de productos naturales.

    Palabras clave: Reacciones pericclicas, reordenamiento diotrpico, sntesis total, mecanismos de reaccin, clculos DFT.

    Abstract: This article is focused on a special class of pericyclic reactions defined as dyotropic reactions or dyotropic rearrangements.

    The different types of these chemical transformations and their main reaction mechanisms shall be discussed. Furthermore, the great

    usefulness of dyotropic rearrangements in organic and organometallic synthesis will be proved by showing some representative appli-

    cations of these processes in the total synthesis of natural products.

    Keywords: Pericyclic reactions, dyotropic rearrangement, total synthesis, reaction mechanisms, DFT calculations.

    Dpto. Qumica Orgnica I, Facultad de Ciencias Qumicas,

    Universidad Complutense de Madrid,

    28040-Madrid

    C-e: [email protected]

    Recibido: 01/02/2010. Aceptado: 04/03/2010.

    I. Fernndez

    Esquema 1. Representacin esquemtica de reacciones diotrpicas

    de tipo I (Esquema 1A) y de tipo II (Esquemas 1B y C).

    ReaccionesDiatropicas.qxd 09/06/2010 17:31 Pgina 89

  • imaginar tres caminos de reaccin compatibles con el resulta-

    do experimental observado (Esquema 3). En primer lugar,

    podemos considerar que el proceso es concertado y por tanto

    ocurre a travs del estado de transicin cclico 5 (camino de

    reaccin (a)). Por otro lado, la transformacin tambin podra

    ocurrir por etapas a travs de intermedios inicos o radicala-

    rios. As, podemos proponer una ruptura homoltica del

    enlace B-Y en 4 para dar lugar al radical 7 que despus reor-

    denar al ismero 9 a travs del estado de transicin 8

    (camino de reaccin (b)). De manera alternativa, si X posee

    pares de electrones no enlazantes disponibles para realizar un

    ataque ncleofilo e Y es un buen grupo saliente, podra ocu-

    rrir la formacin del par inico 11 cuya apertura conducira al

    producto reordenado 6 siguiendo el camino de reaccin (c).

    En el caso particular de la doble migracin de dibromuros

    vecinales anteriormente comentada (Esquema 2), clculos

    DFT apoyan el mecanismo concertado como camino de reac-

    cin ms viable para esta transformacin (Esquema 4).[7,8a]

    Adems, si atendemos a los valores calculados de sincronici-

    dad (Sy),[8b] que se encuentran comprendidos entre 0.7 < S

    y