El documento describe la reacción de cicloadición de Diels-Alder, la cual forma dos enlaces carbono-carbono en una sola etapa uniendo un dieno y un dienófilo. La reacción es pericíclica y estereoespecífica, y siempre forma un anillo de seis miembros. El dieno debe poder adoptar una conformación s-cis para que ocurra, y grupos electroatractores en el dienófilo facilitan la reacción. El análisis retrosintético puede revelar oportunidades para aplicar esta reacci

1. LA REACCIÓN DE CICLOADICIÓN
DE DIELS-ALDER
Lic. en Química
Zambrano Pantoja José Alfredo
Junio de 2020

2. CONTENIDO
1. La reacción de cicloadición de Diels-Alder
2. Características de la reacción de Diels-Alder
3. El análisis retrosintético y la reacción de Diels-Alder
4. Análisis de orbitales moleculares de la reacción de Diels-Alder
5. Resumen

3. LA REACCIÓN DE
CICLOADICIÓN DE
DIELS-ALDER

4. • Los dienos conjugados experimentan una reacción de adición con
alquenos para generarar productos sustituidos de ciclohexeno:
• Este proceso es llamado reacción de cicloadición de Diels-Alder

5. • Esta reacción es útil en la síntesis
orgánica debido a que forma dos
enlaces carbono–carbono en una
sola etapa
• Es uno de los pocos métodos generales
disponibles para la producción de
moléculas cíclicas
*Sin tener que agregar ácidos, bases u otros catalizadores
*El producto de una reacción de Diels-Alder siempre
contiene un anillo más que los reactivos

6. • La cicloadición de Diels-Alder es un proceso pericíclico: sucede en un solo
paso, sin un producto intermediario, por una redistribución cíclica de sus
electrones π de enlace
• Los dos reactivos se unen entre sí a través de un estado de transición cíclico en
el que simultáneamente se forman los dos nuevos enlaces carbono–carbono
Mecanismo de la reacción de cicloadición de Diels-Alder, una reacción pericíclica (concertada en un solo paso). Esta
adición pude imaginarse como la que ocurre por el traslape frontal (σ) de dos orbitales p del alqueno con los dos
orbitales p en los carbonos 1 y 4 del dieno. Por supuesto, esto es una orientación cíclica de los reactivos.

7. • En el estado de transición de los dos carbonos del alqueno y los carbonos
1 y 4 del dieno se rehibridizan de sp2 a sp3 para formar dos nuevos enlaces
sencillos
• Los carbonos 2 y 3 del dieno se mantienen con hibridación sp2 para formar
el enlace doble en el ciclohexeno producido
Se rompen 3 enlaces π y se forman dos enlaces sencillos + un enlace π. Grupos que retiren
densidad electrónica en el dienófilo favorecen la reacción (ver siguiente sección). Recuperado de:
https://www.masterorganicchemistry.com/2017/11/13/stereochemistry-of-the-diels-alder-reaction/

8. CARACTERÍSTICAS
DE LA REACCIÓN DE
DIELS-ALDER

9. • La reacción de Diels-Alder
ocurre más rápidamente si el
dienófilo tiene un grupo
sustituyente atractor de
electrones:
• Los alquinos pueden actuar
como dienófilos de Diels-
Alder
EL DIENÓFILO
Acrilonitrilo y propinoato de metilo son ejemplos de alquinos
dienófilos. Grupos electroatractores comunes: C=O y C≡N

10. • En todos los casos precedentes, el enlace doble o triple del dienófilo
está al lado del carbono polarizado positivamente de un sustituyente
electroatractor
Los mapas de potencial
electrostático del etileno, del
propenal y del propenonitrilo
muestran que los grupos
atractores de electrones hacen
menos negativos a los carbonos
del enlace doble

11. • La reacción de Diels-Alder es estereoespecífica (se mantiene la
estereoquímica del reactivo) y estereoselectiva (se forma un solo
estereoisómero)
En el caso del dienófilo cis-2-butenoato de metilo, sólo se forma como producto el ciclohexeno sustituido cis. Lo mismo
en el caso del trans-2-butenoato: sólo se forma el producto sustituido en trans.

12. • Otra característica estereoquímica es que el dieno y el dienófilo se
orientan de tal manera que se forma el producto endo (ver siguiente
diapositiva), en lugar del producto alternativo exo
• Las palabras endo y exo se utilizan para indicar la estereoquímica relativa cuando se refiere a estructuras
bicíclicas como los norbornanos sustituidos. Se dice que un sustituyente en un puente es exo si es anti (trans)
respecto al mayor de los otros dos puentes y se dice que es endo si es sin (cis) respecto al mayor de los otros dos
puentes.
• *Los sustituyentes que no son cabeza de puente en un sistema bicíclico[2.2.1] son exo si están orientados hacia
el puente de un carbono; endo, si están orientados en dirección opuesta a éste.

13. • La cantidad del traslape del orbital entre el dieno y el dienófilo es
mayor cuando los reactivos permanecen directamente uno encima
del otro, de tal manera que el sustituyente atractor de electrones en el
dienófilo está debajo del dieno
Esta es la razón por la cual los productos endo resultan de las reacciones de Diels-Alder. En
la figurase ilustra la reacción del 1,3-ciclopentadieno con anhídrido maleico.

14. EJEMPLO. El 1,3- ciclopentadieno reacciona con los dos dienóilos estereoisoméricos fumarato de dimetilo y maleato
de dimetilo. El fumarato de dimetilo tiene un doble enlace trans; el doble enlace del maleato de dimetilo es cis:
• La relación trans entre los sustituyentes ⎯CO2CH3 en el fumarato de metilo se retiene en el producto de
cicloadición. Un sustituyente es exo y el otro endo.
• La relación cis entre los dos sustituyentes se retiene en la reacción del maleato de dimetilo y el 1,3-ciclopentadieno;
o ambas son endo o ambas son exo en los dos aductos de Diels-Alder que se forman (relación endo-exo 3:1).

15. • Debe adoptar una
conformación s-cis, de manera
que los carbonos 1 y 4 estén lo
suficientemente cerca para
reaccionar a través de un estado
de transición cíclico
El término s-cis significa “parecida a cis” respecto al
enlace sencillo. En la conformación alternativa s-trans,
los extremos del dieno están muy separados como
para traslaparse con los orbitales p del dienófilo
EL DIENO

16. En la figura se muestran dos ejemplos de dienos que no
pueden adoptar una conformación s-cis y, por tanto, no
pueden experimentar reacciones de Diels-Alder:
• En el dieno bicíclico, los dobles enlaces están fijados
rígidamente en un arreglo s-trans por restricciones
geométricas de los anillos.
• En el (2Z,4Z)-hexadieno, la tensión estérica entre los dos
grupos metilo evita que la molécula adopte una
geometría s-cis.
El 4-metil-1,3-pentadieno es mil veces menos
reactivo en la reacción de Diels-Alder que el trans-
1,3-pentadieno porque su conformación s-cis se
desestabiliza por el efecto estérico impuesto por el
grupo metilo adicional.

17. • Algunos dienos están fijados únicamente en la geometría s-cis correcta
y por lo tanto son altamente reactivos
El 1,3-ciclopentadieno es tan
reactivo que reacciona consigo
mismo, y a temperatura
ambiente se dimeriza.
Una molécula actúa como el
dieno y una segunda molécula
actúa como el dienófilo en una
autorreacción de Diels-Alder

18. Algunos ejemplos

19. EL ANÁLISIS
RETROSINTÉTICO Y
LA REACCIÓN DE
DIELS-ALDER

20. • El análisis retrosintético puede revelar oportunidades para la
aplicación de la reacción de Diels-Alder en la construcción de enlaces
carbono-carbono:
Por ejemplo, si un objetivo sintético contiene un anillo de ciclohexeno:
✓ Comenzar con el doble enlace y usar flechas curvas para desconectar los
enlaces que se van a formar en la cicloadición que se busca
✓ Examinar el alqueno y asegurarse de que sea un dienófilo reactivo para
revelar si la cicloadición por la desconexión es factible o no

21. • La cicloadición de Diels-Alder cubre un número de tipos de reacción lo
suficientemente extenso como para permitir la construcción de
productos relativamente complicados a partir de materiales de inicio
sencillos y asequibles con facilidad:
Se puede considerar al ciclohexanol como la fuente de seis de los carbonos de este derivado
biciclo[2.2.2] octeno

22. ANÁISIS DE ORBITALES
MOLECULARES EN LA
REACCIÓN DE DIELS-ALDER

23. • Mecanismo de un paso que incluye una reorganización cíclica de seis
electrones, cuatro del dieno más dos del dienófilo, en el estado de
transición:
• Es posible usar la aproximación de Hückel para explorar el proceso
desde una perspectiva del orbital molecular

24. • Para la reacción de Diels-Alder, es el HOMO del dieno y el LUMO del dienófilo
Orbitales frontera. Los orbitales de los reactivos que participen directamente en la
formación de enlaces y usualmente son el HOMO de un reactivo y el LUMO de otro
*La elección de esta combinación HOMO-
LUMO se hace para ser congruente con el dato
experimental de que los grupos
electroatractores del dienófilo aumentan su
reactividad y sugiere que los electrones fluyen
del dieno al dienófilo
Orbitales π en 1,3-butadieno y etileno

25. • En términos de OM, la reacción de Diels-Alder se clasifica como
permitida por simetría:
• El LUMO del etileno y el HOMO
del 1,3-butadieno tienen la
simetría adecuada para permitir la
cicloadición.
• Las dos moléculas se aproximan
entre sí en planos paralelos, y los
electrones fluyen del HOMO del
1,3-butadieno al LUMO del
etileno.
• Los enlaces σ se forman cuando los
orbitales de la misma simetría (azul
con azul y rojo con rojo) se
traslapan

26. Interacción entre el orbital HOMO del 1,3-butadieno y el orbital LUMO del etileno.
Recuperado de: https://www.nyu.edu/classes/tuckerman/adv.chem/lectures/lecture_17/node8.html

27. • La cicloadición de una molécula de etileno a otra para dar ciclobutano
para similar a la reacción de Diels-Alder:
• Sin embargo:
• El HOMO y el LUMO carecen de la
simetría adecuada para permitir la
cicloadición concertada de dos
moléculas de etileno.
• La disparidad orbital impide la
formación de enlaces σ entre el carbono
de una y el carbono de la otra:
interacción antienlazante, lo cual
eleva la energía de activación

28. Así, las cicloadiciones de alquenos son raras y la probabilidad es que
se desarrollen por pasos más que por un proceso concertado
• Considerar atentamente las interacciones
HOMO-LUMO puede ayudar a la
comprensión de muchas reacciones
orgánicas
• Su desarrollo inicial se atribuye al profesor
Kenichi Fukui (Kyoto), y su aplicación a
las reacciones de Diels-Alder constituye sólo
parte de las reglas de Woodward-
Hoffmann propuestas por los profesores R.
B. Woodward (Harvard) y Roald Hoffmann
(Cornell)

29. Resumen
Cicloadición
de Diels-
Alder
La reacción siempre crea un nuevo anillo de seis miembros. Cuando es
intramolecular, también se puede formar otro anillo
El componente de dieno debe poder asumir una conformación s-cis
Los grupos que retiran electrones en el dienófilo facilitan la reacción
Los grupos donadores de electrones en el dieno facilitan la reacción
El impedimento estérico en los sitios de unión puede inhibir o prevenir
la reacción
La reacción es estereoespecífica con respecto a la configuración del
sustituyente tanto en el dienófilo como en el dieno
Recuperado de:
https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Organic_Chemistry/Map%3A_Organic_Chemistry_(Wade)/16%3A_Conjugat
ed_Systems%2C_Orbital_Symmetry%2C_and_Ultraviolet_Spectroscopy/16.07%3A_Diels-Alder_Stereochemistry

30. Recuperado de:
https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Organic_Chemi
stry/Map%3A_Organic_Chemistry_(Wade)/16%3A_Co
njugated_Systems%2C_Orbital_Symmetry%2C_and_U
ltraviolet_Spectroscopy/16.07%3A_Diels-
Alder_Stereochemistry
No hay reacción en el ejemplo D porque este dieno no puede adoptar
una orientación s-cis.
En los ejemplos B, C, F, G y H, al menos uno de los reactivos es
cíclico, de modo que el producto tiene más de un anillo, pero el anillo
recién formado siempre tiene seis miembros.
En el ejemplo B, el mismo compuesto cíclico actúa tanto como el
dieno (azul) como el dienófilo (rojo). El aducto tiene tres anillos, dos
de los cuales son los anillos de cinco miembros presentes en el
reactivo, y el tercero es el nuevo anillo de seis miembros (amarillo).
El ejemplo C tiene un alquino como dienófilo (rojo), por lo que el
aducto retiene un doble enlace en esa ubicación. Este doble enlace aún
podría servir como un dienófilo, pero en el presente caso el dieno está
suficientemente impedido para retardar una segunda cicloadición.
La quinona dienófila en la reacción F tiene dos enlaces dobles
dienofílicos. Sin embargo, el doble enlace con dos sustituyentes metilo
es menos reactivo que el dienófilo no sustituido debido en parte a las
propiedades donadoras de electrones de los grupos metilo y en parte al
impedimento estérico.
La estereoespecificidad de la reacción Diels-Alder se demuestra en los
ejemplos A, E y H.
En A y H los centros estereogénicos se encuentran en el dienófilo,
mientras que en E estos centros están en el dieno. En todos los casos,
la configuración del reactivo se conserva en el aducto.

31. Resumen
Recuperado de:
https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Organic_Chemistry/Map%3A_Organic_Chemistry_(Wade)/16%3A_Conjugated_Systems%2C_
Orbital_Symmetry%2C_and_Ultraviolet_Spectroscopy/16.07%3A_Diels-Alder_Stereochemistry
No hay reacción en el ejemplo D porque este dieno no puede
adoptar una orientación s-cis. En los ejemplos B, C, F, G y H, al
menos uno de los reactivos es cíclico, de modo que el producto tiene
más de un anillo, pero el anillo recién formado siempre tiene seis
miembros. En el ejemplo B, el mismo compuesto cíclico actúa tanto
como el dieno coloreado en azul) como el dienófilo (coloreado en
rojo). El aducto tiene tres anillos, dos de los cuales son los anillos de
cinco miembros presentes en el reactivo, y el tercero es el nuevo
anillo de seis miembros (amarillo claro sombreado). El ejemplo C
tiene un alquino como dienófilo (de color rojo), por lo que el aducto
retiene un doble enlace en esa ubicación. Este doble enlace aún
podría servir como un dienophile, pero en el presente caso el dieno
está suficientemente impedido para retardar una segunda
cicloadición. La quinona dienófila en la reacción F tiene dos enlaces
dobles dienofílicos. Sin embargo, el doble enlace con dos
sustituyentes metilo es menos reactivo que el dienófilo no sustituido
debido en parte a las propiedades donadoras de electrones de los
grupos metilo y en parte al impedimento estérico. La
estereoespecificidad de la reacción Diels-Alder se demuestra en los
ejemplos A, E y H. En A y H los centros estereogénicos se
encuentran en el dienophile, mientras que en E estos centros están
en el dieno. En todos los casos, la configuración del reactivo se
conserva en el aducto.

32. REFERENCIAS
• McMurry, John E. (2008). Química Orgánica. Cengage Learning. Pp.
492-497
• Carey, Francis A. y Giuliano, Robert M. (2014). Química Orgánica.
México: McGraw-Hill. Pp. 391-397