- Khi chiếu sáng:
b. Đóng vòng 4 nhờ sử dụng xeten:
6.4. Phản ứng vịng hóa electron
6.4.1. Giới thiệu
Là q trình đóng (hay mở vịng) pericyclic của các polien: một số liên kết π bị phá vỡ, một số liên kết π được hình thành, thay đổi vị trí để tạo liên kết σ mới, sản phẩm vịng khơng no mới
Phản ứng đóng mở vịng electron có thể diễn ra trong hai điều kiện là đun nóng hoặc chiếu sáng.
Phản ứng có tính đặc thù lập thể cao, tương ứng với hai điều kiện trên sẽ cho ra các sản phẩm cấu hình khác nhau.
Các điều kiện cho phản ứng đồng bộ như sau:
Điều kiện kích thích Hướng quay hệ electron theo số eclectron π
4n 4n + 2
Nhiệt, đun nóng Cùng chiều Ngược chiều
Ánh sáng Ngược chiều Cùng chiều
Quy tắc Woodward – Hoffmann thực tế là quy tắc chung, cho thấy phản ứng
quang hóa ngược với phản ứng nhiệt: phản ứng quang hóa được phép thì phản ứng nhiệt bị cấm và ngược lại.
6.4.2. Cơ chế phản ứng
Trong phản ứng pericyclic, người ta chỉ để ý đến obitan chứa electron có năng lượng cao nhất (HOMO) và obitan không chứa electron có năng lượng thấp nhất (LUMO).
Nếu thực hiện bằng gia nhiệt, quan tâm đến HOMO.
Nếu thực hiện chiếu sáng, electron từ HOMO hấp thụ photon ánh sáng sẽ nhảy lên LUMO, khi đó LUMO có electron sẽ chuyển thành obitan có chứa electron có năng lượng cao nhất, tức là biến thành HOMO*.
Chúng ta cùng xét (2E,4Z,6E)-2,4,6-Octatrien thực hiện phản ứng pericyclic bằng cách gia nhiệt tạo thành cis-5,6-đimetyl-1,3-xiclohexađien.
Từ sơ đồ trên chúng ta thấy, để xen phủ được thì hai obitan ở C2 và C7 phải có cùng sự đối xứng (cùng màu), để đảm bảo điều này chúng phải xoay theo hai hướng ngược nhau, khi đó sự xen phủ xảy ra và hình thành liên kết giữa C2 và C7, việc xoay này làm cho nhóm CH3 ở C2 và C7 cùng 1 hướng, được đồng phân cis-5,6-đimetyl-1,3- xiclohexađien.
Còn khi chiếu sáng (2E,4Z,6E)-2,4,6-Octatrien, tại sao lại thu được sản phẩm trans-5,6- đimetyl-1,3-xiclohexađien?
Khi có chiếu sáng, phân tử hấp thụ photon ánh sáng, electron nhảy từ HOMO lên LUMO, lúc này LUMO có electron và là obitan có electron và có năng lượng cao nhất,
trạng thái này gọi là HOMO*, như vậy bằng cách hấp thụ photon, LUMO đã biến thành HOMO*, hay nói cách khác HOMO* chính là LUMO.
Ở HOMO* của (2E,4Z,6E)-2,4,6-Octatrien, để có sự xen phủ của 2 obitan ở C2 và C7, hai obitan này phải được xoay cùng chiều để phù hợp tính đối xứng, khi liên kết được hình thành thì 2 nhóm Me sẽ ở vị trí đối nhau.
Tương tự, đun nóng 2E,3E-hexa-2,4-đien, ở trạng thái HOMO của phân tử này, hai obitan ở C2 và C5 khơng cùng tính đối xứng, để có sự xen phủ thì hai obitan này phải cùng tính đối xứng, có nghĩa rằng chúng phải được quay cùng chiều, khi đó 2 nhóm metyl sẽ ngược hướng nhau
Lưu ý rằng phản ứng pericyclic nói chung có tính thuận nghịch, trong điều kiên đun nóng hoặc có chiếu sáng, sản phẩm đóng vịng có thể mở vịng thành polien liên hợp.
6.4.3. Một số ứng dụng cụ thể của phản ứng trong tổng hợp dược phẩm
Ví dụ 1: Quá trình tổng hợp vitamin D3
Bước đầu tiên liên quan phản ứng mở vịng quang hóa của 7-dehydrocholesterol để tạo thành hợp chất tiền vitamin D3. Sự chuyển dịch [1,7] -hydride sau đó tạo thành vitamin D3.
Biosynthetic and Biomimetic Electrocyclizations. Chem. Rev., Volume 105, Issue 12, 2005, Pages 4757-4778 Christopher M. Beaudry, Jeremiah P. Malerich, and Dirk Trauner doi:10.1021/cr0406110
Ví dụ 2:
Mehta, G.; Rao, K. S. J. Am. Chem. Soc. 1990, 108, 8015.
Ví dụ 3: Tổng hợp aranotin, một oxepine tự nhiên, và các hợp chất liên quan của