Cicloaddizioni di o-tiochinoni con 1,3 dieni: studio meccanicistico computazionale

Recentemente è stato riportato come o-tiochinoni sostituiti possano reagire con 1,3 dieni aciclici e ciclici in reazioni di cicloaddizione secondo un meccanismo di tipo [2+4] o [4+2] (Schema 1).1 I risultati sperimentali mostrano che, a seconda della struttura dei reagenti e delle condizioni di reazione adottate, è possibile orientare la reazione verso il primo o il secondo meccanismo. Con l’obiettivo di comprendere i motivi alla base del comportamento osservato, abbiamo intrapreso uno studio computazionale a livello DFT. La reattività degli o-tiochinoni 1a-c nei confronti dei dieni 2a-f (Figura 1) è stata valutata tramite la localizzazione di tutti i possibili stati di transizione delle cicloaddizioni [2+4] e [4+2], considerando le possibilità di approccio endo o eso e l’eventuale formazione di regioisomeri. I risultati ottenuti mostrano che la reazione di tipo [2+4] risulta favorita dal punto di vista cinetico, mentre la reazione [4+2] è termodinamicamente favorita. Inoltre, per la cicloaddizione di tipo [2+4] l’attacco di tipo eso risulta favorito, in disaccordo con quanto generalmente si osserva nelle cicloaddizioni di Diels-Alder. D’altra parte, per il meccanismo [4+2] l’approccio endo risulta favorito. Gli stati di transizione sono caratterizzati da una frequenza vibrazionale immaginaria che corrisponde allo stretching dei nuovi legami che si stanno formando. L’analisi vibrazionale condotta sugli stati di transizione [2+4] mostra che la caratteristica frequenza immaginaria è relativa alla formazione del solo legame C-S, mentre nel caso [4+2] è relativa alla formazione di entrambe i legami C-S e C-O. Questo indica che la reazione di tipo [2+4] è fortemente asincrona o addirittura non concertata, mentre la reazione [4+2] è concertata. Questa affermazione è stata confermata tramite la localizzazione di un secondo stato di transizione, ottenuto solo nel caso [2+4], corrispondente alla formazione del legame C-C. Un successivo studio delle coordinate intrinseche di reazione (Figura 2) mostra infatti che la superficie di energia potenziale relativa all’attacco [2+4] è caratterizzata da due massimi energetici (ST1 e ST2), mentre quella relativa all’attacco [4+2] presenta un solo massimo. La preferenza per l’attacco eso e il meccanismo non concertato, dimostrato dalla presenza di due stati di transizione e confermato mediante analisi IRC, portano alla conclusione che l’addizione [2+4] non è classificabile come cicloaddizione di Diels-Alder. La cicloaddizione [4+2] presenta invece tutte le caratteristiche imputabili ad una classica reazione di Diels-Alder. [1] S. Menichetti, C. Viglianisi Tetrahedron 2003, 59, 5523-5530