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Tutorial Menue3D-Visualisierung Organischer Reaktionen mit CAVOCLerneinheit 2 von 12

Diels-Alder-Reaktion und deren 3D-Visualisierung

Diels-Alder-Reaktion von Furan und Methylacrylat

Reaktionsgleichung und Mechanismus

Abb.1
Reaktionsgleichung und -mechanismus mit Stereoinformation für die Diels-Alder-Reaktion von Furan und Methylacrylat
Hinweis
Reaktionsgleichung und -mechanismus beschränken sich auf die Darstellung von jeweils einem der beiden möglichen enantiomeren endo- und exo-Produkte.

Quantenmechanische Berechnung und CAVOC - 3D-Visualisierung

Furan und Acrylsäuremethylester gehen eine Diels-Alder-Reaktion ein, bei der aufgrund der Berücksichtigung möglicher Konformerer zunächst acht Reaktionspfade denkbar sind. Diese Zahl erhält man aus der Kombination der exo/endo-Selektivitäten mit der Struktur des Ens, bei dem die C=O-Gruppe cis oder trans zur Doppelbindung stehen kann und die CH3-Gruppe cis oder trans gegenüber der C=O-Gruppe positioniert sein kann. Es genügt aber eine Berechnung von sechs Reaktionspfaden, da sich zeigt, dass aus energetischer Sicht nur Reaktionspfade auftreten, in denen die C=O-Gruppe cis zur CH3-Gruppe steht. Die Ergebnisse basieren auf dem AM1-Verfahren.

zeigt die quantenmechanisch berechneten Aktivierungsenergien und Reaktionswärmen für die Reaktionspfade, in denen C=O cis zu CH3 steht.

Tab.1
Energetik für die Reaktionspfade C=O cis zu CH3
Aktivierungsbarriere [kcal/mol]Reaktionswärme [kcal/mol]
endo, cis-Doppelbindungen28,765-12,414
exo, cis-Doppelbindungen 28,587-13,122
endo, trans-Doppelbindungen29,252-11,966
exo, trans-Doppelbindungen28,567-12,777

zeigt die quantenmechanisch berechneten Aktivierungsenergien und Reaktionswärmen für die Reaktionspfade, in denen C=O trans zu CH3 steht. Für diese energetisch ungünstige Konstellation sind nur zwei Pfade berechnet worden. So wurde auf die Reaktionspfade zu den exo- und endo-Produkten mit trans zueinander ausgerichteten Doppelbindungen verzichtet.

Tab.2
Energetik für die Reaktionspfade C=O trans zu CH3
Aktivierungsbarriere [kcal/mol]Reaktionswärme [kcal/mol]]
endo, cis-Doppelbindungen34,011-6,639
exo, cis-Doppelbindungen34,120-6,611

Aufgrund der energetischen Begünstigung können mit CAVOC die Reaktionspfade zum

  • endo-Produkt, in dem C=O cis zu CH3 steht und die Doppelbindungen cis zueinander ausgerichtet sind, und zum
  • exo-Produkt, in dem dem C=O cis zu CH3 steht und die Doppelbindungen trans zueinander ausgerichtet sind,

visualisiert werden.

Abb.2
Visualisierung der endo-Diels-Alder-Reaktion von Furan und Methylacrylat
Abb.3
Visualisierung der endo-Diels-Alder-Reaktion von Furan und Methylacrylat
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