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MO-Methoden: MOPAC-Beispiele (Z-Matrix) Ethanol

Aufgabe 8 : Die Diels-Alder-Reaktion

Diels-Alder-Reaktionen sind geeignet, aus zwei ungesättigten Molekülen ein Produkt mit z.T. interessanten Eigenschaften zu erzeugen. Darüber hinaus kann man an beiden Reaktanten die π-Elektronen in ihren Frontorbitalen (Symmetrie, Klopman-Störungs-Betrachtung) für den Reaktionsablauf betrachten. Neben der Thermodynamik der Reaktion kann, durch einen niedrig liegenden Transition State, auch das weniger stabile Produkt in einer kinetisch kontrollierten Reaktion gebildet werden.

Abb.1
Thermodynamische und kinetische Kontrolle bei Reaktionen (hier nach Hehre and Nelson "Introducing Molecular Modeling into the Undergraduate Curriculum" (copyright Wavefunction Inc, 1997))

Als Beispiel betrachte man die Diels-Alder-Cycloaddition von 5-substituiertem Cyclopentadien und Acrylnitril. Abhängig von der gegenseitigen Orientierung der beiden Reaktanden, kann ein syn- oder anti-Produkt in einer stereoselektiven Reaktion gebildet werden.

Abb.2
Diels-Alder-Reaktion, alternative Produkte: für: X = Alkyl, anti-Isomer ist bevorzugt für: X = Alkoxy, syn-Isomer ist bevorzugt

Optimieren Sie die Edukt- und Produkt-Strukturen für X = O- CH 3 und X = CH 3 mittels MOPAC. Lokalisieren Sie mit TS (Keyword für die TS-Suche) die syn- und anti-Transition-Strukturen für beide Reaktionen.

Welches Isomere wird jeweils für X begünstigt?

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