Orbitales moleculares en Diels-Alder

La reacción de Diels-Alder es una reacción pericíclica (una cicloadición [4+2]) que se explica elegantemente mediante la Teoría de Orbitales Moleculares Frontera (FMO). La interacción clave ocurre entre el Orbital Molecular Ocupado más Alto (HOMO) de un reactivo y el Orbital Molecular Desocupado más Bajo (LUMO) del otro.

La interacción que controla la reacción es aquella con la menor diferencia de energía (ΔE) entre estos dos orbitales frontera.

• Diels-Alder de Demanda Normal: Es la más común. Ocurre entre un dieno rico en electrones (con un HOMO de alta energía) y un dienófilo pobre en electrones (con un LUMO de baja energía).
  • La interacción dominante es: HOMO(dieno) - LUMO(dienófilo).
• Diels-Alder de Demanda Inversa: Menos común. Ocurre entre un dieno pobre en electrones (con un LUMO bajo) y un dienófilo rico en electrones (con un HOMO alto).
  • La interacción dominante es: HOMO(dienófilo) - LUMO(dieno).

En ambos casos, el solapamiento de estos orbitales es constructivo y en fase, lo que permite la formación simultánea de los dos nuevos enlaces sigma (σ) que cierran el anillo de ciclohexeno.

2. La Regla ENDO (Estereoselectividad)

La regla ENDO predice la estereoquímica de la reacción de Diels-Alder, específicamente cuando el dienófilo posee sustituyentes con orbitales *pi* (como grupos carbonilo C=O, nitrilo C≡N, o carboxilo COOH).

Cuando el dieno es cíclico (como el ciclopentadieno), se pueden formar dos estereoisómeros:

• Producto ENDO: Se forma cuando el sustituyente del dienófilo se orienta "hacia adentro", quedando debajo del sistema *pi* del dieno en el estado de transición.
• Producto EXO: Se forma cuando el sustituyente del dienófilo se orienta "hacia afuera", alejándose del sistema *pi* del dieno.

Importancia de la Aproximación ENDO

Aunque el producto EXO es generalmente el termodinámicamente más estable (debido a menor impedimento estérico), la reacción de Diels-Alder es reversible solo a altas temperaturas. En condiciones normales (control cinético), se observa que el producto ENDO se forma preferentemente.

La razón de esta preferencia es el "solapamiento orbital secundario".

• En el estado de transición ENDO, los orbitales *pi* del sustituyente del dienófilo (ej. el C=O) se posicionan de tal manera que pueden solaparse constructivamente con los orbitales *pi* de los carbonos C2 y C3 del dieno.
• Esta interacción (HOMO-LUMO) secundaria, que no conduce a la formación de enlaces, estabiliza adicionalmente el estado de transición ENDO.
• Al tener un estado de transición de menor energía, la barrera de activación para formar el producto ENDO es más baja.
• Por lo tanto, el producto ENDO se forma más rápido y es el producto cinético de la reacción.