A reação eno (também conhecida como reação Alder-eno) é uma reação química entre um alqueno com um hidrogênio alílico (o eno) e um composto contendo uma ligação múltipla (o enófilo), de maneira a formar uma nova ligação σ com migração da ligação dupla eno e deslocamento do hidrogênio 1,5. O produto é um alqueno substituído com a ligação dupla deslocada para a posição alílica.
frame|center|Figura 1. A reação eno.
Esta transformação é uma reação pericíclica de transferência de grupo, e portanto, usualmente requer substratos altamente ativados e/ou temperaturas altas. No entanto, a reação é compatível com uma grande variedade de grupos funcionais que podem ser anexado às porções moleculares eno e enófilo. Além disso, muitos reações eno catalisadas por Ácidos de Lewis úteis tem sido desenvolvidas as quais podem proporcionar altos rendimentos e seletividades a temperaturas significativamente mais baixas, tornando a reação eno uma ferramenta de formação C–C útil para a síntese de moléculas complexas e produtos naturais.
Componente eno
Enos são moléculas contendo ligações π que contém ao menos um átomo de hidrogénio ativo na posição alilica, propargílica ou α. Os possíveis componentes eno incluem ligações olefínicas, acetilênicas, alênicas, aromáticas, ciclopropílicas hétero- carbono. e referências nele contidas. Geralmente, o hidrogênio alílico dos componentes alênicos participam de reações eno, mas no caso dos alenil silanos, o átomo de hidrogênio alênico α ao substituto de silício é aquele transferido, proporcionando um silil-alquino. Fenol pode atuar como um componente eno, por exemplo, na reação com di-hidropirano, mas são necessárias altas temperaturas (150–170 °C). No entanto, os sistemas de anel pequeno e fundido são submetidos a reações de eno a temperaturas muito mais baixas. Além disso, os componentes eno que contém ligações C=O, C=N e C=S foram relatados, mas esses casos são raros.
Enófilo
Enófilos são moléculas contendo ligações π as quais contém substituintes com remoção de elétrons que baixam significativamente o LUMO da ligação π. Possíveis enófilos contém ligações múltiplas carbono-carbono (olefinas, acetilenos, benzinas), ligações múltiplas carbono-hetero (C=O no caso de reações carbonilo-eno, C=N, C=S, C≡P), ligações múltiplas hetero-hetero (N=N, O=O, Si=Si, N=O, S=O), sistemas cumuleno (N=S=O, N=S=N, C=C=O, C=C=S, SO2) e sistemas π carregados (C=N+, C=S+, C≡O+, C≡N+).
Mecanismo
Rota concertada e estados de transição
A principal interação fronteira-orbital que ocorre em uma reação eno é entre o HOMO do eno e o LUMO do enófilo (Figura 2). O HOMO do eno resulta da combinação do orbital de ligação pi na porção molecular vinilo e o orbital da ligação C-H para o H alílico. As reações concertadas totalmente caracterizadas por carbono-eno, em geral, uma barreira de ativação alta, que foi aproximada em 33 kcal/mol no caso do propeno e eteno, conforme calculado teoricamente. No entanto, se o enófilo torna-se mais polar (variando de etano a formaldeído), seu LUMO tem uma maior amplitude em C, rendendo uma melhor C–C se sobrepõem aquele pior das ligações H–O, determinando a reação a prosseguir de forma assíncrona. Isso se traduz em uma redução da barreira de ativação até 14.7 kcal/mol (M06-2X/def2-TZVPP), se S substitui O no enófilo. Por exame computacional tanto as barreiras de ativação como as tensões de ativação de diversas reações eno diferentes envolvendo propeno como o componente eno, Fernandez e colaboradores encontraram que a barreira decresce nos enófilos na ordem: H2C=CH2 > H2C=NH > H2C=CH(COOCH3) > H2C=O > H2C=PH > H2C=S, ma medida que a reação torna-se mais e mais assíncrona e/ou a tensão de ativação decresce.
frame|thumb|center| Figura 2. Mecanismo concertado para a reação eno.
A natureza concertada do processo eno foi apoiada experimentalmente, e a reação pode ser designada como [σ2s + π2s + π2s] na notação Woodward-Hoffmann. O estado de transição inicial proposto pela reação eno térmica de propeno com formaldeído tem uma conformação de envelope, com um ângulo C–O–H de 155°, como calculado teoricamente.
Schnabel e colaboradores tem estudado uma reação carbonilo-eno intramolecular não catalisada, a qual foi usada para preparar o fragmento ciclopentano de jatrofa-5,12-dienos naturais e não naturais, membros da família de moduladores P-glicoproteína. Seus cálculos DFT, teoricamente, para a reação apresentada na Figura 3, propõe que a reação possa prosseguir através de um dos dois estados de transição concertados e do tipo envelope. O desenvolvimento de interações 1,3-transanulares no estado de transição desfavorecido fornece uma boa explicação para a seletividade deste processo.
frame|thumb|center|Figura 3. Estudo DFT de uma reação carbonilo-eno intramolecular térmica e seu uso na síntese de jatrofa-5,12-dienos
O estudo de ácidos de Lewis promovem reações carbonilo-eno, tais como processos eno catalisados por alumínio (Figura 4), levou os pesquisadores a considerar uma conformação do tipo cadeira para o estado de transição de reações eno que procedem relativamente tardios estados de transição. A vantagem de tal modelo é o fato de que para parâmetros estéricos, tais como 1,3-diaxial e 1,2-diequatorial, as repulsões são fáceis de visualizar, o que permite previsões precisas quanto à diastereosseletividade de muitas reações.
frame|thumb|center| Figura 4. Estado de transição do tipo cadeira proposto por adições carbonilo-eno catalisadas por ácidos de Lewis.
Mecanismo radical
Quando um mecanismo concertado é geometricamente desfavorável, uma reação eno térmica pode ocorrer através de uma rota birradical passo a passo. Outra possibilidade é um processo de radical livre, se iniciadores radicais estão presentes na mistura de reação. Por exemplo, a reação eno de ciclopenteno e cicloexeno com azodicarboxilato de dietilo pode ser catalisada por iniciadores livres de radicais. Como visto na Figura 5, a natureza passo a passo do processo é favorecida pela estabilidade dos radicais ciclopentenilo ou cicloexenilo, assim como a dificuldade de ciclopenteno e cicloexeno em adquirir a geometria ideal para um processo concertado.
frame|thumb|center|Figura 5. Rota radical passo a passo para a reação eno.
Regiosseleção
Assim como no caso de qualquer cicloadição, o sucesso de uma reação eno é amplamente determinado pela acessibilidade estérica do hidrogênio alílico do eno. Em geral átomos de hidrogênio de grupos metilo e metileno são subtraídos muito mais facilmente que hidrogênios de grupos metino. Em reações eno térmicas, a ordem de reatividade para o átomo H subtraído é primário> secundário> terciário, independentemente da estabilidade termodinâmica interna do produto olefina. Em reações promovidas por ácidos de Lewis, o par enófilo/ácido de Lewis empregado determina amplamente o caso relativo de subtração de subtração de hidrogênio metilo vs. metileno.
A orientação da reação eno pode ser previsto a partir da estabilização relativa das cargas parciais desenvolvidas é um estado de transição não simétrico com formação inicial da ligação σ. O principal regioisômero virá do estado de transição no qual cargas transientes são melhor estabilizadas pela orientação do eno e enófilo.
Indução assimétrica interna
Em termos da diaestereoseleçãp em relação aos centros quirais recentemente criados, uma preferência endo tem sido qualitativamente observada, mas efeitos estéricos podem facilmente modificar esta preferência (Figura 6).
frame|thumb|center| Figura 6. Preferência endo para a reação eno.
Reações eno intramoleculares
Reações eno intramoleculares beneficiam-se de entropias de ativação menos negativas que suas contrapartes intrermoleculares, por isso são geralmente mais fáceis, ocorrendo até mesmo no caso de enófilos simples, como alquenos e alquinos desativados. As altas regio- e estereosseletividades que podem ser obtidas nestas reações podem oferecem um controle considerável na síntese de intrincados sistemas de anéis.
Considerando a posição de fixação da ligação conectando o ene e o enófilo, Oppolzer tem classificado ambas as reações eno térmicas e intramoleculares catalisadas por ácidos de Lewis como tipos I, II e III, e Snider tem adicionado uma reação tipo IV (Figura 7). Nestas reações, a sobreposição orbital entre o eno e o enófilo é amplamente controlado pela abordagem da geometria de componentes.
frame|thumb|center| Figura 7. Tipos de reações eno intramoleculares.
Reações eno catalisadas por ácidos de Lewis
Vantagens e fundamentação
Reações eno térmicas tem várias desvantagens, como a necessidade de temperaturas muito altas e a possibilidade de reações laterais, como a polimerização de olefinas catalisada por prótons ou as reações de isomerização. Uma vez que os enófilos são deficiente em elétrons, foi fundamentado que sua complexação com ácidos de Lewis deve acelerar a reação de eno, como ocorre com a reação mostrada na Figura 8.
frame|thumb|center| Figura 8. Melhorias trazidas para a reação eno pela catálise por ácido de Lewis.
Haletos alquilalumínio são bem conhecidos como coletores de prótons e seu uso como ácidos de Lewis catalisadores nas reações eno expandiu consideravelmente o alcance dessas reações e permitiu seu estudo e desenvolvimento em condições significativamente mais suaves.
Dado que um ácido de Lewis pode formar complexo diretamente com um oxigênio carbonilo, vários catalisadores de trialquilalumínio foram desenvolvidos para enófilos que contêm uma ligação C=O. Em particular, foi descoberto que Me2AlCl é um catalisador muito útil para as reações eno de aldeídos e cetonas α,β-insaturados, assim como de outros aldeídos alifáticos e aromáticos. A razão por trás do sucesso desse catalisador é o fato que o complexo aduto eno- Me2AlCl pode posteriormente reagir para permitir metano e alcóxido de alumínio, os quais podem prevenir rearranjos catalisados por próton e solvólise (Figura 9).
frame|thumb|center| Figura 9. Reações carbonilo-eno catalisadas por Me2AlCl.
No caso de reações carbonilo-eno direcionadas, altos níveis de regio- e estereosselevidade tem sido observadas em adição de um ácido de Lewis, a qual pode ser explicado através estados de transição da forma cadeira. Notavelmente, algumas dessas reações (Figura 10) podem funcionar a temperaturas muito baixas e ainda oferecer rendimentos muito bons de um único regioisômero.
frame|thumb|center| Figura 10. Reação carbonilo-eno direcionada catalisada por ácido de Lewis.
Condições de reação
Enquanto a nucleofilicidade do grupo alquilo não levar a reações secundárias, quantidades catalíticas de ácido de Lewis são suficientes para muitas reações eno com enófilos reativos. Não obstante, a quantidade de ácido de Lewis pode variar amplamente, uma vez que depende em grande parte da basicidade relativa do enófilo e o aduto eno. Em termos da escolha do solvente para as reações, as taxas mais altas geralmente são obtidas usando halocarbonos como solventes; solventes polares tais como éteres não são adequados, pois eles se complexariam com o ácido de Lewis, tornando o catalisador inativo.
Reatividade dos enos
Embora os efeitos estéricos ainda sejam importantes na determinação do resultado de uma reação eno catalisada por ácido de Lewis, efeitos eletrônicos também são significativos, pois em tal reação, haverá uma carga positiva considerável desenvolvida no carbono central do eno. Como resultado, os alquenos com pelo menos um carbono vinílico dissubstituído são muito mais reativos do que aqueles mono ou 1,2 dissubstituídos.
Mecanismo