1,3-Диполярное циклоприсоединение представляет собой химическую реакцию между 1,3-диполем и диполефилом с образованием пяти-членного цикла. Впервые 1,3-дипольные реакции циклоприсоединения были описаны в конце 19-го века, после открытия 1,3-диполей. Механистические исследования и изучение синтетического применения таких реакций было выполнено в 1960-е годы Рольфом Хьюсгеном. Хьюсген исследовал серию реакции циклоприсоединения между 1,3-диполярными диазосоединениями и различных диполефильными алкенами. Следовательно, такие реакции иногда называют циклоприсоединением Хьюсгена (этот термин часто используется для описания конкретно 1,3-диполярного циклоприсоединения между органическим азидом и алкинами - генерировании 1,2,3-триазола). В настоящее время 1,3-диполярное циклоприсоединение является важным путем к регио- и стереоселективному синтезу пятичленных гетероциклов.
Статья: 1,3-Диполярное циклоприсоединение азидов к алкенам и алкинам
Рисунок 1.
Механизм 1,3-диполярного циклоприсоединения
Изначально было предложено два вида механизмов для описания 1,3-диполярного циклоприсоединения:
Первым был согласованный перициклический механизм циклоприсоединения, предложенный Рольфом Хьюсгеном.
Вторым был пошаговый механизм, включающий образование бирадикального промежуточного соединения, предложенный Фаерстоуном И после длительных обсуждений, был выработан общепринятый механизм. Согласно нему 1,3-диполь реагирует с диполефилом согласованно, часто асинхронно. Несмотря на это, существует несколько примеров реакций протекающих и по пошаговому механизму - каталитических реакций 1,3- циклоприсоединения для илидов тиокарбонила, а также реакций нитрилоксидов.
Общий механизм 1,3-диполярного циклоприсоединения между диполем и диполефилом с получением пяти-членного гетероцикла, через промежуточное состояние с шести электронным переходом изображен на схеме ниже.
Рисунок 2.
Эффекты растворителя
1,3-Дипольные реакции циклоприсоединения испытывают очень слабое влияние растворителя, поскольку оба реагента и переходные состояния, как правило, неполярные. Например, скорость реакции между фенильным диазометаном и этилакрилатом или норборненом (смотри схему ниже) лишь незначительно изменяется при изменении растворителей.
Рисунок 3.
Отсутствие эффектов растворителей в 1,3-диполярнм циклоприсоединении ясно продемонстрировано в ходе реакции между енаминами и диметиловым диазомалонатом.
Рисунок 4.
Рисунок 5.
Полярная реакция нуклеофильного присоединения к диазосоединению $N$-циклопентенил пирролидина, протекает в 1500 раз быстрее, в полярных растворителях (ДМСО), чем в неполярном декалине. С другой стороны, близкий аналог этой реакции - 1,3-диполярное циклоприсоединение $N$-циклогексенила пирролидина к диметиловому диазомалонату, ускорено только в 41 раз в среде ДМСО относительно к декалина.
Стереоспецифичность
1,3-Дипольные реакции циклоприсоединения обычно приводят к сохранением конфигурации по отношению как к 1,3-диполю, так и к диполефилам.
Стереоспецифичность по диполефилам
В результате пятичленного циклического соединения цис-заместители в диполефильных алкенаах в конечных продуктах дают цис- конфигурацию, и транс-заместители в конечных продуктах дают транс- конфигурацию/
Рисунок 6.Стереоспецифичность по диполям
Как правило, стереохимия диполей не оказывает влияния на конечные продукты, поскольку лишь немногие диполи могут образовывать стереогенные центры, а резонансные структуры допускают поворот связей, которые влияют на стереоструктуру продуктов. Тем не менее, исследование азометиновыми илидами подтвердила, что циклоприсоединение также стереоспецифично относительно дипольного компонента. Например, диастерические илиды азометина генерируются с помощью электроциклического раскрытия кольца азиридинов, а затем быстро реагируют с сильными диполярофилами при этом может иметь место поворот связей:
Рисунок 7.
Если используются более слабые диполярофилы, в которых связи диполей имеют возможность к вращению, то это приводит к нарушению стереоспецифичности циклоприсоединения.
Эти результаты в целом подтверждают, что 1,3-диполярное циклоприсоединение стереоспецифично и дает сохранение конфигурации как 1,3-диполя, так и диполярофила.
