Limonen to węglowodór (należący do rodziny związków naturalnych zwanej terpenami), którego zapach lubi chyba każdy. Związek ten występuje między innymi w skórce pomarańczy i to między innymi on właśnie nadaje pomarańczom tak miły zapach. Struktura R-enancjomeru limonenu prezentuje się następująco:

Limonen można względnie łatwo wyizolować ze skórki pomarańczowej przy zastosowaniu techniki destylacji z parą wodną. Łatwo sobie wyobrazić jak miłe wrażenia zapachowe towarzyszą tej pracy. Z tych właśnie względów preparat ten cieszy się dużą sympatią studentów na pracowniach chemii organicznej.

Rzecz jasna izolacja limonenu ze źródeł naturalnych jest dobrym pomysłem na jego uzyskanie (nie licząc oczywiście dokonania zakupu ), ale nie po to się tutaj spotkaliśmy, prawda? Powiedzmy to sobie szczerze (czyli – nie oszukujmy się ) – chcemy wiedzieć jak otrzymać limonen drogą syntezy. Zabierzmy się więc do pracy.

Analizując strukturę cząsteczki limonenu nie możemy nie zauważyć pewnej bardzo charakterystycznej rzeczy – a mianowicie – pierścienia cykloheksenowego. Jest to fakt dla nas kluczowy, ponieważ taki pierścień może być łatwo zsyntetyzowany w reakcji Dielsa-Aldera:

Będziemy więc prowadzili tak naszą analizę retrosyntetyczną, aby kluczową reakcją w syntezie limonenu była reakcja cykloaddycji Dielsa-Aldera. Czym jest ten tajemniczy X na powyższym schemacie? Aby reakcja zawiązania sześcioczłonowego pierścienia szła dobrze, to dienofil (właśnie to z X-em) powinien zawierać jakąś elektronoakceptorową grupę – np. estrową, aldehydową, ketonową, nitrylową itp. W naszej cząsteczce docelowej nie ma oczywiście takiej grupy, co oznacza, że w toku retrosyntezy będzie musiała  się ona pojawić (no, w każdym razie dobrze by było). Tak naprawdę możemy ją wprowadzić (w znaczeniu retrosyntetycznym) od razu wykorzystując w tym celu doskonale znaną reakcję olefinacji Wittiga:

Oznacza to, że poprzednikiem limonenu w syntezie będzie odpowiedni keton. A ponieważ grupa karbonylowa jest grupą elektronoakceptorową, więc już w następnym etapie retrosyntezy możemy dokonać dyskonekcji samego pierścienia:

Prowadzi ona do zielonego dienu oraz czerwonego dienofila. Musimy teraz zastanowić się w jaki sposób otrzymać te reagenty. Okazuje się, że zielony możemy otrzymać z czerwonego we wspomnianej już reakcji Wittiga, z kolei czerwony może być łatwo otrzymany z acetonu w reakcji Mannicha:

Zobaczmy zatem jak mogła by wyglądać tak zaplanowana synteza (totalna) limonenu:

Aceton 2 ulega reakcji Mannicha dając trzeciorzędową aminę 3, która następnie może ulec eliminacji do α,β-nienasyconego ketonu 4 (jeden substrat do cykloaddycji). Keton 4 może zostać przekształcony w dien 5 (drugi substrat do cykloaddycji) w warunkach reakcji Wittiga.

Reakcja Dielsa-Aldera pomiędzy 4 a 5 prowadzi do cyklicznego adduktu 6, który następnie w drugiej już reakcji Wittiga daje pożądany produkt – limonen. Jest to niestety synteza racematu.

Jeszcze jedna sprawa. Na etapie reakcji Dielsa-Aldera milcząco założyliśmy, że powstanie produkt, w którym podstawniki w pierścieniu będą we wzajemnym para ułożeniu. Czy możemy spodziewać się takiego produktu cykloaddycji ?:

Odpowiedź brzmi: nie. Reagioselektywność reakcji cykloaddycji [4+2] jest taka, że mogą powstawać dwa zestawy produktów (dla pierścieni dwupodstawionych) – produkty, w których podstawniki są we wzajemnym ułożeniu para oraz produkty, w których podstawniki są we wzajemknym ułożeniu orto. Meta izomery w ten sposób się nie tworzą. W konkretnym przypadku naszej syntezy limonenu – na szczęście

Zobacz podobne posty: