1930年代以降のディールス・アルダー反応機構の進化ウッドワードとホフマン、そして計算化学が環化付加反応の理解に与えた影響

Evolution of the Diels-Alder Reaction Mechanism Since the 1930s: Woodward, Houk with Woodward, and the Influence of Computational Chemistry on Understanding Cycloadditions.

• Kendall N Houk
• Fang Liu
• Zhongyue Yang
• Jeffrey I Seeman

抄録

第1回Cope賞は1973年にR. B. WoodwardとRoald Hoffmannに授与された（唯一の共有Cope賞）。Woodwardは受賞講演の中で、10代前半の頃にDiels-Alder反応に魅了されていたことを述べています。1930年代後半のB.S.とPh.D.の論文から始まり、そのキャリアを通して、WoodwardはDiels-Alder反応のメカニズムを研究し、彼の全合成に広く使用しました。この論文では、1930年代後半から1940年代前半にかけてのディールス-アルダー反応の電荷移動機構の提案から始まり、1959年にはWoodward-Katzの2段階の協奏機構へと発展し、軌道対称性制御の観点からその機構論的解決へと発展してきたWoodwardの機構論的思考について説明する。Woodwardの初期のメカニズムの妥当性については、化学文献の中で、特にMichael Dewarとの間で多くの議論があった。しかし、本論文で議論されるように、Woodwardの力学的仮説の多くは有効であることが判明した。量子力学と分子動力学シミュレーションを用いた最新の計算により、Woodwardはシクロペンタジエンの二量体化機構だけでなく、現在ではアンビモーダル遷移状態やビスペリシクリル遷移状態として知られる新しい遷移状態を完全に記述していたことが明らかになった。このメカニズムは、2002年にイタリア・パヴィアの故Pierluigi Caramella氏によって初めて発見された。近年、Houkグループは、WoodwardとHoffmannが1965年に予測した[6+4]環化付加反応において、アンビモーダル反応が働くことを発見し、Houkが大学院生の時に実験的に研究しました。ディールス-アルダー環化反応とアンビモーダル環化反応の分子動力学シミュレーションにより、溶媒中や酵素中での多くのディールス-アルダー環化反応とアンビモーダル環化反応について、Woodwardのお気に入りの反応がどのようにして起こるのかを時間分解して知ることができます。 最後に、Roald Hoffmannは、ウッドワードの若い頃から今日の軌道シミュレーションまでの環化付加反応の物語を「旅に連れて行ってもらった」ことに喜びを感じていると述べています。

The first Cope Award was presented in 1973 to R. B. Woodward and Roald Hoffmann (the only shared Cope Award). In his award lecture, Woodward described his fascination in his early teens with the Diels-Alder reaction. Beginning in the late 1930s with his B.S. and Ph.D. theses and extending throughout his career, Woodward studied the mechanism of the Diels-Alder reaction and used it extensively in his total syntheses. This article describes the evolution of Woodward's mechanistic thinking, beginning in the late 1930s and early 1940s with his proposal of a charge-transfer mechanism for the Diels-Alder reaction, eventually leading to the Woodward-Katz two-stage concerted mechanism in 1959, and then to its mechanistic solution in terms of orbital symmetry control. There was much debate in the chemical literature about the validity of Woodward's early mechanisms, especially with Michael Dewar. However, as discussed in this paper, many of Woodward's mechanistic hypotheses have turned out to be valid. Modern calculations with quantum mechanics and molecular dynamics simulations have shown that Woodward indeed had perfectly described not only the cyclopentadiene dimerization mechanism, but a new class of transition states now known as ambimodal or bis-pericyclic transition states. This mechanistic type was first discovered in 2002 by the late Pierluigi Caramella from Pavia, Italy. In recent years, the Houk group has found that ambimodal reactions are operative in the [6+4] cycloaddition that Woodward and Hoffmann predicted in 1965, and that Houk studied experimentally as a graduate student. Molecular dynamics simulations of many Diels-Alder and ambimodal cycloadditions, in solvents and in enzymes, provide a time-resolved picture of how Woodward's favorite reactions occur.   Lastly, Roald Hoffmann provides a Coda in which he describes his joy in "being taken along the journey" of the cycloaddition story from Woodward's youth to today's trajectory simulations.

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