Diels-Alder-Reaktion

Unter diesem Begriff versteht man die Cycloaddition eines konjugierten Diens mit einem sogenannten Dienophil. Das einfachste Beispiel für eine solche Reaktion ist die Umsetzung von 1,3-Butadien mit Ethen zu Cyclohexen, die wie folgt abläuft:

Die denkbar einfachste Diels-Alder-Reaktion
Autor: Ulrich Helmich 01/2024, Lizenz: siehe Seitenende

In der Fachliteratur (und der Wikipedia) findet man dazu folgende Orbital-Darstellung:

Orbitaldarstellung der einfachsten Diels-Alder-Reaktion
Roland Mattern, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Links oben sehen wir eines der vier pi-Molekülorbitale des 1,3-Butadiens; es handelt sich um ein bindendes Molekülorbital. Unten links ist das bindende Molekülorbital des Ethens dargestellt. Die Orbitallappen sind in unterschiedlichen Farben dargestellt. Die "grauen" Lappen des Ethen-MOs können nun gut mit den "grauen" Lappen der beiden äußeren C-Atome des Butadien-MOs überlappen. Dabei findet eine Umhybridisierung der vier C-Atome statt, aus den vier p_z-Orbitalen entstehen vier sp³-Hybridorbitale. Die zwei sp³-Hybridorbitale des Butadiens überlappen nun mit den beiden sp³-Hybridorbitalen des Ethens und bilden so zwei neue sigma-Bindungen. Es ist ein Ring aus sechs C-Atomen entstanden.

Im Clayden finden wir ein interessanteres Beispiel für eine Diels-Alder-Reaktion:

Eine etwas komplexere Diels-Alder-Reaktion
Autor: Ulrich Helmich 01/2024 nach einer Abb. aus Clayden, Lizenz: siehe Seitenende

Hier sehen wir die Reaktion zwischen 1,3-Butadien und Maleinsäure-Anhydrid. Es bildet sich ein interessanter Übergangszustand aus, der aromatischen Charakter hat und daher besonders stabil ist. Daher verläuft diese Reaktion auch besonders gut.