Regla de Bredt

La regla de Bredt es una observación empírica en química orgánica que establece que no se puede colocar un doble enlace en la cabeza de puente de un sistema de anillos con puente, a menos que los anillos sean lo suficientemente grandes. La regla lleva el nombre de Julius Bredt, quien la discutió por primera vez en 1902 y la codificó en 1924. Se relaciona principalmente con cabezas de puente con dobles enlaces carbono-carbono y carbono-nitrógeno.

Por ejemplo, dos de los siguientes isómeros de norborneno violan la regla de Bredt, lo que los hace demasiado inestables para prepararlos:

En la figura, los átomos cabeza de puente involucrados en la violación de la regla de Bredt están resaltados en rojo.

La regla de Bredt es consecuencia de que tener un doble enlace en una cabeza de puente, carbonos de los que radian tres enlaces y cuyos anillos comparten un solo enlace covalente, equivaldría a tener un doble enlace trans en un anillo, que no es estable para anillos pequeños (menos de ocho átomos) debido a una combinación de tensión del anillo y tensión angular (alqueno no plano). Los orbitales p del átomo cabeza de puente y los átomos adyacentes son ortogonales y, por lo tanto, no están alineados correctamente para la formación de enlaces pi. Fawcett cuantificó la regla definiendo S como el número de átomos que no son cabeza de puente en un sistema de anillos y postuló que la estabilidad requería S ≥ 9 en sistemas bicíclicos y S ≥ 11 en sistemas tricíclicos. Ha habido un programa de investigación activo para buscar compuestos incompatibles con la regla, y para los sistemas bicíclicos ahora se establece un límite de S ≥ 7 y se han preparado varios de estos compuestos. El sistema de norborneno anterior tiene S = 5 y, por lo tanto, no son preparables.

La regla de Bredt puede ser útil para predecir qué isómero se obtiene de una reacción de eliminación en un sistema de anillos con puente. También se puede aplicar a mecanismos de reacción que pasan por carbocationes y, en menor medida, por radicales libres, porque estos intermedios, al igual que los átomos de carbono que participan en un doble enlace, prefieren tener una geometría plana con ángulos de 120 grados y sphibridación. La regla también permite la racionalización de las observaciones. Por ejemplo, el ácido biciclo[5.3.1]undecano-11-ona-1-carboxílico se descarboxila al calentarlo a 132 °C, pero el compuesto similar ácido biciclo[2.2.1]heptano-7-ona-1-carboxílico permanece estable. más allá de 500 °C, a pesar de que ambos son β-cetoácidos con el grupo carbonilo en un puente de un carbono y el grupo carboxilato en la cabeza del puente. El mecanismo de descarboxilación implica un enolato intermedio, que es una especie S = 9 en el primer caso y una especie S = 5 en el último, lo que evita la descarboxilación en el sistema de anillos más pequeños.

Una molécula anti-bredt es aquella que se encuentra que existe y es estable (dentro de ciertos parámetros) a pesar de esta regla. Un ejemplo reciente (2006) de tal molécula es el tetrafluoroborato de 2-quinuclidonio. Los enlaces dobles de cabeza de puente se pueden encontrar en algunos productos naturales, discutidos en una revisión de Mak, Pouwer y Williams, y una revisión anterior de Shea analizó los alquenos de cabeza de puente de manera más general.