Квантовохимическое исследование механизмов каскадных превращений циклоалифатических кетонов с ацетиленами в суперосновных средах

На примере взаимодействия циклогексанона с ацетиленом были оценены активационные барьеры и тепловые эффекты всех стадий каскадной сборки каждого диастереомера соответствующего тетрациклического производного фронталина. Показано, что наряду с термодинамически наиболее выгодным диастереомером, минорные примеси могут создавать следующие за ним, близкие по энергии одна или две диастереомерные формы, что согласуется с экспериментом. Получено, что лимитирующей стадией является инициирующая сборку реакция С-винилирования исходного кетона, тогда как диастереомерный состав продуктов определяется на промежуточной стадии этинилирования ключевых интермедиатов – 1,5-дикетонов. Различия в величине активационных барьеров (G‡ ≈ 2.0 ккал/моль) этой реакции действительно допускают наличие наряду с основным диастереомером малых примесей других. Наряду с реакцией каскадной сборки тетрациклических производных фронталина было изучено нуклеофильное присоединение этинид-ионов по карбонильной группе циклогексанона (реакция этинилирования Фаворского). Квантовохимические расчеты показывают, что термодинамически и кинетически более предпочтительно осуществление реакции С-винилирования. Наблюдаемое в некоторых случаях образование виниловых эфиров пропаргиловых спиртов связано с использованием высокого давления ацетилена в каскадной сборке тетрациклических производных фронталина. При изучении каскадных сборок диспирокеталей и гексагидроазуленонов в рамках анионной модели показана предпочтительность аксиальной атаки фенилэтинид-ионом циклогексанона, 2-метилциклогексанона и 2-метил-2-стирилциклогексанона. Предсказано близкое к экспериментальному (9:1) соотношение β,γ- в α,β-ненасыщенных кетонов (7:3) в равновесной смеси в реакции С-винилирования аниона циклогексанона. Показано, что лимитирующим этапом каскадной сборки диспирокеталей является образование аниона полукеталя с последующим внутримолекулярным O-винилированием в диспирокеталь. Суммарный активационный барьер этого превращения (G‡ = 26,6 ккал/моль) согласуется с экспериментальными условиями осуществления сборки диспирокеталей (80ºС). Меньший на 2,5 ккал/моль активационный барьер конкурирующей реакции С-винилирования с образованием (Z)- и (E)-2-стирилциклогексанонов объясняет экспериментально наблюдаемые малые выходы диспирокеталей (22%) по сравнению с выходами ненасыщенных кетонов (57%). В каскадной сборке гексагидроазуленона из 2-метилциклогексанона и фенилацетилена меньшим активационным барьером (G‡ = 5,1 ккал/моль) характеризуется конкурирующая реакция этинилирования, которая преобладает при небольших температурах. Однако с повышением температуры осуществляется обратная реакция этинилирования и далее реакция С-винилирования 2-метилциклогексанона, запускающая сборку гексагидроазуленона. Высокий активационный барьер (G‡ = 27,3 ккал/моль) этого превращения лимитирует процесс каскадной сборки гексагидроазуленонов и обуславливает необходимую высокую температуру синтеза (100ºС).