Nazwa tej grupy związków pochodzi oczywiście od drabiny. Cząsteczki tych związków są podobne do zagrodenów, z tym, że pierścienie homoallebnowe tworzące cząsteczki leżą niejako w poprzek a nie wzdłuż. Na początki ćwiczeń konstrukcyjnych przyjrzałem się nieco bliżej laskim modelom, które następnie były użyte do konstrukcji zagrodenów a teraz drabinenów.
Optymalizacje geometrii na poziomie DFT (Orca4.2.1/B3LYP/def2-SVP) przyniosły rozczarowanie. Wyniki obliczeń pokazały obecność częstości o wartościach ujemnych. Związane są one z tym, że optymalna geometria powoduje „tarcie” grup CH2 o siebie. Grupy metylenowe „usiłują” utworzyć zygzak, ale łańcuchy polienowe to uniemożliwiają. Sytuacja ta pokazana jest na poniższej animacji z zastosowaniem widoku van der Waalsa:
W wypadku drabinenów odwodornionych optymalizacja tridrabinenu-CH wypadła pomyślnie (Orca4.2.1/B3LYP/def2-SVP/hess-plus):
Natomiast optymalizacja tetradrabinenu-CH wywołała ciekawe zjawisko „tarcia” o siebie wewnętrznych łańcuchów butatrienowych z ich zewnętrznymi odpowiednikami w geometrii optymalnej. Efekt ten objawił się ujemną częstością w hessianie (Orca4.2.1/B3LYP/def2-SVP):
Zachowanie się tego ujemnego drgania sugeruje jednak, że być może zagięcie paska utworzonego z większej liczby pierścieni niż cztery, może dać cząsteczki zrelaksowane. Cząsteczka pokazana poniżej to drabinen8-1-1. Oznaczenie to mówi nam, że pasek składa się z ośmiu pierścieni po jednym w każdej kolumnie (Orca4.2.1/B3LYP/def2-SVP/hess-plus):
Okazało się, że również drabinen10-1-1 daje strukturę zrelaksowaną na poziomie DFT (Orca4.2.1/B3LYP/def2-SVP/hess-plus):
Rozbudowa drabinenu8-1-1 do jego pochodnej 8-2-1 również dała cząsteczkę zrelaksowaną (Orca4.2.1/B3LYP/def2-SVP/hess-plus):
Kolejne rozbudowy drabinenów były stosunkowo proste, ale przekształcenie je w formy rurkowe a potem następna weryfikacja struktur za pomocą MK była długotrwała ze względu na szybko rosnącą liczbę atomów węgla w zaprojektowanych modelach. Była to przyczyna, dla której struktury zostały zoptymalizowane na niższych poziomach niż DFT.
Jednym z ciekawych zagadnień była możliwość konstrukcji drabinenów chiralnych. Wtrącę u uwagę, że należy przyjąć, że konstrukcje zagrodenów chiralnych są również możliwe, ale wymagałoby to budowy pierścieni o znacznie większej liczbie, przepraszam za wyrażenie – sztachet, aby można było utworzyć cząsteczkę chiralną bez obawy o załamanie się jej geometrii na etapie optymalizacji. Nie robiłem tego sądząc, że dostępna mi moc komputerów będzie niewystarczająca ze względu na konieczność konstrukcji bardzo dużych cząsteczek. Wracając do rozpatrywanych tu drabinenów, okazuje się, że zrelaksowana geometria cząsteczki chiralnej była już możliwa dla ośmiu skondensowanych pierścieni (Orca4.2.1/B3LYP/def2-SVP/hess-plus):
Również cząsteczka chiralnego drabinenu10-1-1 okazała się zrelaksowana na poziomie HF (Orca4.32.1/HF/6-31G/hess-plus):
Nie jest jasne, czy cząsteczki o większych średnicach zachowają po optymalizacji kształt okręgu. To zagadnienie należałoby zbadać w przyszłości. Pokazane powyżej cząsteczki są raczej paskami niż rurkami. Z tego względu (to znaczy, aby przybliżyć badane drobiny do kształtu rurek) poddałem procesowi optymalizacji cząsteczkę drabinenu8-2-2.