Modele pokazane poniżej są rozwinięciem idei condallenów i cytisenów4 na struktury regularne przestrzennie. Innymi słowy do każdego ramienia condallenu dobudowane są pierścienie trójczłonowe. W wypadku cytisenów4 są to oczywiście pierścienie czteroczłonowe. Podstawowy model tak pomyślanej cząsteczki, wywodzącej się z condallenu, jest przedstawiony poniżej (Orca4.2.1/ B3LYP/ Def2-SVP/ hess-plus):

Skrzydłowe pierścienie trójwęglowe leżą w płaszczyznach prostopadłych do pierścienia centralnego. Ta sytuacja geometryczna umożliwiła konstrukcję szeregu bardziej rozbudowanych modeli.

Pierwszym z tych modeli jest cząsteczka wielocykliczna, składająca się z sześciu pierścieni trójczłonowych. Pierścienie te posiadają grupy metylenowe, które w kolejnym etapie konstrukcyjnym zostały wykorzystane do dalszej rozbudowy (na niżej zamieszczonej ręczne animacji program 3Dmol zaniedbał wszystkie allenowe wiązania podwójne, parametry obliczeń jak wyżej):

Drugi model stał się podstawą do rozpoznania kierunku konstrukcji szeregu cząsteczek bardziej rozbudowanych. Konformacja pierścienia centralnego przypomina krzesło charakterystyczne dla cykloheksanu {Orca4.2.1/ HF/ 6-31G(d)/ hess-plus}

Trzeci model wskazał mi inne kierunki możliwej rozbudowy (Orca4.2.1/ B3LYP/ def2-SVP/ hess-plus):

Bardzo szybko okazało się, że pokazane wyżej konstrukcje dają możliwość rozbudowy do ciekawych przestrzennie cząsteczek. Przykładem może być pokazany poniżej model C1₅₆H₄₈. W tej cząsteczce centralne fragmenty są połączone łańcuchami butatrienowymi (Orca4.2.1/ PM3/ hess-plus):

Cząsteczka poniżej również posiada mostki butatrienowe (parametry optymalizacji jak wyżej):

Chciałbym tu zwrócić uwagę na pewien aspekt techniczny obliczeń. Zazwyczaj do optymalizacji używam nadmiarowych współrzędnych wewnętrznych (komenda OPT). W powyższych dwóch przykładach opcja OPT programu Orca nie prowadziła do zakończenia procesu optymalizacji w sensownej liczbie cykli. Przerwałem więc procedurę. Obecność wielu dość elastycznych „dendrymerów” powodowała, że procedura L-BFGS nie potrafiła zminimalizować gradientów tych w tych cząsteczkach poniżej założonej dokładności. Rozwiązaniem okazało się użycie w optymalizacji współrzędnych kartezjańskich (COPT). Geometrie wstępnie zoptymalizowane za pomocą procedury OPT używałem jako początkowe geometrie dla procedury COPT. Procedura ta bardzo szybko radziła sobie z minimalizacją gradientów i program przechodził gładko do obliczania częstości.

Poniżej pokazana cząsteczka jest wynikiem stopniowej rozbudowy struktur podstawowych. Kolejne etapy budowy polegały na dołączaniu modelu podstawowego poprzez mostki =C= do drugiej cząsteczki pokazanej na tej stronie. Wzór sumaryczny tak skonstruowanej molekuły yo C₂₆₁H₃₆. Na poziomie PM3 obliczanie częstości zajęło ponad 23 godziny (Orca4.2.1/ PM3/ hess-plus):

Po konstrukcji tych struktur zadałem sobie dość naturalne pytanie, jak będą wyglądać ich analogi allenowe ale oparte na cyklach czterowęglowych. Tak powstały tetracony.

Tetracony – kliknij!