Helireny

Nazwa tej grupy związków jest dość przypadkowa, ale ładnie brzmi. W zapisie jest spore podobieństwo do helicenów, ale nazwę „helireny” wymawia się jednak inaczej. Związek, który stał się inspiracją do następnych konstrukcji jest pokazany poniżej (Orca 5.0.4/ PM3/ hess-plus):

Krotność wiązań nie jest zbyt poprawna, ale możliwa do poprawienia za pomocą ręcznych zabiegów. Nie robiłem tego. Zauważyłem, że fragmenty skrzydłowe można zamknąć za pomocą pierścieni pięcioczłonowych. Wprowadzając te pierścienie podwoiłem niejako pierwszą cząsteczkę (MOPAC 22.1.1/ PM7/ hess-plus):

Dodatkowo dobudowałem fragmenty cyklobutenowe. Nie jestem pewny, dlaczego to zrobiłem, ale taka cząsteczka jak poniżej pokazana powstała (Orca 5.0.4/ PM3/ hess-plus):

W następnych konstrukcjach skupiłem się na psie cykli pięcioczłonowych. Modelem podstawowym stał się pas węglowodorowy C36H12 składający się z dwunastu sprzężonych pierścieni cyklobutadienowych (Orca 5.0.4/ revPBE/ def2-TZVP/ hess-pus):

W tym miejscu porzuciłem pierwotny zamysł polegający na łączeniu pasów za pomocą mostków dwuwęglowych. Skupiłem się na bezpośredniej kondensacji takich pasów. Dwa pasy połączone wiązaniami pojedynczymi pokazały, że powstałe w ten sposób pierścienie są tylu cyklooktatetraenu (ORCA 5.0.4/ PM3/ hess-plus):

Powstaje więc struktura przypominająca nanorurki. Można ją wydłużać przez skondensowanie kolejnych pasów, ale tego nie robiłem (lipiec 2024). Zaintrygowało mnie natomiast pytanie, co się stanie z poprzednią strukturą jeśli pasy rozdzielić atomami węgla. W ten sposób powstałyby układy łączników w formie allenów. Skrzydłowe podstawniki w allenach znajdują się na prostopadłych płaszczyznach. Tutaj taka konfiguracja wydawała się trudna do zaakceptowania. W efekcie obliczeń optymalna struktura jest taka, jak pokazana poniżej (Orca 4.2.1/ PM3/ hess-plus):

To że struktura jest zrelaksowana jest zaskakujące. Kąty dwuścienne na układzie allenowym wynoszą tylko nieco ponad 20° a powinny wynosić około 90°:

Prawdopodobnie relaksacja jest wynikiem deformacji zachodzących w obrębie całej cząsteczki. Pozwala to na zmniejszenie kątów dwuściennych we fragmentach allenowych.

Ostatnią cząsteczką, którą poddałem optymalizacji w tej serii, jest konstrukcja posiadająca między pasami mostki trójwęglowe (parametry obliczeń jak wyżej):

Tutaj relaksacja jest wynikiem (tak sądzę) skręcenia pasów względem siebie (stąd cała grupa to helireny). Analogiczny kąt dwuścienny (pokazany na obrazku powyżej) wynosi około 26° i jest tylko nieco większy niż w poprzednio pokazanej cząsteczce.

Pojawienie się skręcenia (helikalności) sugeruje, że dłuższe cząsteczki powinny ją zachować. Tego jednak nie badałem (lipiec 2024).