Osmeny-węglowodory z centralnym pierścieniem ośmioczłonowym

 W/ Szczepankiewicz "Osmeny-węglowodory z centralnym pierścieniem ośmioczłonowym", Teneochem.blogspot, 2024.04.11.

Węglowodory cykliczne z wiązaniami podwójnymi mogą tworzyć wiele typów cząsteczek ze skondensowanym pierścieniami. Zastanowiło mnie, jak będą wyglądać węglowodory ze pierścieniem ośmioczłonowym skondensowanym z pierścieniami pięcioczłonowymi. Narysowałem taką strukturę i następnie zoptymalizowałem w programie ChemSketch 2023 za pomocą obecnego tam modułu mechaniki molekularnej (Rys. 1):

Rys. 1. Cząsteczka osmenu1 zoptymalizowana za pomocą MM w programie ChemSketch 2023

MM przewiduje, że cząsteczka jest płaska, co wydało mi się dość dziwne. Źródłem mojego zdziwienia była wiedza o tym, że skondensowane fragmenty cyklopentadienowe powinny wymuszać jakiś rodzaj "pofalowania" cząsteczek. 

Rzeczywiście obliczenia optymalnej struktury już na poziomie półempirycznym potwierdziły to przypuszczenie (Orca4.2.1/ PM3/ hess-plus, rys. 2):

Rys. 2. Cząsteczka osmenu1 po optymalizacji za pomocą metody PM3

Zastanowiło mnie, jaką strukturę będzie miała cząsteczka z rys. 2. "otoczona" wieńcem skondensowanych i nienasyconych pierścieni ośmioczłonowych. Optymalizacja za pomocą metody PM3 (Orca4.2.1/ PM3/ hess-plus) pokazała, że co drugi krańcowy pierścień ośmioczłonowy układa się według konfiguracji, którą można nazwać egzo (Rys. 3):

Rys. 3. Cząsteczka osmenu2 po optymalizacji za pomocą metody PM3

Bazując na strukturze z rys. 3. "dokondensowałem" na "wieńcowych" atomach węgla osiem pierścieni pięcioczłonowych. Uzyskana struktura jest również zrelaksowana na poziomie PM3 (wszystkie częstości w hessianie są dodatnie, Orca4.2.1/ PM3/ hess-plus, rys. 4):

Rys. 4. Cząsteczka osmenu3 z niepełnym "wieńcem" skondensowanych pierścienie pięcioczłonowych

Wydawało mi się, że dołożenie jeszcze 16 pierścieni pięcioczłonowych nie powinno stanowić problemu. Wprawdzie optymalizacja takiej cząsteczki na poziomie PM3 przebiegła pomyślnie (Orca4.2.1), ale nie udało mi się usunąć ujemnych częstości z hessianu. 

Mimo tego niepowodzenia dobudowałem kolejny wieniec pierścieni ośmioczłonowych. Najpierw ośmiu (Orca4.2.1/ PM3/ hess-plus, nie jest pokazany) i potem kolejnych ośmiu (warunki obliczeń jak poprzednio, rys. 5): 

Rys. 5. Cząsteczka osmenu4 z pełnym wieńcem pierścieni ośmioczłonowych

Przygodę z osmenami zakończyłem konstrukcją struktury opartej na osmenie1. Otóż połączyłem dwie czasze osmenu1 za pomocą mostków etenylidenowych (warunki obliczeń jak poprzednio):

Rys. 5. Bi-osmen1-pierogen

Kształt tej cząsteczki skojarzył mi się z pierogami, stąd ta nazwa :)