¿Cuál sería la notación SMILES para un compuesto con enlace deslocalizado?

Question

Por ejemplo, los anillos de ciclopentadienilo del ferroceno $\ce{Fe(}\eta^5 \ce{-C5H5)2}$ se dibujan a menudo con círculos de electrones deslocalizados en lugar de enlaces pi explícitos.

El Artículo de la Wikipedia sobre el ferroceno proporciona la siguiente cadena SMILES: [cH-]1cccc1.[cH-]1cccc1.[Fe+2]. En esta cadena SMILES, la carga de los ligandos ciclopentadienilo está explícitamente unida a los átomos de carbono del anillo.

1. ¿Se puede almacenar la deslocalización explícita o implícita en una cadena SMILES? Por ejemplo, ¿podría c1cccc1.c1cccc1.Fe ser también una cadena SMILES aceptable para el ferroceno que pueda ser analizada y comprendida?
2. ¿La versión localizada de la cadena SMILES proporciona suficiente información para reconstruir la deslocalización cuando se vuelve a analizar la cadena en una estructura? Si no es así, ¿cómo se puede hacer?

Answer 1

Existen problemas generales para representar los enlaces deslocalizados y los compuestos organometálicos en la quimioinformática (en general) y en SMILES en particular.

Para citar el Estándar SMILES abierto :

Este sencillo modelo mental [de una tabla de conexiones entre átomos mediante enlaces de valencia] se parece muy poco a la realidad cuántica-mecánica subyacente de electrones, protones y neutrones, y sin embargo ha demostrado ser una aproximación notablemente útil de cómo se comportan los átomos en estrecha proximidad unos con otros. Sin embargo, el modelo de valencia es una representación imperfecta de la estructura molecular, y el lenguaje SMILES hereda estas imperfecciones. Los enlaces químicos son a menudo tautoméricos, aromáticos o fraccionados en lugar de múltiplos enteros. Los enlaces deslocalizados, los enlaces centrados en el enlace, los enlaces de hidrógeno y otras fuerzas interatómicas que están bien caracterizadas por una descripción de mecánica cuántica simplemente no encajan en el modelo de valencia.

Otros casos interesantes son interacciones agosticas , enlaces de 2 electrones de 3 centros (por ejemplo, diborano ).

Hay varias sugerencias para avanzar más allá de la típica visión de enlace de valencia de la tabla de conexiones, incluyendo:

• "Otra representación de la estructura molecular" J. Chem. Inf. Comput. Sci. , 1995 , 35 (5), pp 787-802
• "Superación de las limitaciones de la descripción de una tabla de conexiones:  Una representación universal de las especies químicas" J. Chem. Inf. Comput. Sci. , 1997 , 37 (4), pp 705-714

El hecho de que ambos artículos se publicaran hace más de 17 años debería ser un indicio:

• A los químicos les gusta la visión del enlace de valencia de las moléculas, a pesar de las limitaciones
• Lo complicado que puede ser el enlace en la química no orgánica
• Hasta dónde tiene que llegar la química informática para tratar adecuadamente los compuestos organometálicos y no orgánicos

Por cierto... cualquiera que esté interesado en poner en práctica tales esfuerzos debe hacérmelo saber.. Mucha gente estará encantada de ayudar. :-)

ACTUALIZACIÓN

Debo señalar que existen algunas soluciones prácticas para representar estas cosas. Por ejemplo, Alex Clark propuso registrar los enlaces de orden cero (y a veces los átomos ficticios):

"Especificación precisa de las estructuras moleculares: El caso de los enlaces de orden cero y el recuento explícito de hidrógeno" J. Chem. Inf. Model. , 2011 , 51 (12), pp 3149-3157