Des composés issus de la chimie informatique
L'aromaticité de Möbius est une propriété des composés cycliques selon laquelle un composé chimique de représentation linéaire gagne un demi-tour. De telles molécules, avec seulement une surface et une branche, offrent des applications passionnantes en tant que matériaux optiques, mais sont imprévisibles et difficiles à synthétiser. Le projet CCMOBIUS («Designing viable Möbius aromatic systems using computational chemistry») visait à concevoir de nouveaux composants aromatiques de Möbius et de perfectionner leurs propriétés électroniques, magnétiques et optiques. Le projet s'est concentré sur une classe de molécules appelée porphyrines expansées, qui sont les homologues plus élevées des porphyrines survenant de façon naturelle. CCMOBIUS a utilisé une simulation par ordinateur appelée théorie de la fonctionnelle de la densité pour comprendre les propriétés de diverses porphyrines dans la conformation de Möbius. Le projet s'est penché sur les préférences conformationnelles, l'aromaticité et le changement dynamique entre les conformations Hückel et Möbius dans les pentaphyrines, les hexaphyrines et les heptaphyrines avec un nombre variable de cycles pyrrole. Le projet a déterminé à quel point la souche de macrocycle, l'aromaticité et la métallisation, ainsi que les autres propriétés physico-chimiques influencent la stabilité du composant Möbius. Sur la base de cette étude, les chercheurs ont mis en place un ensemble de descripteurs très utiles pour identifier les porphyrinoïdes avec un équilibre optimal entre la souche de cycle imposée par la torsion et la stabilisation de l'énergie due à l'aromaticité de Möbius. De façon importante, les conditions optimales pour les composants aromatiques de Möbius fondés sur les penta-, hexa- et heptaphyrines ont été identifiés. La conformation des porphyrines expansées s'est avérée très dépendante de l'état d'oxydation, des substituants et du pH. Notamment, ils ont découvert que l'ajout des métaux du groupe 10 bloquait la conformation de Möbius dans les hexaphyrines. Notamment, ils ont identifié des changements topologiques Hückel-Möbius impliquant un changement drastique dans les propriétés optiques non-linéaires du macrocycle. Les résultats computationnels de CCMOBIUS sont en excellent accord avec les données expérimentales disponibles pour ces porphyrines expansées. Les changements topologiques Hückel-Möbius développés dans ce projet peuvent être utilisés en tant que changements moléculaires sensibles à la lumière pour des applications nano-électroniques.
Mots‑clés
Chimie computationnelle, aromaticité de Möbius, porphyrine expansée, matériel optique, changement moléculaire
