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Designing viable Möbius Aromatic Systems using Computational Chemistry

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I composti di Möbius per la chimica computazionale

Un progetto di ricerca finanziato dall’UE ha per la prima volta descritto le proprietà di diverse sostanze chimiche chiamate porfirine espanse che potrebbero essere utilizzate come materiali ottici e interruttori molecolari.

Economia digitale

L’aromaticità di Möbius è una proprietà delle sostanze cicliche dove un composto planare guadagna mezzo giro. Tali molecole che presentano solo una superficie π e un solo margine offrono applicazioni interessanti come materiali ottici, ma sono imprevedibili e difficili da sintetizzare. Il progetto CCMOBIUS (“Designing viable Möbius aromatic systems using computational chemistry”) mirava a progettare nuovi composti aromatici di Möbius e mettere a punto le loro proprietà elettroniche, magnetiche e ottiche. Il progetto si è concentrato su una classe molecolare chiamata porfirine espanse, che sono le omologhe superiori delle porfirine presenti in natura. CCMOBIUS ha utilizzato un metodo di simulazione al computer chiamato teoria funzionale di densità per comprendere le proprietà di svariate porfirine espanse nella conformazione di Möbius. Il progetto ha esaminato le preferenze conformazionali, l’aromaticità e l’interruttore dinamico tra le conformazioni Hückel e Möbius nelle pentafirine, esafirine ed eptafirine con un numero variabile di anelli di pirrolo. Il progetto ha determinato come la catena macrociclica generale, l’aromaticità e la metalazione, nonché altre proprietà fisico-chimiche influenzano la stabilità del composto di Möbius. Da questo studio i ricercatori hanno sviluppato una serie di descrittori molto utili per identificare i porfirinoidi con un equilibrio ottimizzato tra l’anello imposto dalla torsione e la stabilizzazione energetica dovuta all’aromaticità di Möbius. Da notare che, sono state individuate le condizioni ottimali per i composti aromatici di Möbius basati su pentafirine, esfirine e eptafirine. La conformazione delle porfirine espanse si è rivelata fortemente dipendente dallo stato di ossidazione, sostituenti e pH. In particolare, hanno scoperto che l’aggiunta di metalli del gruppo 10 bloccava la conformazione di Möbius nelle esapirine. Da notare che hanno identificato possibili interruttori topologici Hückel-Möbius che prevedono un cambiamento notevole delle proprietà ottiche non lineari del macrociclo. I risultati di calcolo emersi da CCMOBIUS sono in perfetto accordo con i dati sperimentali disponibili per queste porfirine espanse. Gli interruttori topologici Hückel-Möbius sviluppati in questo progetto possono essere utilizzati come interruttori molecolari fotosensibili per le applicazioni nanoelettroniche.

Parole chiave

Chimica computazionale, aromaticità di Möbius, porfirine espanse, materiale ottico, interruttore molecolare

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