Związki Möbiusa uzyskane dzięki chemii obliczeniowej
Aromatyczność Möbiusa to właściwość związków pierścieniowych, która nadaje skrętność strukturze planarnej. Tego rodzaju cząsteczki posiadające tylko jedną powierzchnię π i jedną krawędź mogą znaleźć ciekawe zastosowania jako materiały optyczne, jednakże są one nieprzewidywalne i trudne do zsyntezowania. Celem projektu "Designing viable Möbius aromatic systems using computational chemistry" (CCMOBIUS) było opracowanie nowych związków aromatycznych Möbiusa oraz udoskonalenie ich właściwości elektronicznych, magnetycznych i optycznych. Uczestnicy projektu zajmowali się klasą cząsteczek nazywanych porfirynami rozszerzonymi, które są wyższymi homologami naturalnie występujących porfiryn. W celu zrozumienia roli różnych porfiryn rozszerzonych w procesie konformacji Möbiusa uczestnicy projektu MCCMOBIUS zastosowali technikę symulacji komputerowej zwaną teorią funkcjonału gęstości. Uczeni przyglądali się preferencjom konformacyjnym, aromatyczności i przełączaniu dynamicznemu między konformacjami Hückela i Möbiusa w pentafirynach, heksafirynach i heptafirynach o różnej liczbie pierścieni pirolowych. Badacze określili wpływ ogólnego naprężenia, aromatyczności i metylacji makrocykli, a także innych właściwości fizykochemicznych na stabilność związków Möbiusa. Na podstawie tego badania opracowano zbiór deskryptorów umożliwiających skuteczną identyfikację porfirynoidów przy zachowaniu optymalnej równowagi między naprężeniem pierścieni determinowanym przez skręcenie oraz stabilizacją energii wynikającą z aromatyczności Möbius. Co ważne, określono optymalne warunki dla związków aromatycznych Möbiusa oparte na penta-, heksa- i heptafirynach. Konformacja porfirynów rozszerzonych okazała się być silnie uzależniona od stanu oksydacji, podstawników i pH. Naukowcy ustalili, że dodanie atomu metalu z grupy 10 blokuje konformację Möbiusa w heksafirynach. Co bardzo istotne, zidentyfikowali oni odpowiednie przełączniki topologiczne Hückela-Möbiusa obejmujące radykalną zmianę nieliniowych właściwości optycznych makrocyklu. Wyniki badań obliczeniowych prowadzonych w projekcie CCMOBIUS są całkowicie zgodne z dostępnymi danymi eksperymentalnymi na temat porfiryn rozszerzonych. Przełączniki topologiczne Stabilne związki Hückela-Möbiusa opracowane podczas realizacji projektu mogą znaleźć zastosowanie jako światłoczułe przełączniki molekularne w nanoelektronice.
