Tomsk State University-wetenschapper Rashid Valiev en collega's van de universiteiten van Helsinki en Oslo hebben een nieuwe categorie zeldzame moleculen ontdekt waarvan de eigenschappen kunnen worden gecontroleerd door de inductie van een extern magnetisch veld te veranderen. Dit zijn paramagnetische moleculen uit de klasse porfyrinen. Porfyrinen zijn aanwezig in hemoglobine en chlorofyl en zijn nauw verwant aan de processen van fotosynthese en ademhaling in levende organismen.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Chemische communicatie van de Royal British Chemical Society.

Open paramagnetische porfyrinen met een gesloten elektronenschil zijn zeer zeldzame moleculen, omdat ze een specifieke elektronische structuur hebben. Gebruikelijk, moleculen met een dergelijke structuur zijn erg onstabiel; open porfyrines, daarentegen, zijn vrij stabiel. Dit maakt het mogelijk om hun fysisch-chemische eigenschappen te manipuleren met een extern magnetisch veld in magneto-optica en nanotechnologie.

Sinds 2012, een groep wetenschappers, waaronder een assistent-professor aan de TSU, heeft de aromatische aard van porfyrinen en hun derivaten bestudeerd. Aromaticiteit is een speciale eigenschap van sommige chemische verbindingen om een ​​abnormaal hoge stabiliteit te vertonen. Dat is een belangrijk concept in de theoretische chemie en hangt nauw samen met het probleem van het classificeren en rangschikken van organische moleculen op basis van hun reactiviteit. Echter, wetenschappers definiëren het met behulp van natuurkunde. Vooral, ze berekenen magnetisch geïnduceerde stromen in de moleculen.

"Voor mij, het was altijd interessant voor de fysicus om onze stromingen en het concept van aromaticiteit te verbinden met de spectroscopische of fysieke eigenschappen van moleculen, ", zegt Rashid Valiev. "Dit werd in 2017 gedaan voor sterk anti-aromatische porfyrines. Dergelijke moleculen kunnen worden gebruikt bij magneto-optische problemen, waarbij de controle van de fysieke eigenschappen van moleculen wordt gebruikt door de inductie van een extern magnetisch veld te veranderen. De fundamentele betekenis van ons resultaat is dat we de aard van het paramagnetisme van deze moleculen hebben verklaard."

Met behulp van theoretische methoden van kwantumchemie, Valiev en zijn collega's van de universiteiten van Helsinki en Oslo bestudeerden de magnetische eigenschappen van zeven moleculen isoflorines en carbaporfyrinen, zowel gesynthetiseerd als hypothetisch. Ze toonden aan dat vier van de zeven moleculen paramagnetisme vertonen, en hun spin is nul in de elektronische grondtoestand, wat een uiterst zeldzaam geval is.