Lo scienziato della Tomsk State University Rashid Valiev e colleghi delle università di Helsinki e Oslo hanno scoperto una nuova categoria di molecole rare le cui proprietà possono essere controllate modificando l'induzione di un campo magnetico esterno. Queste sono molecole paramagnetiche della classe delle porfirine. Le porfirine sono presenti nell'emoglobina e nella clorofilla e sono strettamente correlate ai processi di fotosintesi e respirazione negli organismi viventi.
I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Comunicazioni chimiche della Royal British Chemical Society.
Le porfirine paramagnetiche aperte con un guscio elettronico chiuso sono molecole molto rare, perché hanno una struttura elettronica specifica. Generalmente, le molecole con una tale struttura sono molto instabili; porfirine aperte, al contrario, sono abbastanza stabili. Ciò rende possibile manipolare le loro proprietà fisico-chimiche con un campo magnetico esterno in magnetoottica e nanotecnologia.
Dal 2012, un gruppo di scienziati, che include un assistente professore alla TSU, ha studiato la natura aromatica delle porfirine e dei loro derivati. L'aromaticità è una proprietà speciale di alcuni composti chimici di esibire una stabilità anormalmente elevata. Questo è un concetto importante nella chimica teorica ed è strettamente correlato al problema della classificazione e dell'ordinamento delle molecole organiche in base alla loro reattività. Però, gli scienziati lo definiscono usando la fisica. In particolare, calcolano le correnti indotte magneticamente nelle molecole.
"Per me, è sempre stato interessante per il fisico collegare le nostre correnti e il concetto di aromaticità con le proprietà spettroscopiche o fisiche delle molecole, " dice Rashid Valiev. "Questo è stato fatto nel 2017 per le porfirine altamente antiaromatiche. Tali molecole possono essere utilizzate in problemi magneto-ottici, dove il controllo delle proprietà fisiche delle molecole viene utilizzato modificando l'induzione di un campo magnetico esterno. Il significato fondamentale del nostro risultato è che abbiamo spiegato la natura del paramagnetismo di queste molecole".
Utilizzando metodi teorici della chimica quantistica, Valiev e i suoi colleghi delle università di Helsinki e Oslo hanno studiato le proprietà magnetiche di sette molecole di isoflorine e carbaporfirine, sia sintetizzato che ipotetico. Hanno mostrato che quattro delle sette molecole mostrano paramagnetismo, e il loro spin è zero nello stato elettronico fondamentale, che è un caso estremamente raro.
