Figura 1:(a) La órbita del electrón pi y el bucle de Mobius en compuestos orgánicos 4n con propiedades aromáticas de Mobius. (b) Estructura de la molécula en forma de anillo ([28] hexafirina) que muestra estabilidad debido a sus propiedades aromáticas de Mobius (n =7) en su estado fundamental. Crédito:Universidad de Kobe
Como sugiere su nombre, Las moléculas de Möbius tienen una estructura de bucle retorcido, una característica especial con muchas aplicaciones potenciales. Un equipo de investigación japonés ha revelado las propiedades de un tipo de molécula aromática de Möbius que expresa magnetismo y retiene altos niveles de energía cuando se expone a la luz. Estas características podrían potencialmente aplicarse en baterías solares orgánicas, luces, y materiales conductores.
Los hallazgos fueron realizados por un equipo de investigación dirigido por el profesor Yasuhiro Kobori (Universidad de Kobe), Profesor Atsuhiro Osuka (Universidad de Kyoto), El profesor Kazunobu Sato y el profesor del proyecto Takeji Takui (Universidad de la ciudad de Osaka), y el estudio fue publicado el 10 de mayo en la Revista de letras de química física .
Las moléculas aromáticas de Möbius han llamado la atención porque pueden ser energizadas por la luz. Cuando esto pasa, en su estado de excitación electrónica, muestran "antiaromaticidad, "caracterizado por altos niveles de energía y alta inestabilidad. Este estado excitado podría usarse en el desarrollo de dispositivos orgánicos ecológicos, tales como células solares orgánicas de película delgada y elementos electroluminiscentes. Sin embargo, los detalles detrás del carácter electrónico de este estado y sus propiedades antiaromáticas seguían sin estar claros.
En este estudio, el grupo aplicó un método de resonancia paramagnética electrónica de resolución temporal que utiliza microondas y electroimanes para detectar las propiedades magnéticas de un intermedio reactivo. Observaron el estado triplete excitado de una molécula aromática de Möbius [28] hexafirina. Iluminando esta hexafirina con pulsos de láser, detectaron la resonancia entre el microondas y los espines de electrones vinculados al magnetismo del estado triplete excitado y al campo magnético externo como una instantánea con una precisión de 10 millones de partes por segundo después de cada pulso láser.
Figura 2:(a) El espectro de resonancia paramagnética electrónica resuelto en el tiempo (TREPR) para el estado de triplete excitado obtenido de [28] hexafirina observado en varios tiempos de retardo. A y E muestran las señales (polarización de espín de electrones) basadas en la absorción y liberación de microondas. A la izquierda, los electrones son excitados por la luz despolarizada. B 0 y (L) muestran la luz paralela al campo magnético externo y perpendicular al campo magnético externo. (b) La distribución de los orbitales no apareados (π y π *) que expresan las direcciones de los ejes principales (X, Y, Z) para la interacción entre los dipolos eléctricos no apareados mostrados por el análisis de espectro TREPR. (c) Los electrones en el estado triplete de transferencia de carga. Las configuraciones de giro triplete paralelo se muestran en la tira de Mobius. Este estudio mostró que el cambio de momento angular entre los orbitales de los electrones localizados y que se bisecan entre sí conduce a una desactivación del estado fundamental no magnético, y es un nuevo marcador de antiaromaticidad. Crédito:Universidad de Kobe
También cambiaron el ángulo de polarización del pulso láser en relación con la dirección del campo magnético externo. Esto les permitió aclarar la ubicación tridimensional del espín del triplete, además de tomar 10 millones de "instantáneas" por segundo del proceso de desactivación en subniveles del triplete. Su análisis reveló que las moléculas de anillo retorcido poseen un carácter de "transferencia de carga" que libera y localiza la carga en ángulos rectos entre los orbitales. La transferencia de carga bloquea el efecto estabilizador causado por la interacción de intercambio entre los electrones, contribuyendo así a la energía más alta para proporcionar la fuente de las fuertes propiedades antiaromáticas de la molécula.
Las distribuciones de electrones en el presente estado triplete son muy diferentes de las de las especies en estado singlete excitado que no exhiben magnetismo. Este estudio demostró que cada distribución de electrones se localiza en una parte del marco del anillo de la molécula. También mostraron que cambiar el momento angular orbital entre los orbitales localizados en el estado triplete conduce a una desactivación rápida de un subnivel al estado fundamental. Estas relaciones de ángulos orbitales ortogonales solo aparecen en la topología retorcida de Möbius, lo que significa que el proceso de desactivación podría ofrecer nuevas herramientas para indexar el carácter antiaromático y para analizar la geometría del estado excitado.
El profesor Kobori comenta:"Las propiedades electrónicas especiales de este estado excitado altamente activo podrían aplicarse en materiales funcionales electrónicos, como las células solares orgánicas y los conductores eléctricos, y podría contribuir potencialmente a la solución de problemas energéticos y medioambientales ".
