Porfirinoid između Hickelove i Mebijusove topologije

Uzme se traka papira, jedan kraj se okrene za 180° i zalijepi za drugi kraj u prsten. Gotova je takozvana mebijusova traka – geometrijska figura sa samo jednom površinom i jednom ivicom. Dokaz se dobije ako se olovkom povuče crta po traci: Bez skidanja olovke na kraju dođemo do početne tačke a da smo pri tome markirali cijelu traku, na svakom mjestu i gornja i donja strana imaju crtu.

I prstenaste aromatske molekule mogu imati topologiju kakva je Mebijusova traka. Poljski znanstvenici su sada dobili veliki prsten sličan porfirinu koji može nešto, što njegov papirni analogon ne može: Kako izvještava tim oko Lechosława Latos-Grażyńskija u časopisu Primjenjena Kemija, nova molekula može da se mijenja iz jednostrane mebijusove topologije u ”normalno” dvostrano stanje (Hikelova topologija), a da se prsten ne otvori.

Aromat je jedan gotovo planarni prsten sa veznim ali ipak slobodno pokretljivim parovima elektrona iz duplih veza. Ti takozvani π-elektroni tvore jednu vrstu „oblaka elektrona“ sa udjelom iznad i ispod razine prstena. Ovo odgovara tipičnoj Hikelovoj topologiji. I kod prstena koji su tako uvrnuti da se mogu postaviti u obliku osmice, može se naći ovakva topologija.

Ako je sistem prstena uvrnut za 180°, dobivamo Mebijusovu topologiju, nema više razlikovanja između gornjeg i donjeg „oblaka elektrona“. Isto kao i crta olovke na Mebijusovoj traci, oblaci prelaze jedan u drugi jer postoji samo jedna površina.

Poljski znanstvenici su sada sintetizirali veliki molekularni prsten koji spada u klasu ekspandiranih analogona porfirina i koji može nešto, što ne funkcioniše kod zalijepljene trake papira: Može prelaziti iz Hikelove u Mebijusovu topologiju a da se veza prstenastog sustava koji je u obliku osmice ne mora rastvoriti. Održan i dalje je i oblik osmice.

Tajna ove molekule sa „podvojenom ličnošću“ su dva aromatska prstena strukture po šest prstena koji u velikom prstenastom sustavu stoje tačno jedan naspram drugog i tvore tačku križanja kod osmice. Ova dva prstena strukture od po šest prstena koji se mogu okretati, ili mogu biti jedan na drugom, znači sa razinama koje su paralelne, ili se jedan od prstena okrene za 90°, tako da im razine stoje uspravno jedna naspram druge. Kod paralelnog rasporeda postoji jasna odvojenost π-oblaka elektrona u „gornji“ i „donji“ udio prema Hikelovoj topologiji – jedna otopina veze je obojena u zeleno. Uspravna Mebijusova varijanta je plava. Okrenuti prsten strukture od osam prstenova je taj koji uzrokuje potrebno uvrnuće i koji čini da gornji i donji oblak elektrona prijeđu jedan u drugi. Kojoj topologiji molekula daje prednost, ovisi od vrste otopine i od temperature.

Povezane teme
Molekula koja ubija malariju Istraživači sa UT Southwewstern Medical Centra u Dallasu zajedno sa istraživačima iz Francuske su uspjeli napraviti trodimenzionalnu sliku molekule koja ubija malariju.
Samoća je molekula UCLA istraživači su identifikovali molekularnu oznaku samoće
Vraćanje prirodne boje sijedoj kosi Naučnici dvaju univerziteta su sijedoj kosi u labaratoriji uspjeli vratiti njenu prirodnu boju. Međutim, sredstvo za vraćanje boje sijedoj kosi i dalje ne postoji.