Le scientifique de l'Université d'État de Tomsk, Rashid Valiev, et ses collègues des universités d'Helsinki et d'Oslo ont découvert une nouvelle catégorie de molécules rares dont les propriétés peuvent être contrôlées en modifiant l'induction d'un champ magnétique externe. Ce sont des molécules paramagnétiques de la classe des porphyrines. Les porphyrines sont présentes dans l'hémoglobine et la chlorophylle et sont étroitement liées aux processus de photosynthèse et de respiration des organismes vivants.

Les résultats de l'étude ont été publiés dans la revue Communications chimiques de la Royal British Chemical Society.

Les porphyrines paramagnétiques ouvertes à couche électronique fermée sont des molécules très rares, car ils ont une structure électronique spécifique. D'habitude, les molécules avec une telle structure sont très instables; porphyrines ouvertes, par contre, sont assez stables. Cela permet de manipuler leurs propriétés physico-chimiques avec un champ magnétique externe en magnéto-optique et en nanotechnologie.

Depuis 2012, un groupe de scientifiques, qui comprend un professeur assistant à TSU, a étudié le caractère aromatique des porphyrines et de leurs dérivés. L'aromaticité est une propriété spéciale de certains composés chimiques à présenter une stabilité anormalement élevée. C'est un concept important en chimie théorique et étroitement lié au problème de la classification et de l'agencement des molécules organiques en fonction de leur réactivité. Cependant, les scientifiques le définissent en utilisant la physique. En particulier, ils calculent les courants induits magnétiquement dans les molécules.

"Pour moi, il a toujours été intéressant pour le physicien de relier nos courants et la notion d'aromaticité aux propriétés spectroscopiques ou physiques des molécules, », précise Rashid Valiev. « Cela a été fait en 2017 pour les porphyrines hautement antiaromatiques. De telles molécules peuvent être utilisées dans des problèmes magnéto-optiques, où le contrôle des propriétés physiques des molécules est utilisé en modifiant l'induction d'un champ magnétique externe. La signification fondamentale de notre résultat est que nous avons expliqué la nature du paramagnétisme de ces molécules."

En utilisant les méthodes théoriques de la chimie quantique, Valiev et ses collègues des universités d'Helsinki et d'Oslo ont étudié les propriétés magnétiques de sept molécules d'isoflorines et de carbaporphyrines, à la fois synthétique et hypothétique. Ils ont montré que quatre des sept molécules présentent un paramagnétisme, et leur spin est nul dans l'état électronique fondamental, ce qui est un cas extrêmement rare.