12. december 2019

Årets molekyle i 2019

Hvorfor pokker synes C&EN (Chemical & Engineering News) at syntesen af et ’antiaromatic walled nanospace’ skal resultere i en nominering som ’årets molekyle 2019’ – eller er ’the coolest compounds reported this year’? (https://cen.acs.org/synthesis/CENs-molecules-year-2019/97/i48utm_source=Twitter&utm_medium=Social&utm_campaign=CEN)? Og så også vinde afstemningen.

Tidligere på året skrev samme medie at ’antiaromatic nanocage has weird magnetic properties’ (https://cen.acs.org/materials/nanomaterials/Antiaromatic-nanocage-weird-magnetic-properties/97/i42?utm_source=Analytical&utm_medium=Analytical&utm_campaign=CENRSS).

 Hele balladen skyldes et arbejde, der blev beskrevet i en artikel i tidsskriftet Nature i November 2019. Artiklen beskriver syntesen af et molekyle, et såkaldt burmolekyle med antiaromatiske vægge. Dette burmolekyle kan indkapsle andre molekyler, og grunden til at det er ’cool’ er de magnetiske egenskaber. De magnetiske egenskaber overføres fra det ’antiaromatiske nanospace’ til de molekyler der indkapsles – magnetfeltet forstærkes inden i burmolekylet.

For at værdsætte det fundamentalt nye i arbejdet, må man nok starte med spørgsmålet ’hvad er en aromatisk forbindelse’. Oprindeligt blev aromatiske forbindelser forbundet med at have karakteristiske dufte. I den organiske kemi er en aromatisk forbindelse en forbindelse der er særlig stabil, og med en speciel type kemisk reaktivitet, og også en type forbindelse med særlige magnetiske egenskaber. Det der gør at en aromatisk forbindelse er særligt stabil er også det der gør at en antiaromatisk forbindelse er mindre stabil (ofte ustabil). 

 Molekyler der er 'antiaromatiske' er cykliske p-konjugerede molekyler med et multiplum af 4 p-elektroner i ringen, f.eks. 4, 8 eller 12 p-elektroner. Antiaromatiske molekyler er ofte ustabile og reaktive, hvilket har besværliggjort studier af dem. De har den interessante egenskab at p-elektronerne i det konjugerede system forstærker det lokale magnetfelt i centrum af ringen, hvilket er den modsatte effekt af hvad et aromatisk molekyle gør.

Artiklen der beskriver ’årets molekyle’ omhandler beskrivelsen af netop dette fænomen. At det er lykkedes at syntetisere og undersøge et antiaromatisk molekyle er i sig selv et gennembrud. Observationen af denne type af forstærket magnetfelt kan observeres v.h.a. NMR spektroskopi.

Konkret har vi lavet et såkaldt bur-molekyle med seks stabile anti-aromatiske vægge, og vi har vist at man inden i dette burmolekyle kan placere andre molekyler, i et ikke-kovalent kompleks. De molekyler der er inden i det antiaromatiske nano-space inden i burmolekylet 'mærker' det forstærkede magnetfelt, når et eksternt magnetfelt påsættes, som det gør i et NMR eksperiment. Burmolekylet med de antiaromatiske vægge kan derfor betragtes som et 'NMR kemisk-skift reagens', som har en fundamental ny virkningsmekanisme. 

 

Hvis du er blevet nysgerrig kan du læse mere om arbejdet i tidsskriftet Nature: https://www.nature.com/articles/s41586-019-1661-x, eller ved at kontakte Michael Pittelkow (pittel@chem.ku.dk).