Israëlische wetenschappers hebben een baanbrekende ontdekking gedaan die nieuwe inzichten biedt in de dynamiek van moleculaire systemen. Onderzoekers van de Ben-Gurion Universiteit, in samenwerking met het Technion Technologisch Instituut, hebben een molecuul geïdentificeerd dat buitengewoon snel kan schakelen tussen een aromatische en een antiaromatische toestand. Dit proces wordt aangestuurd door de fundamentele principes van kwantumtunneling en belooft veel voor de toekomstige ontwikkeling van de materiaalkunde.
Het object van deze studie was het molecuul dinafto-[2,1-а: 1,2-f]pentalene. De kernstructuur bestaat uit pentalene, gekoppeld aan een dubbele ringstructuur. Uitgevoerde berekeningen brachten een duidelijke asymmetrie in de elektronische opbouw aan het licht: de ene ring vertoont aromatische eigenschappen, terwijl de andere antiaromatisch gedrag vertoont. Juist dit inherente structurele conflict stelt het systeem in staat om bliksemsnelle overgangen tussen de twee vormen te maken via kwantumtunneling.
De cruciale bevindingen van het onderzoek benadrukken de uitzonderlijke snelheid waarmee de koolstofatomen tunnelen. Hoofdonderzoeker Sebastian Kozuch verklaarde deze hoge snelheid door de smalle energiebarrière. Hij merkte op dat zo’n snelle tunneling een zeldzaam verschijnsel is, dat slechts in dit en enkele andere reactietypen wordt waargenomen. In essentie bevindt het molecuul zich in een superpositietoestand, wat betekent dat het tegelijkertijd zowel aromatisch als antiaromatisch is. Dit concept vertoont parallellen met het gedachte-experiment van de kat van Schrödinger.
Aromatische structuren, zoals benzeen, worden traditioneel beschouwd als zeer stabiel, terwijl antiaromatische verbindingen, zoals pentalene, juist bekendstaan om hun instabiliteit. Binnen de wetenschappelijke gemeenschap ontstond er discussie over de precieze aard van de tweede toestand. Mikel Solà speculeerde dat de indices mogelijk wijzen op een niet-aromatische toestand in plaats van een werkelijk antiaromatische. Desondanks concludeerde Kozuch dat de waarneming van de verandering in aromaticiteit tussen de vormen op zichzelf een belangrijk wetenschappelijk resultaat is, onafhankelijk van terminologische geschillen.
Het begrip van kwantumeffecten in de chemie, waaronder tunneling – waarbij een deeltje een barrière overwint zonder de klassiek vereiste energie – blijft zich uitbreiden. Deze ontdekking effent het pad voor de creatie van geavanceerde materialen met aanpasbare elektronische eigenschappen. Kozuch opperde tevens de mogelijkheid om deze superpositietoestand experimenteel na te bootsen in de gasfase, onder verlaagde druk en temperatuur. Dit opent nieuwe horizonten voor technologische innovatie en fundamenteel onderzoek.