Химики из Германии синтезировали несколько кластерных соединений висмута и исследовали их электронную структуру с помощью квантовохимических расчетов. В результате ученые выяснили, что одно из полученных соединений — шестиатомный висмутовый кластер с рутениевыми мостиками — обладает φ-ароматичностью.

Исследование опубликовано в Nature Chemistry.

Ароматичность — довольно трудно определяемая характеристика молекулы. Самыми простыми ароматическими соединениями считаются бензол и его производные — очень устойчивые вещества с сопряженной системой двойных связей углерод-углерод, для которых характерны реакции электрофильного замещения. Именно этот набор свойств исторически называли ароматичностью.

Намного труднее определить ароматичность для неуглеродных соединений — например, металлических кластеров. Устоявшийся критерий ароматичности в таких соединениях — это возникновение в молекуле кольцевого тока во внешнем магнитном поле. Силу кольцевого тока можно измерить с помощью квантовохимических расчетов.

А еще они позволяют рассчитать степень влияния индуцированного кольцевым током магнитного поля на гипотетический безъядерный и безэлектронный атом, размещенный в центре цикла или каркаса. Рассчитанное значение экранирования атома индуцированным полем от внешнего поля тоже характеризует степень ароматичности. Чем более отрицательное значение получается — тем сильнее экранирование и больше ароматичность.

В зависимости от того, где сосредоточена делокализованная электронная плотность, ароматические системы делят на четыре типа: σ-, π-, δ- и φ-ароматические. Самые распространенные системы — например, производные бензола — π-ароматичны. У них обобществленная электронная плотность сосредоточена над и под плоскостью цикла. А у φ-ароматичных соединений (их известно всего несколько штук) электронная плотность распределена сложнее — примерно так же, как в атомных f-орбиталях.

Химики под руководством Штефани Денен (Stefani Dehnen) из Технологического института Карлсруэ удалось найти φ-ароматичное соединение висмута.