Project

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Double Möbius Unzipped: A Topological Approach to Make Molecules

Applicant Juricek Michal
Number 196358
Funding scheme Spark
Research institution
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Organic Chemistry
Start/End 01.12.2020 - 30.04.2022
Approved amount 100'000.00
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Keywords (8)

Mechanically interlocked molecules; Topology; Möbius band; Cycloparaphenylene; Topological chirality; Carbon allotrope fragments; Catenane; Dynamic covalent chemistry

Lay Summary (German)

Lead
Kunst und Wissenschaft sind auf einzigartige Weise miteinander verbunden: Durch die Topologie. Darüber inspiriert das eine Feld das andere. Ein klassisches Beispiel dafür sind die Borromäischen Ringe, ein System aus drei verzahntenRingen, bei dem keine zwei Ringe miteinander verbunden sind und die Öffnung eines der drei Ringe die beiden anderen unverbunden lässt. Dieses Symbol der Einheit, das auf das 7. Jahrhundert zurückgeht, hat vor kurzem Wissenschafter inspiriert Analoga auf der Basis von DNA oder kleinen Molekülen herzustellen. Umgekehrt finden sich die strukturellen Motive neu entdeckter Moleküle und Materialien in der Kunst wieder. Das jüngste Beispiel ist Graphen in Form eines hexagonalen Netzwerks, das heute oft als Muster auf Kleidung, Gebäuden oder Sportausrüstungen hohe Leistung und Haltbarkeit suggeriert.
Lay summary

Man kann ein Möbiusband selbst fertigen, indem man ein Ende eines Papierbandes um 180º in Bezug auf das Andere dreht, bevor man die beiden Enden verbindet. Das Ergebnis ist eine Oberfläche mit nur einer Seite und nur einem Rand. Die Möbius-Topologie findet sich in antiken Mosaiken, Bachs Musik oder bei der Kleinschen Flasche, aber auch in der Chemie, wo sie die Hückel-Regel der Aromatizität verletzt. Trotz des Potenzials, die Antworten auf grundlegende Fragen zu enthüllen, gibt es noch keinen synthetischen Zugang zu molekularen Analoga doppelt und mehrfach verdrehter Möbius-Oberflächen.

In diesem Projekt wird die Synthese von Molekülen, die eine doppelte Möbiusoberfläche darstellen, mithilfe eines topologischen Tricks erforscht. Wenn diese Methode erfolgreich ist, wird sie Zugang zu der gesamten Familie der mehrfach verdrehten Moleküloberflächen und die Erforschung ihrer Eigenschaften ermöglichen, die aus der faszinierenden Möbius-Topologie hervorgehen.
Direct link to Lay Summary Last update: 20.10.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
Science Info Day 2022 Performances, exhibitions (e.g. for education institutions) 12.03.2022 University of Zurich, Switzerland Walsh Joshua Carl;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
205987 Bottom-up design and exploration of p-electron quantum magnetism 01.04.2022 Sinergia

Abstract

Art and science are interlinked in a unique way: by topology. Over topology, one field inspires the other. A classic example of an art-inspired science are the Borromean rings, a system of three mutually interlocked rings, where no two rings are interlinked and the scission of any of the rings leaves the other two unconnected. This symbol of unity dating back to the 7th century have recently inspired biologists and chemists alike to make DNA- or small-molecule-based analogs. Vice versa, the structural motives of newly discovered molecules and materials can be found in art. The latest example is graphene, trending in form of hexagonal networks that now appear routinely as patterns on clothing, buildings, or sports equipment, as a symbol of high performance and durability.Möbius strip is a topological phenomenon that appeals to everyone who encounters it. You can handcraft it by twisting one end of a paper ribbon by 180º with respect to the other end before attaching the two ends. The result is a surface with one side and one boundary only when embedded in a three-dimensional space. Found in ancient mosaics, Bach’s music, Moser’s limerick, or Klein’s bottle, Möbius topology is routed also in chemistry, where it violates the Hückel rule of aromaticity. Despite the potential to unveil the answers to fundamental questions, however, we do not yet have synthetic access to molecular expressions of doubly and multiply twisted Möbius surfaces.This project will explore the synthesis of molecules representing double Möbius surface by using a topological trick. If successful, this method will provide access to the entire family of multiply twisted molecular surfaces and exploration of their properties emerging from the fascinating Möbius topology.
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