Speciale moleculen gemaakt met hulp ‘diamantpers’

Onderzoekers hebben een chemische reactie opgewekt door moleculen tussen twee diamanten samen te drukken. Op deze manier kunnen nog nauwkeuriger moleculen gemaakt worden voor medicijnen.

Een molecuul (geel/paars) wordt samengedrukt tussen twee diamanten. Carboraanmoleculen (rood/blauw) houden het molecuul op zijn plek. Bron: Peter Allen/UC-Santa Barbara

Bij een chemische reactie worden verbindingen tussen moleculen verbroken of veranderen elektronen van plaats. Zo’n reactie kun je op meerdere manieren starten. Je kan bijvoorbeeld warmte, elektriciteit of licht toevoegen, of je kunt het molecuul simpelweg uit elkaar trekken.

Nicholas Melosh en zijn collega’s van de Stanford-universiteit voegen daar een nieuwe methode aan toe: het molecuul samendrukken.

Asymmetrische reacties

Voor het eerst is een asymmetrische chemische reactie gestart met behulp van druk.Asymmetrische reacties zijn belangrijk voor het maken van geneesmiddelen. Bij een asymmetrische reactie ontstaat er vanuit een niet-chiraal molecuul een chiraal molecuul. Een chiraal molecuul heeft een ‘spiegelbeeld’, een vergelijkbaar molecuul dat uit dezelfde atomen is opgebouwd maar nét even ander in elkaar zit. Zo’n spiegel-molecuul wordt ook wel isomeer genoemd.

Vaak worden chirale moleculen gebruikt in geneesmiddelen. Maar het kan dramatische gevolgen hebben om net het verkeerde isomeer te pakken te hebben. Dat gebeurde bijvoorbeeld bij Softenon, een medicijn dat zwangere vrouwen eind jaren vijftig tegen ochtendmisselijkheid kregen en leidde tot de geboorte van misvormde kinderen.

Bij een asymmetrische reactie ontstaat maar één van de isomeren. Dat is prettig als je er zeker van wil zijn dat je het juiste isomeer in je medicijn stopt.

Hoge druk

Moleculen veranderen onder hoge druk is vrij eenvoudig. Neem bijvoorbeeld grafiet. Als je dat onder druk zet, verandert de structuur van de moleculen en houd je diamant over. Dat is een symmetrische reactie: de druk komt van alle kanten, en de verandering is overal in het grafiet hetzelfde.

Een carboraanmolecuul. Deze moleculen hebben weinig last van de hoge druk in de diamantpers.

Om een meer geavanceerde, asymmetrische reactie op te wekken, moet de druk samenkomen op één bepaald punt in het molecuul. Melosh en zijn collega’s lukte dit door dat punt van het molecuul tussen twee carboraan-moleculen te plaatsen. Dat zijn starre moleculen, die goed tegen de hoge druk in de diamantpers kunnen.

Diamantpers

Dit hele pakket zetten de onderzoekers vervolgens tussen de twee diamanten. Daarna duwden ze de diamanten tegen elkaar. Hierdoor kwam er een druk van 12 gigapascal op het molecuul, honderd keer zo veel als op bodem de van de Marianentrog.

Die druk zorgde ervoor dat de verbindingen tussen de atomen in het kopersulfidemolecuul kapot gingen. Hierbij verplaatsten elektronen zich van de zwavel- naar de koperatomen, waarbij pure koperkristallen ontstonden.

Bij deze druk-reactie zijn er geen chemische oplossingen of katalysatoren nodig, waardoor de methode efficiënter is. ‘Dit kan de industriële processen, zoals de manier waarop materialen of medicijnen gemaakt worden, veranderen’, aldus Stuart James van de Queen’s University in Belfast, Verenigd Koninkrijk.

Door de hoge precisie is de methode heel geschikt om speciale moleculen op bestelling te maken. Vooral voor farmaceutische doeleinden kan dat nuttig zijn, bevestigt Melosh.

Meer lezen over moleculen?
AANBIEDING 
50 inzichten scheikunde 
Door Hayley Birch. Nu van € 24,99 voor € 5,00 Bestel in onze webshop

‘Bij veel van de moleculen die we gebruiken in medicijnen moeten de atoomgroepen precies op de juiste positie zitten. Als die net verkeerd aan elkaar vast zitten, kan je medicijn nutteloos – of erger, dodelijk – worden’, aldus Melosh. ‘Met deze methode hebben we daar veel meer controle over.’

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder:

Over de auteur

Leah Crane

Freelance wetenschapsjournalist Leah Crane schrijft het liefst over sterrenkunde.



Plaats een reactie