De twee actieve cis-varianten van de katalysator aan het werk.

Koppel een katalysator aan een moleculair motortje en je kunt voortaan kiezen welk enantiomeer je krijgt. Het kan echt, zo laten Groningse onderzoekers zien op de website van Science.

De gemotoriseerde katalysator van Jiaobing Wang en Ben Feringa borduurt voort op eerdere experimenten met moleculaire motortjes. Het is zelf ook een enantiomeer: onder invloed van UV-licht kan het isomeriseren rond een centrale dubbele binding.

De beide uiteinden van het motormolecuul moeten zorgen voor de katalytische werking. In dit geval is gekozen voor een thioureumgroep en een 4-dimethylaminopyridine (DMAP). Samen katalyseren ze een zogeheten Michael-additie van 2-methoxythiofenol aan cyclohexenon tot een product waarvan ook weer twee stereo-isomeren bestaan.

Verkeert de centrale dubbele binding van de katalysator in de trans-stand, dan zitten de beide functionele groepen zó ver uit elkaar dat ze eigenlijk niet samenwerken. Erg hard katalyseren doen ze dan ook niet, en wát er aan product ontstaat is een racemisch mengsel van de beide mogelijke stereo-isomeren.

Zet je er bij kamertemperatuur een UV-lamp op, dan springt de dubbele binding naar de cis-stand. Beide functionele groepen komen dan ineens vlak naast elkaar te zitten. De katalyse verloopt veel efficiënter, en omdat die functionele groepen ook in een bepaalde stand ten opzichte van elkaar staan krijg je voornamelijk één van beide stereo-isomeren.

Verwarm je vervolgens de oplossing tot 70 graden Celsius, dan treedt in het motortje een thermische isomerisatiestap op. Het gevolg is dat de ene functionele groep als het ware over de andere heen springt. De onderlinge oriëntatie verandert dusdanig dat nu ineens de vorming van het ándere stereo-isomeer het hardste gaat.

Bij hernieuwde blootstelling aan UV-licht kan de centrale dubbele binding weer terugspringen naar de trans-stand. Dat levert een zeer instabiele variant op die je alleen maar in handen kunt krijgen wanneer je de isomerisatie uitvoert bij 60 graden onder nul. Verhoog je de temperatuur tot -10 graden, dan wordt ook de thermische isomerisatie ongedaan gemaakt en heb je je oorspronkelijke trans-katalysator weer terug.

In C&EN geeft Feringa toe dat er chirale katalysatoren bestaan die een stuk selectiever zijn. Maar daar ging het hem ook niet om: het hoofddoel was om te laten zien dát je een katalysator kunt maken die instelbaar is met behulp van externe signalen. Voor zover hij weet is dat nooit eerder vertoond.

bron: Science, C&EN

Onderwerpen