Science presenteert een nieuwe variatie op het bepalen van molecuulstructuren door ze op te sluiten in een metal organic framework. Om precies te zijn een chiraal raamwerk dat zijn gasten covalent bindt, schrijven Berkeley-onderzoeker Omar Yaghi en zijn collega’s.

Hun plan borduurt voort op de ‘kristallijne sponzen’ die de Japanner Makoto Fujita begin 2013 voor het eerst beschreef in Nature. Fujita’s sponzen zijn eigenlijk ook MOF’s maar ze zijn symmetrisch en ze houden hun gasten alleen via zwakke, niet-covalente bindingen op hun plek.

Het idee is en blijft dat zo’n metal organic framework (MOF) zelf een kristal is waarvan de poriën allemaal exact hetzelfde zijn. Sluit je daar kleinere moleculen in op die er maar net in passen, dan gaan die allemaal in dezelfde stand zitten alsof ze zélf een kristal vormen. Dat betekent dat ze via röntgenkristallografie de structuur kunt bepalen. Dat is vooral handig als zo’n molecuul niet ‘los’ wil uitkristalliseren of als je er te weinig van hebt voor een bruikbaar kristal.

Voor de hand ligt om zo moleculen te bestuderen waarvan twee spiegelbeelden bestaan, en waarvan je niet zeker weet welk spiegelbeeld je in handen hebt. Het was een van de eerste dingen die Fujita probeerde. Maar de röntgendata, die hij uit zijn sponzen haalde bleken lastig te interpreteren en bij minstens één molecuul zat hij er achteraf spectaculair naast.

Yaghi en collega’s stellen nu dat je betere resultaten krijgt wanneer je je gastmoleculen via covalente bindingen vastlegt aan de metaalionen (in dit geval aluminium) die de ‘hoekstenen’ van het MOF vormen. Dan weet je in elk geval tamelijk zeker in welke stand die moleculen moeten zitten, ook als ze in de poriën relatief veel ruimte hebben.

Voorwaarde is wel dat de te onderzoeken moleculen beschikken over functionele groepen waarmee ze die covalente bindingen überhaupt kunnen aangaan. Maar in de praktijk is dat niet zo’n beperking, temeer daar de meeste -OH’s en -COOH’s wel bruikbaar lijken te zijn.

Punt twee is om de organische componenten van het MOF zelf chiraal te maken, zodat de hele structuur een beetje ‘scheef’ is. Ten eerste lijk je zo ‘racemische’ mengsels van twee spiegelbeelden te kunnen scheiden omdat de ene versie beter past dan de andere, ten tweede geeft de chiraliteit va het MOF enig houvast bij het interpreteren van de meetresultaten.

In de publicatie presenteren de Amerikanen zestien moleculen waarvan ze zo de structuur konden bepalen. De moeilijkheidsgraad liep op van benzoëzuur tot gibberellines, plantenhormonen met een stuk of acht ‘stereocentra’ in de structuur.

Als klapper bepaalden ze de structuur van jasmijnzuur, een ander plantenhormoon waarvan tot nu toe geen eenduidige gegevens beschikbaar waren.

bron: Berkeley Lab

Een uitgebreid interview met Makoto Fujita verschijnt binnenkort in C2W 15.