Soms hangt katalytische selectiviteit alleen af van de stand waarin een molecuul is neergekomen op een katalysatoroppervlak. Dat ligt eigenlijk voor de hand maar Canadese onderzoekers hebben het voor het eerst kunnen waarnemen onder een STM-microscoop, schrijven ze in Nature Communications.

Onder leiding van John Polanyi, die in 1986 een Nobelprijs won en volgende maand 88 hoopt te worden, legden ze meta-dijoodbenzeen op het (110)-kristaloppervlak van metallisch koper. Dat oppervlak kenmerkt zich door rijtjes koperatomen die op een afstandje van elkaar liggen. De C-I bindingen in dijoodbenzeen maken onderling een hoek van 126 graden. Dus leg je zo’n molecuul dusdanig op het oppervlak dat één C-I binding parallel loopt aan een rijtje koper, dan ligt de andere C-I binding er dwars op met de I zo ongeveer op het volgende rijtje.

Pomp je via de tastnaald van een STM-microscoop gericht een elektron in één van beide C-I bindingen, dan heb je kans dat die wordt verbroken. Het koper katalyseert die reactie. En de experimenten laten zien dat het honderd keer vaker lukt met de binding die parallel aan het rijtje koperatomen ligt. De andere komt vrijwel nooit los.

Berekeningen onderschrijven de hypothese dat dit komt doordat de C door de ‘klap’ wordt weggedrukt. Bij de parallelle binding komt hij dan vrijwel meteen een koperatoom tegen om zich aan te binden, waarna de jodiumkern zijns weegs kan gaan. Bij de dwarse binding ligt de eerstvolgende Cu veel verder weg; de C haalt het niet en herstelt dan maar de binding met de I.

Bij dit molecuul heeft het natuurlijk geen nut, maar het wordt wat anders wanneer je twee verschillende zijgroepen aan je benzeen hebt zitten in plaats van identieke I’s. Volgens Polanyi zit nu de grote uitdaging in het slim kiezen van kristaloppervlakken van metaalkatalysatoren, zodat je moleculen ook in industriële hoeveelheden selectief van een van beide zijtakken kunt ontdoen. Met de huidige stand der techniek lukt dat overigens nog lang niet.

bron: University of Toronto