Moleculaire motor fungeert als schakelknop voor enantiomeer-selectieve
reacties
Datum: 14 februari 2011
De Groningse chemici prof.dr. Ben Feringa en dr. Jiaobing Wang hebben
een manier ontdekt om een moleculaire motor te gebruiken als
katalyse-systeem voor de enantiomeer-selectieve synthesereacties. Het
systeem kan naar believen verschillende vormen van chirale moleculen
produceren. Het onderzoek is afgelopen week in het wetenschappelijk
vakblad Science gepubliceerd.
Veel organisch-chemische moleculen bestaan in twee gespiegelde
varianten, vergelijkbaar met een linker- en rechterhand. De varianten
worden in het chemisch taalgebruik enantiomeer (tegenovergesteld) of
chiraal (van het Griekse woord voor hand) genoemd.
Bij een normale chemische synthese ontstaan beide enantiomere vormen in
gelijke hoeveelheden, een zogenaamd racemisch mensel. Met behulp van
katalysatoren is het echter mogelijk om mensels te maken waarin één van
beide vormen in veel grotere mate voorkomt, het zogenaamd
enantiomeer-selectief synthetiseren. De vakgroep van Feringa heeft veel
onderzoek op dit terrein gedaan.
Geneesmiddelen
Enantiomeer-selectieve synthesereacties zijn van groot economische
belang, met name voor de productie van geneesmiddelen. Vaak heeft
slechts één gespiegelde vorm een genezende werking, terwijl de andere
vorm overbodig is of zelfs voor ongewenste bijwerkingen kan zorgen. In
het zojuist gepubliceerde systeem van Feringa en Wang bepaalt de stand
van de moleculaire motor welke spiegelbeeldvorm wordt geproduceerd.
Moleculaire motor
De moleculaire motor is een uitvinding van Feringa uit 1999. Het is een
molecuul dat bestaat uit een vast gedeelte (de stator) en een roterend
gedeelte (rotor) die met een as zijn verbonden. De rotor kan in vier
standen staan, waarvan er drie belangrijk zijn voor het
katalyse-systeem.
Combinatie
Het katalyse-systeem uit het nieuwe Science-artikel verbindt de twee
onderzoekslijnen van de groep Feringa - enantiomeer-selectieve katalyse
en de moleculaire motor - met elkaar.
In het systeem zijn namelijk twee katalysatoren waarvan al langer
bekend is dat ze een enantiomeer-selectieve werking hebben, aan de
uiteinden van de stator en rotor gekoppeld. In de stand waarin de
katalysatoren zover mogelijk van elkaar staan (de zogenaamde
trans-stand) wordt een een racemisch mengsel geproduceerd. In een
volgende stand, waarin ze bijna boven elkaar staan (een cis-stand),
wordt bij voorkeur één bepaalde spiegelbeeldvariant gemaakt, terwijl
bij de volgende stap in de draaiing van de rotor (ook een cis-stand) de
andere spiegelbeeldvariant wordt geproduceerd.
Opbrengst
De Groningse chemici tonen dat in het Science-artikel aan met behulp
van een modelreactie: een Michael-additie waarin 1-methoxy thiophenol
aan cyclohexenone wordt gekoppeld. De opbrengst van de reactie varieert
van 49/51 procent (trans, racemisch) tot 75/25 (M-cis) en 23/77 (P-cis)
procent van de enantiomere vormen.
De selectiviteit ontstaat doordat de twee componenten tijdens het
reactieproces ieder apart door een katalyserend uiteinde worden
opgepakt en daardoor onder een bepaalde hoek tegenover elkaar komen te
staan. Die hoek varieert als de motor in verschillende standen staat.
De Groningse chemici verwachten dat de moleculaire motor - die hier dus
niet zozeer als motor, maar als schakelknop wordt gebruikt - in de
toekomst een belangrijk ontwerpinstrument kan worden voor het uitvoeren
van meerdere enantiomeer-selectieve reacties na elkaar waarbij de
katalysator naar believen aangepast kan worden.
Rijksuniversiteit Groningen