‘Meer gesubstitueerde carbokationen zijn stabieler’, ‘zachte nucleofielen reageren graag met zachte elektrofielen’, ‘gehinderde nucleofielen hebben voorkeur voor eliminatiereacties’. Voor wie zich lessen in organische chemie nog herinnert, zullen deze vuistregels bekend voorkomen. Maar vuistregels zijn per definitie niet altijd toereikend, vertelt Thomas Hansen, postdoc aan de Vrije Universiteit Amsterdam (VU) en Universiteit Leiden. ‘De organische chemie zit vol met vuistregels waarmee synthetici selectiviteit en reactiviteit kunnen verklaren, maar vaak zijn ze niet helemaal compleet’, zegt hij. ‘Veel bleek gestoeld op bevindingen in het lab, terwijl een hoop moleculaire eigenschappen in een chemische reactie, zoals de overgangstoestand, verstopt zitten.’

Kolom vs. terminal

Hansen wilde meer inzicht, maar de professoren konden hem geen sluitend antwoord geven, dus combineerde hij de computationele met de synthetische chemie. ‘Tijdens mijn PhD onderzocht ik reacties in de suikerchemie, specifiek het oxocarbeniumion, en probeerde ik de berekeningen in de computer uit in het lab.’ In Nederland was de jonge postdoc een van de eersten die op deze manier te werk ging, met succes. ‘Ik vond het prachtig om te zien hoe de praktijk overeenstemde met de theorie. Je vormt als het ware een brug tussen theorie en experiment, en dat gaan we in de toekomst nog veel meer nodig hebben.’

‘De organische chemie zit vol met vuistregels waarmee synthetici selectiviteit en reactiviteit kunnen verklaren, maar vaak zijn ze niet helemaal compleet’

Na zijn promotie is Hansen gaan werken aan de Vrije Universiteit Amsterdam, maar de Leidse groep kon hem toch niet helemaal laten gaan. ‘Ik ben nu zelf ook een soort brug tussen de twee groepen’, lacht hij. ‘Waar ik in Leiden de dag met een kolommetje begin, start ik in Amsterdam de terminal op en zet ik berekeningen in. Die afwisseling maakt mijn dagen wel leuk.’

Handwaviness

De belangrijkste grens die Hansen op dit moment opzoekt, is de transitie naar vuistregels die niet alleen puur op experimentele bevindingen zijn gebaseerd, maar juist ook op theoretische inzichten. ‘We moeten langzaam naar hybride modellen toe waarbij de handwaviness verdwijnt’, legt de jonge postdoc uit. ‘Met theoretische chemie kunnen we verschillende effecten, zoals elektronische en sterische effecten, tegen elkaar afwegen.’ Op de VU gebruikt Hansen het zogenoemde activeringsspanningsmodel. ‘Daarin deel je de energie van een systeem op in chemisch intuïtieve termen en zo kunnen we bepalen welke effecten belangrijk zijn bij specifieke selectiviteit of reactiviteit in chemische reacties.’

In zijn laatste paar publicaties richt de postdoc zich op (Lewiszuur)katalyse en alomtegenwoordige misvattingen daarover. ‘We denken in de organische chemie en katalyse dat we een heel eind zijn’, besluit Hansen, ‘maar op de VU komen we erachter dat de zo bekende chemie soms toch anders werkt dan gedacht.’