Tot nu toe werd voetstoots aangenomen dat de moleculaire zelfassemblage van een gegeven molecuul altijd op één en dezelfde manier verloopt. Dat kwam mede doordat zulke assemblageprocessen zo snel verlopen dat men alleen het eindresultaat zag en niet de tussenstappen kon volgen.

Promovendus Peter Korevaar en zijn begeleiders Tom de Greef en Bert Meijer zijn er nu wel in geslaagd om zo’n proces gedetailleerd in beeld te krijgen. Als modelstof namen ze oligo(p-fenyleenvinyleen), afgekort SOPV. Om precies te zijn de vorm met S-chirale butoxy-zijketens.

Twee van die SOPV-moleculen vormen samen een dimeer dat door 4 waterstofbruggen bij elkaar wordt gehouden, en die dimeren kunnen zich weer stapelen in een spiraalvorm. Dat kan in principe een linkse of een rechtse schroef zijn, maar vanwege de chiraliteit in de bouwstenen verwacht je instinctief dat één van die twee mogelijkheden de voorkeur heeft. En inderdaad krijg je altijd linkse spiralen als je de oplossing met de bouwstenen een tijdje laat staan.

Metingen met UV-Vis spectrometrie wijzen nu echter uit dat de werkelijkheid iets ingewikkelder is. De linkse en de rechtse spiraal vormen zich op verschillende manieren, en onder bepaalde omstandigheden is de route naar de rechtse spiraal kinetisch het meest gunstig.

Thermodynamisch is juist de linkse spiraal het gunstigst: de rechtse spiraal is metastabiel en heeft de neiging weer uit elkaar te vallen.

Resultaat: aan het begin van je experiment, als de concentratie bouwstenen heel hoog is, vormen zich vooral rechtse spiralen. Die vallen vervolgens echter uit elkaar, waarna de vrijkomende bouwstenen de stabielere linkse spiralen verlengen.

Je kunt hier verandering in brengen door de bouwstenen te voorzien van S-chirale dibenzoylwijnsteenzuurmoleculen. Die gaan er als een soort lijmklemmen omheen zitten, en verhinderen dan de vorming van linkse spiralen. Het wijnsteenzuur is er achteraf redelijk gemakkelijk af te weken door met oplosmiddelen te spelen, en als je daarbij de temperatuur laag houdt (denk aan 273 K) houd je zuivere rechtse spiralen over die ook nog lang goed blijven. Pas als je de temperatuur verhoogt tot 298 K, komt de langzame transformatie naar linkse spiralen weer op gang.

De onderzoekers vermoeden dat vergelijkbare effecten optreden bij heel veel andere zelfassemblageprocessen, en dat je materialen met verrassende eigenschappen kunt kweken als je de aansturing van die processen wat beter in de hand krijgt.

bron: TU/e