Dingen uit de natuur namaken is een van de specialiteiten van chemici. Zo ook anionreceptoren. Maak je die zelf, dan liggen toepassingen als sensing of transport voor de hand. Een veelgeprezen synthetische anionreceptor is calix[4]pyrrool, vanwege zijn sterke affiniteit met halogeenionen. Onderzoekers uit de groep van Sander Wezenberg van de Universiteit Leiden hebben er een variant op gemaakt die je met licht kunt activeren: het ene isomeer laat allerlei halogenen toe, het andere isomeer houdt grotere ionen buiten de spreekwoordelijke deur.

De aanpassing die ze calix[4]pyrrool meegaven was een moleculaire ‘lus’ van dithiënyletheen. Het bestaat onder andere uit drie vijfringen aan elkaar die onder invloed van licht onderling een zesring vormen. De lusvariant zonder zesring zorgt voor een opening waar calix[4]pyrrool zijn halogeenaffiniteit kan gebruiken om halogeenionen als chloride, bromide of jodide te binden.

Schijn je er licht op met een golflengte van 300 nm (ultraviolet), dan vormt het zesringisomeer en wordt de opening kleiner. Chloride heeft daar niet zo veel last van, maar de affiniteit met bromide wordt 160 keer kleiner, de grootste verandering in affiniteit ooit in dit soort receptoren. Om de zesring te verbreken (en bromide en jodide weer toe te laten) moet je licht met een golflengte van 630 nm (rood) gebruiken.

‘Een van de mogelijke toekomstige toepassingen zou in sensing kunnen zijn’, vertelt Wezenberg. ‘Niet per se als sensor zelf, maar als extractant in het geval dat kwantitatieve analyse verhinderd zou zijn door achtergrondruis. Je zou het analiet dan selectief kunnen extraheren, met behulp van licht weer volledig van de receptor kunnen scheiden, en het dan kwantificeren.’

In een NWO-M1-project kijkt Wezenbergs groep naar de extractie van cesiumchloride/-bromide ionparen. ‘Calixpyrrool is selectief voor cesiumzouten’, legt Wezenberg uit, ‘en dat zou interessant kunnen zijn voor zuivering van radioactief afvalwater. Omdat dat best dure technologie is, kun je het gebruik van een wat ingewikkelder – en daarom duurder – molecuul rechtvaardigen.’

Maar zover is de groep nog niet. Wezenberg: ‘We ontwikkelen vooralsnog op fundamenteel niveau de technologie om met licht bindingsaffiniteit te controleren, wat een grote uitdaging is. Maar het verschil in affiniteit voor bromide tussen de met-licht-schakelbare toestanden zoals beschreven in dit artikel is het grootst vergeleken met wat tot nu toe bereikt is. De met-moleculaire-schakelaar gebrugde calixpyrrole receptoren lijken dus zeer geschikt om bindingeigenschappen te controleren.’

Villarón, D. et al. (2023) Chem. Commun. 59, DOI: 10.1039/D3CC02264A