De Schotse chemicus Lee Cronin droomt van een chemische versie van Rubiks treiterkubus, waarbij elk blokje een chemische reactor is en het resultaat van de synthese afhangt van de manier waarop je het zaakje draait. De eerste blokjes heeft hij al klaar, meldt hij in het tijdschrift Chemical Science.

Het idee is een stuk minder dolgedraaid dan het lijkt. Wat Cronin eigenlijk wil, is een complete proefopzet voor een organische meerstapssynthese uit één stuk vervaardigen met behulp van een 3D-printer. Dat alle onderdelen daarbij identieke kubusvormige kamertjes zijn, is wel zo gemakkelijk. Als kunststof neem je bijvoorbeeld polypropeen, dat chemisch inert is en temperaturen tot 150 graden Celsius verdraagt.

De kamertjes staan met elkaar in verbinding via gaatjes in de wand. En die gaatjes zijn zo gepositioneerd dat het reactiemengsel telkens naar een volgend kamertje loopt, puur dankzij de zwaartekracht, wanneer je de hele proefopzet 90 graden kantelt in de juiste richting.

Met behulp van een robot (dat kan ook een tweede 3D-printer zijn) garneer je tijdens de bouw de kamertjes met een katalysator die geschikt is voor de reactiestap die in het desbetreffende kubusje moet gaan verlopen. Bijvoorbeeld door eerst de vloer te printen, dan de katalysatorlaag te spuiten en vervolgens verder te gaan met de opbouw van de wanden. De katalysator moet hiervoor wel verspuitbaar zijn, wat Cronin bereikt door de vaste deeltjes te dispergeren in een soort siliconenkit.

Eventueel zou je ook sensoren en andere hardware in de wanden kunnen plaatsen, die vervolgens klemvast worden ingebouwd.

Heb je de proefopzet klaar, dan gebruik je opnieuw de robot om het reactiemengsel in het eerste kamertje te spuiten. Daarna komt de 3D-printer nog één keer in actie om het laatste gaatje af te sluiten. En dan heb je dus een proefopzet in handen die je op alle mogelijke manieren (maar bij voorkeur in de door het recept voorgeschreven volgorde) kunt kantelen zonder dat je ooit bang hoeft te zijn dat je chemicaliën over je handen heen krijgt.

Na afloop boor je het kamertje aan waarin de reagentia uiteindelijk zijn beland, en tap je de oogst af.

Cronin heeft het gedemonstreerd met een simpel opzetje met drie kubusjes waarin achtereenvolgens een Diels-Alder-cyclisatie, een iminevorming en een katalytische reductie van dat imine tot een secundair amine plaatshad.

De volgende stap zou software kunnen zijn waarmee je elke gewenste proefopzet zo uit je printer kunt laten rollen. Handig wanneer je niet kunt beschikken over een echt chemisch lab met zuurkasten en ongelimiteerde hoeveelheden glaswerk.

Bovendien suggereert Cronin dat de in de literatuur gepubliceerde organische syntheses een stuk reproduceerbaarder zullen worden wanneer iedereen dezelfde software, dezelde kunststof en hetzelfde type printer gebruikt.

En als je het recept er niet bijlevert, kun je inderdaad een chemische puzzel bedenken waar de heer Rubik een punt aan kan zuigen.

bron: Chemistry World