Om chemische reacties in krappe ruimtes te bestuderen moet je nanokooitjes opbouwen om de reactanten heen. Dan hoeven die er tenminste niet moeizaam in en uit te diffunderen, schrijven onderzoekers uit Israël in Nature Nanotechnology.

Voorwaarde is wel dat de zelfassemblage van die nanokooitjes reversibel is, zodat de reactieproducten er na afloop ook weer ongehinderd uit kunnen.

Rafal Klajn en collega’s van het Weizmann-instituut in Rehovot bereiken dit met anorganische nanodeeltjes (denk aan goud, Fe₃O₄ of SiO₂), die ze functionaliseren met azobenzeengroepen. Zolang die groepen in de trans-configuratie zitten, zijn de gecoate nanodeeltjes prima oplosbaar in een apolair oplosmiddel zoals tolueen.

Zet je er echter een uv-lamp (365 nm golflengte) op, dan klappen de azobenzenen om naar de cis-vorm. Die is veel sterker polair, zodat het tolueen wordt afgestoten en de deeltjes gaan klonteren.

In het resulterende ‘suprakristal’ houd je goed gedefinieerde ruimtes over tussen de dicht op ellkaar gestapelde bolletjes, en dát zijn je nanokooitjes. Ter plekke zit óók cis-azobenzeen en je mag verwachten dat de resterende tolueenmoleculen daar vanzelf worden uitgejaagd door alles wat sterker polair is. Met andere woorden, door je reactanten.

Hoeveel moleculen in zo’n holte passen hang uiteraard af van de grootte van die moleculen én die van de nanodeeltjes, maar in de praktijk zijn het er maar een paar tot hooguit enkele tientallen.

In de praktijk blijken vooral moleculen te worden opgesloten die als donor kunnen optreden voor een waterstofbrug, zoals alcoholen en primaire amines. Acceptoren zoals tertiaire amines, ethers en ketonen komen er niet in. Maar complexe aromaten zoals antraceen en pyreen weer wel, hoewel dat evenmin donoren zijn.

Als de reactie lang heeft geduurd zet je er een bundel zichtbaar licht op. De azobenzeengroepen klappen dan terug naar de trans-vorm en de nanokooitjes vallen vanzelf uit elkaar.

Wat het effect van de azobenzeengroepen op de reacties in de kooitjes is, moet je intussen aar afwachten. Wel denken de auteurs er gebruik van te kunnen maken door chirale moleculen te gebruiken voor de aanhechting, zodat je ook een voorkeur inbouwt voor één spiegelbeeldvorm als product.

bron: Nature Nanotechnology