Chiraliteit gaat vanzelf over als je maar lang genoeg wacht

Als je een zogeheten racemisch mengsel van links- en rechtsdraaiende moleculen van het aminozuurderivaat N-(2-methylbenzylideen)-fenylglycine amide maar lang genoeg roert, en tegelijk de kristallen die zich vormen telkens weer fijn maalt, houd je uiteindelijk alleen links- óf rechtsdraaiende moleculen over. Dat stellen onderzoekers van de Radboud Universiteit Nijmegen in een publicatie die door JACS online is gezet.

Promovendus Wim Noorduin vermoedt dit wel eens de reden zou kunnen zijn waarom moleculen in de vrije natuur altijd dezelfde kant op draaien. Natuurlijke aminozuren draaien bijvoorbeeld altijd linksom, natuurlijke suikers rechtsom. De evolutie heeft tijd genoeg gehad om dit door natuurlijk verloop te regelen.

Er zit ook een praktische kant aan. Wanneer je dergelijke ‘chirale’ moleculen kunstmatig produceert, krijg je gewoonlijk wél een mengsel van links- en rechtsdraaiende versies. Op het menselijk lichaam hebben die varianten vaak een totaal verschillende uitwerking: de ene is bijvoorbeeld een nuttig geneesmiddel en de andere zwaar toxisch. Niet geheel toevallig zijn de bedrijven DSM en Syncom partners in het project, en is het gebruikte aminozuurderivaat een grondstof voor antibiotica.

Noorduin en zijn promotor Elias Vlieg schrijven het verschijnsel toe aan zogeheten ‘Ostwald ripening’, een mechanisme dat er voor zorgt dat grote kristallen groeien ten koste van kleine. Daarnaast is het belangrijk dat je zorgt dat de moleculen kunnen overgaan van links- naar rechtsdraaiend of omgekeerd, zolang ze in oplossing zijn. Daartoe doe je er een racemiserende stof bij, in dit geval de organische base diaza(1,3)bicyclo[5.4.0]undecaan (DBU).

Resultaat: zodra de linksdraaiende kristallen gemiddeld iets groter zijn dan de rechtsdraaiende (of omgekeerd) zullen ze de andere variant uiteindelijk geheel verdringen. Het roeren in een erlenmeyer met glasparels, die telkens moleculen van de aanwezige kristallen afschuren, versnelt dit proces dusdanig dat je er op kunt wachten.

Of je uiteindelijk links- of rechtsdraaiende moleculen overhoudt, hangt af van kleine concentratieverschillen aan het begin. Je kunt het echter ook sturen door een andere links- of rechtsdraaiende stof toe te voegen die de vorming van één van beide kristalvormen afremt. Wanneer je niets doet, houd je in de praktijk trouwens altijd rechtsdraaiende kristallen over, waarschijnlijk door toedoen van natuurlijke verontreinigingen die nu eenmaal ook altijd dezelfde kant op draaien.

Met nadruk vermelden de onderzoekers er bij dat het voor dit proces niets uitmaakt of je de roerder links- of rechtsom laat draaien.

bron: Radboud Universiteit