Kleine minderheid dirigeert gedrag van de rest.

‘Ik heb nog geen reacties gehad van mensen die zeggen dat ze hun experimenten opnieuw moeten interpreteren’, mailt de Eindhovense organicus Bert Meijer. In Nature presenteerden hij en postdoc Nathan van Zee onlangs de ontdekking dat zelfs een miniem spoortje water de zelfassemblage van moleculen in een watervrij oplosmiddel al kan verstoren. Het zou zomaar kunnen dat menig experiment op dit gebied is verpest doordat er geen deksel op de pot zat en er vocht uit de lucht bij kon komen. Zelf brengen de onderzoekers het een tikje positiever en stellen dat je, wanneer je dit eenmaal doorhebt, met dat water het assemblagepatroon actief kunt beïnvloeden. ‘Ik heb wel veel reacties gehad van mensen die het zeer bijzonder vinden, die al zijn gaan rekenen en er samen met ons aan willen meten’, vertelt Meijer.

Het gaat hier over stervormige moleculen die zichzelf stapelen tot een moleculaire helix wanneer je ze oplost in een alkaan, in dit geval methylcyclohexaan. Dat kunnen links- of rechtsdraaiende spiralen worden, en tot nu toe leek dit alleen af te hangen van de temperatuur. Bij een bepaalde waarde klappen de spiralen ineens om en daarmee ook het zogeheten Cotton-effect, dat circulair dichroïsme verraadt. Dat laatste kun je zien gebeuren met een speciale spectrometer, die werkt met gepolariseerd licht. De overgangstemperatuur bleek echter totaal onvoorspelbaar: bij elk experiment kwam er een andere waarde uit.

Vergeten spectrometer

Van Zee werd op het juiste spoor gezet toen hij, na een bezoek aan de VS, vanwege jetlag door zijn wekker heen sliep en een experiment te lang in de spectrometer liet staan. Er ging een verzegeling kapot en het methylcyclohexaan kwam in contact met de stikstofatmosfeer in de meetkamer, waardoor echt het laatste spoortje water verdween. En toen bleek dus dat de waterconcentratie in het oplosmiddel heel veel uitmaakte. Bij kamertemperatuur is die minder dan 0,01 %, zoals je van een hydrofoob alkaan mag verwachten, en lijkt dus verwaarloosbaar. Maar de exacte waarde hangt niet alleen af van de temperatuur, maar ook van de luchtvochtigheid boven de vloeistof, die weer varieert met de weersomstandigheden. En die kleine verschillen blijken de zelfassemblage dus al uiterst merkbaar te beïnvloeden.

Achteraf lijkt het niet zo vreemd. Als watermoleculen de kans krijgen, vormen ze onderling waterstofbruggen. Bij de hier geschetste vorm van zelfassemblage doen de deelnemende moleculen dat onderling ook. En berekeningen laten zien dat het voor watermoleculen, die met te weinig zijn om een aparte waterfase te vormen, energetisch gunstiger is om tussen een paar van die grotere bouwstenen in te gaan zitten dan om dat niet te doen.

Rare effecten

Hoe de resulterende structuur er precies uitziet, is experimenteel niet vast te stellen. Maar theoretische berekeningen doen vermoeden dat de waterhoudende helix, rechts op de afbeelding, inderdaad behoorlijk stabiel is.

De auteurs vermoeden dat het ook een aantal rare effecten verklaart die anderen hebben waargenomen bij moleculaire zelfassemblage. Die experimenten moeten dus over, onder stikstof.

Maar gericht water inbouwen als structuurelement, om nieuwe assemblagevormen te krijgen, kan dus in principe ook. ‘We denken dat er veel vervolgonderzoek gaat komen, ook in veel andere deelgebieden van de chemie’, besluit Van Zee.