Zelfs een miniem spoortje water kan de zelfassemblage van moleculen in een ‘watervrij’ oplosmiddel al verstoren. Mogelijk zijn talloze experimenten op dit gebied verpest doordat er geen deksel op de pot zat, suggereren Nathan van Zee, Bert Meijer en collega’s van de TU Eindhoven in Nature.

Zelf brengen ze het een tikje positiever en stellen dat je, wanneer je dit eenmaal doorhebt, met dat water het assemblagepatroon actief kunt beïnvloeden.

Ze hebben het dan over stervormige moleculen die zichzelf stapelen tot een moleculaire helix wanneer je ze oplost in methylcyclohexaan (of een ander alkaan). Of dat een links- of een rechtsdraaiende spiraal wordt, leek 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 met een speciale spectrometer zien gebeuren.

Maar het gekke is dat die overgangstemperatuur totaal onvoorspelbaar bleek te zijn.

Van Zee werd op het juiste spoor gezet toen hij 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 dat het lag aan de waterconcentratie in het oplosmiddel. Bij kamertemperatuur is die minder dan 0,01 %, en lijkt dus verwaarloosbaar. Maar de exacte waarde hangt niet alleen af van de temperatuur maar ook van de luchtvochtigheid bóven de vloeistof, die weer varieert met de weersomstandigheden. En die kleine verschillen blijken de zelfassemblage dus al uiterst merkbaar te beïnvloeden.

Achteraf lijkt het logisch. 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.

Hoe de resulterende structuur er precies uitziet, is experimenteel niet vast te stellen. Maar theoretische berekeningen doen vermoeden dat de structuur rechts op de afbeelding (de blauwe puntjes zijn water!) 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.

bron: TU/e