Moleculaire motor fungeert als schakelknop voor enantiomeer-selectieve reacties

De Groningse chemici prof.dr. Ben Feringa en dr. Jiaobing Wang hebben een manier ontdekt om een moleculaire motor te gebruiken als katalyse-systeem voor de enantiomeer-selectieve synthesereacties. Het systeem kan naar believen verschillende vormen van chirale moleculen produceren. Het onderzoek is afgelopen week in het wetenschappelijk vakblad Science gepubliceerd.

Veel organisch-chemische moleculen bestaan in twee gespiegelde varianten, vergelijkbaar met een linker- en rechterhand. De varianten worden in het chemisch taalgebruik enantiomeer (tegenovergesteld) of chiraal (van het Griekse woord voor hand) genoemd.

Bij een normale chemische synthese ontstaan beide enantiomere vormen in gelijke hoeveelheden, een zogenaamd racemisch mensel. Met behulp van katalysatoren is het echter mogelijk om mensels te maken waarin één van beide vormen in veel grotere mate voorkomt, het zogenaamd enantiomeer-selectief synthetiseren. De vakgroep van Feringa heeft veel onderzoek op dit terrein gedaan.

Geneesmiddelen

Enantiomeer-selectieve synthesereacties zijn van groot economische belang, met name voor de productie van geneesmiddelen. Vaak heeft slechts één gespiegelde vorm een genezende werking, terwijl de andere vorm overbodig is of zelfs voor ongewenste bijwerkingen kan zorgen. In het zojuist gepubliceerde systeem van Feringa en Wang bepaalt de stand van de moleculaire motor welke spiegelbeeldvorm wordt geproduceerd.

Moleculaire motor

De moleculaire motor is een uitvinding van Feringa uit 1999. Het is een molecuul dat bestaat uit een vast gedeelte (de stator) en een roterend gedeelte (rotor) die met een as zijn verbonden. De rotor kan in vier standen staan, waarvan er drie belangrijk zijn voor het katalyse-systeem.

Combinatie

Het katalyse-systeem uit het nieuwe Science-artikel verbindt de twee onderzoekslijnen van de groep Feringa - enantiomeer-selectieve katalyse en de moleculaire motor – met elkaar.

In het systeem zijn namelijk twee katalysatoren waarvan al langer bekend is dat ze een enantiomeer-selectieve werking hebben, aan de uiteinden van de stator en rotor gekoppeld. In de stand waarin de katalysatoren zover mogelijk van elkaar staan (de zogenaamde trans-stand) wordt een een racemisch mengsel geproduceerd. In een volgende stand, waarin ze bijna boven elkaar staan (een cis-stand), wordt bij voorkeur één bepaalde spiegelbeeldvariant gemaakt, terwijl bij de volgende stap in de draaiing van de rotor (ook een cis-stand) de andere spiegelbeeldvariant wordt geproduceerd.

Modelreactie

De Groningse chemici tonen dat in het Science-artikel aan met behulp van een modelreactie: een Michael-additie waarin 1-methoxy thiophenol aan cyclohexenone wordt gekoppeld. De opbrengst van de reactie varieert van 49/51 procent (trans, racemisch) tot 75/25 (M-cis) en 23/77 (P-cis) procent van de enantiomere vormen.

De selectiviteit ontstaat doordat de twee componenten tijdens het reactieproces ieder apart door een katalyserend uiteinde worden opgepakt en daardoor onder een bepaalde hoek tegenover elkaar komen te staan. Die hoek varieert als de motor in verschillende standen staat.

De Groningse chemici verwachten dat de moleculaire motor - die hier dus niet zozeer als motor, maar als schakelknop wordt gebruikt - in de toekomst een belangrijk ontwerpinstrument kan worden voor het uitvoeren van meerdere enantiomeer-selectieve reacties na elkaar waarbij de katalysator naar believen aangepast kan worden.

Noot voor de pers

Meer informatie: prof.dr. B.L. Feringa

Artikel zie: http://www.sciencemag.org/content/early/2011/02/09/science.1199844.abstract