Nieuws

Elektrisch regelbare moleculen

Arjen Dijkgraaf | woensdag 14 oktober 2020

Zet organische moleculen vast op een elektrode en je kunt de elektronendichtheid aan hun andere uiteinde traploos instellen. Werkt veel handiger dan gehannes met functionele groepen, claimt een Zuid-Koreaans onderzoeksteam in Science.

Baik Mu-Hyun (Mookie voor vrienden) en collega’s spreken van een ‛elektro-inductief effect’. Je verplaatst er alleen elektrische lading mee binnen een molecuul. Voor redoxreacties, waarbij moleculen onderling elektronen uitwisselen, zijn de potentiaalverschillen te laag.

Dat verplaatsen van lading is een oud idee. Al in 1937 kwantificeerde de Amerikaan Louis Hammett het elektronenaanzuigende of -afstotende effect dat uiteenlopende functionele groepen hebben op de reactiviteit van benzoëzuurderivaten. Zijn vergelijkingen vormen nog steeds een nuttige basis voor de optimalisatie van reagentia en katalysatoren. Maar de fijninstelling blijft een kwestie van uitproberen van functionele groepen, waarbij de wisseling vaak een moeizame synthetische omweg vraagt.

In plaats daarvan voorziet Baik zijn moleculen van een thiolgroep, waarmee hij ze covalent vastlegt op een goudelektrode. Die dient als ‛universele functionele groep’ met een elektronenaffiniteit die zich laat regelen via de potentiaal, dus met een draaiknop.

Experimenten, onder meer met de hydrolyse van benzoaatesters, laten zien dat je zo inderdaad de reactiesnelheid kunt instellen. Het is ook al gelukt een vervolgreactie te laten verlopen waarvoor je normaal gesproken liever de functionele groep zou verwisselen.

Nadeel is dat je op zo’n goudelektrode maar een beperkt aantal moleculen kwijt kunt: je werkt op picomolaire schaal. In een later stadium wil Baik overstappen op koolstofelektrodes met een vele malen groter oppervlak, zodat je uiteindelijk kan gaan denken aan industriële toepassingen. Zelfs dan mag je verwachten dat de vastgelegde moleculen niet tot de reactanten zullen behoren, maar als katalysator zullen werken - dan heb je er veel minder nodig en is het alleen maar een voordeel dat ze muurvast zitten.

Maar voor fundamenteel onderzoek, waarbij je wilt weten welke potentiaal ideaal is, is die goudelektrode nu al groot genoeg.