ENGINEERINGNET.BE - De gebruikelijke manier om complexe chemische reacties uit te voeren gaat stapje voor stapje, met tussen de reacties steeds weer een zuivering.
Het systeem dat ontwikkeld is door Rijksuniversiteit Groningen gebruikt een totaal andere methode, die lijkt op wat er gebeurt in levende cellen.
Promovendus Matthijs ter Harmsel ontwikkelde een systeem dat vijf verschillende reacties laat plaatsvinden in één reactor, waarbij elke chemische verbinding een eigen rol heeft. Centraal staat een piperidine-molecuul, dat is voorzien van fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc).
Fmoc is gevoelig voor basische stoffen en wordt veel gebruikt in de organische synthetische chemie. Een molecuul dat die beschermende groep verwijdert, dient als startsignaal, waarna piperidine de aanmaak van nog meer piperidine katalyseert.
Twee verschillende vormen van acetaat remmen deze reactie af: eentje doet dat snel, de ander traag. De trage rem verwijdert ook piperidine uit het reactiemengsel.
Het hele proces vindt plaats in een reactor die voortdurend doorgeroerd wordt en waar een constante stroom chemicaliën inloopt, terwijl er evenveel vloeistof uit stroomt.
‘Door positieve en negatieve terugkoppeling te combineren, konden we een puls veroorzaken in de reactie. Oscillatie is het herhalen van zo’n puls’, stelt Ter Harmsel.
‘Vervolgens gebruikte ik een model dat de snelheid van alle chemische reacties in het systeem bevat, zodat ik kon bepalen bij welke concentraties het systeem zou gaan oscilleren.’
Met behulp van de Nederlandse Radboud Universiteit lukte het om de juiste omstandigheden voor de oscillatie te vinden. De belangrijkste component was een klein organisch molecuul dat als katalysator werkt.
De onderzoekers bedachten dat ze, door dit molecuul verschillende reacties te laten versnellen, een oscillatie konden opwekken.
Dit zorgt voor een sterkere chemische selectiviteit in de gekoppelde reactie, waarbij één reactie uit een mengsel van mogelijke reacties de overhand krijgt. Door de oscillaties is er een voortdurende toe- en afname van de hoeveelheid chemicaliën in de reactor, waaronder ook de katalysator piperidine.
De nieuwe oscillator is ontworpen voor autonome, tijd-gecontroleerde periodieke synthese. Allerlei biologische processen bestaan uit zulke oscillaties met daaraan gekoppelde processen.
Ter Harmsel: ‘Voor organische chemici die aan katalyse werken is dit een vreemd concept.’ Hij is zelf geïnteresseerd in systeemchemie, een vorm van chemie die meer lijkt op biologie.
Het oscillerende systeem lijkt bruikbaar voor allerlei toepassingen: om polymeren te maken, voor het maken van geneesmiddelen of door het systeem te gebruiken als een filter.
